深圳平湖实验室实现SiC 栅氧表征与微观电性精准表征技术双突破！

近日，深圳平湖实验室在宽禁带半导体核心表征技术上取得两项重要突破，分别聚焦于 “SiC栅氧界面” 与 “微观尺度电性” 两大关键领域，攻克了长期存在的行业技术瓶颈，形成了具备自主知识产权的先进分析能力。这两项关键技术的突破与落地，为我国宽禁带半导体产业的自主创新与高质量发展提供了坚实的底层技术支撑与高端分析保障。以下是两项突破的详细情况：

SiC栅氧表征能力建设新突破

深圳平湖实验室“SiC 栅氧表征能力建设”攻克了宽禁带半导体 SiC 栅氧表征领域多项技术瓶颈，建立行业稀缺的全套 SiC 栅氧系统表征方案，相关成果已应用于SiC功率器件的分析测试表征并产生实质性效益，为 SiC 功率器件栅氧工艺优化、界面性能提升及失效分析提供全方位的高端技术支撑，助力我国 SiC 产业链自主可控升级。

SiC 作为第三代半导体核心材料，其栅氧层质量与界面特性直接决定功率器件的击穿电压、阈值稳定性及长期可靠性，是制约 SiC 器件产业化落地的关键环节。当前行业对于 MOSCAP CV 测试数据与理论模型的契合度、SiC 栅氧界面过渡区厚度的明确界定、界面元素富集与价态的精准分析能力等方面存在明确需求，亟需一套系统的 SiC 栅氧表征方案，以进一步提升器件研发效率与工艺迭代进度。深圳平湖实验室聚焦行业核心痛点，开展针对性技术攻关，实现多项核心能力突破，为关键检测技术再添利器。

深圳平湖实验室分析检测技术方法开发聚焦半导体工艺中的实际测试需求，基于CV和STEM-EELS开展针对性研究，包括建立高精准MOSCAP CV测试能力，建立EELS价态分析能力，实现了界面关键元素富集表征并解决了如何规范定义过渡区厚度等难题。研究成果达到了行业领先水平，可为SiC栅氧工艺的优化迭代及器件失效分析提供重要技术支撑与数据反馈，相关成果已在相关成果已在IFWS&SSL CHINA 2025会议上发表。

1、 MOSCAP CV 测试：攻克行业内的技术瓶颈，实现符合理论预期的CV数据测试，为栅氧界面态密度评估提供精准依据。

2、 4H-SiC/SiO2界面过渡区定义及表征：业界通常采用衬度变化或元素含量变化定义过渡区厚度，这一定程度上存在人为主观影响。该技术通过捕捉并可视化Si价态变化区可精准定义量化过渡区厚度。

3、 实现界面关键元素富集表征：摸索了界面处N富集、C团簇表征的相关参数，能够追踪元素分布规律与器件性能的关联，为界面优化提供有效方案。

界面附近的元素分布及价态表征

此次技术新突破，使深圳平湖实验室分析检测中心建立了SiC栅氧表征的标准化流程，可为客户提供高性价比解决方案，搭配失效分析能力，为工艺改进、可靠性提升提供实测数据支撑，为我国 SiC 器件产业化进程持续护航。

基于 4D-STEM 技术

解决微观尺度下局域电性表征

深圳平湖实验室分析检测中心“基于 4D-STEM 技术解决微观尺度下局域电性表征”的技术，攻克了第三代半导体材料原子尺度电学性能表征核心技术瓶颈，形成多项“人无我有”的关键突破。相关成果已在Nanoscale期刊发表，且具备对外技术服务能力，为 GaN 基器件异质结优化、二维电子气调控及器件失效分析提供关键技术支撑，填补了国内该领域高端检测服务空白。

GaN 作为第三代半导体核心材料，其微观尺度下的电场分布、电势变化及二维电子气浓度直接决定器件开关速度、耐压性能与可靠性。传统表征技术中，C-V, Hall等电学或光谱测量方法仅能得到近微观或统计性结果，难以实现亚纳米级的电场或2DEG表征。4D-STEM 技术凭借其亚埃级空间分辨率与多维信息采集能力，成为解决微观局域电性表征难题的核心手段，但行业内除设备厂家外，具备自主数据处理能力及对外测试服务资质的机构极少。

深圳平湖实验室分析检测中心基于 4D-STEM 技术开展系统性研究，包括建立数据处理体系；完善微观电磁场表征能力；实现了原子级GaN界面极化电场表征；完成GaN基体系2DEG的可视化与量化等。研究成果可为GaN外延工艺的优化迭代及电场表征提供重要技术支撑与数据反馈，且搭配TEM原位功能可实现不同偏压下的器件电场表征。

1. 建立 4D-STEM 数据基础处理体系：突破物理探头限制，实现单一数据集中 k 空间任意范围、任意位置的衍射信号成像，大幅拓展表征灵活性与信息获取维度；

2. 完善微观电磁场表征能力: 通过自主算法开发实现电场、电势、电荷密度的精准表征，提升数据处理效率与定制化适配能力，搭配 TEM 原位加电系统，可完成不同偏压下器件结构的电场分布测试，实现与仿真结果的相互验证；

3. 实现原子级 GaN 界面极化电场表征：通过算法精准分离原子内势，仅保留界面极化电场强度信号，达成亚埃级极化电场可视化 mapping；

4. 完成 GaN 基体系二维电子气可视化与量化：通过对极化电场的微分计算，实现二维电子气浓度的量化表征，为器件工艺优化提供直接数据指导。

异质结界面的重构ADF图像、CoM偏移及界面极化电场矢量分布示意图

该技术不仅使深圳平湖实验室成为国内极少数用于4D-STEM对外服务及数据处理能力的分析检测机构，更以自主创新的差异化技术优势进一步提高了分析检测原子级表征的高端服务能力，为我国半导体材料工艺升级、器件性能突破及产业链自主可控提供关键技术保障。

来源：深圳平湖实验室

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