半导体材料在我们现代信息化社会中扮演着不可或缺的角色。为了半导体器件的可靠性能，这些材料需要具有卓越的机械性能：尽管富含纳米级结构，但它们必须坚固且抗断裂。

最近，人们已经越来越清楚的是，光学环境影响的结构强度的半导体材料。这种影响可能比预期的要大得多，特别是在光敏半导体中，尤其是由于技术限制或制造成本，许多半导体只能以非常小和薄的尺寸进行批量生产。此外，它们的强度的实验室测试通常是在大样本上进行的。鉴于最近出现的纳米级应用的爆炸式增长，所有这些都表明迫切需要在受控照明条件和薄样品尺寸下重新评估半导体材料的强度。

为此，日本名古屋大学的 Atsutomo Nakamura 教授小组和达姆施塔特技术大学的 Xufei Fang 博士小组开发了一种技术，用于定量研究光对半导体薄晶片或任何其他晶体的纳米级机械性能的影响。材料。他们称之为“光压痕”方法。本质上，一个微小的尖头探针在受控条件下用光照射材料时使材料产生凹痕，并且可以测量探针压入表面的深度和速率。探针会在表面附近产生位错(晶面滑移)，并使用透射电子显微镜研究人员观察了一系列波长的光对位错成核(新位错的诞生)和位错迁移率(位错从它们产生的位置滑行或滑动)的影响。成核和迁移率首次分别测量，是光压痕技术的新颖之处之一。

研究人员发现，虽然光对机械载荷下位错的产生具有边际效应，但它对位错运动的影响要强得多。当位错发生时，它在能量上有利于它与其他人扩展和连接(成核)，并且缺陷会变大。光照射不影响这一点：半导体中被光激发的电子和空穴(光激发的载流子)不影响位错的应变能，正是这种能量决定了位错的“线张力”。位错控制成核过程。

另一方面，位错也可以以所谓的“滑动运动”移动，在此期间，光激发的载流子通过静电相互作用被位错拖动。光激发载流子对这种位错运动的影响要明显得多：如果产生足够多的载流子，材料就会变得更坚固。

当在完全黑暗中进行相同的实验，然后在波长与半导体带隙匹配(产生更多光激发载流子)的光照射下时，这种效果得到了显着的证明。当被压入时，任何固体材料最初都会发生“塑性变形”——改变形状而不回弹，有点像腻子——直到载荷变得太大，它就会破裂。名古屋大学研究小组证明，完全黑暗中的无机半导体硫化锌 (ZnS) 有点像油灰，在剪切应变下变形 45%，而不会开裂或散开。然而，当以正确的波长照射时，它变得非常困难。在其他波长，它变得不那么困难。

新发现表明，在半导体材料中没有裂纹形成的纯塑性变形发生在纳米级。因此，在机械性能方面，这些半导体类似于金属材料。这种新建立的、稳健的实验方案可以评估光对非常薄的非半导体材料强度的影响。中村教授指出：“一个特别重要的方面是非半导体可以在表面附近表现出半导体特性，例如，由于氧化，并且由于变形或断裂的起点通常是表面，因此建立具有重要意义的一种在受控照明条件下精确测量纳米级材料表面强度的方法。”

光照射释放的电子 - 空穴对对材料强度的硬化效应 - 通过抑制位错的传播，特别是在表面附近 - 是材料强度科学范式转变的一部分。传统上，当考虑材料的强度时，原子排列是最小的单位。换句话说，有一个前提是材料的强度可以从原子排列和弹性理论中得到理解。然而，最近的研究报告称，由于光和电场等外部影响，材料的强度特性会发生显着变化。因此，中村教授指出，“

“这项研究重申了量子级对此类材料强度的影响。在这方面，可以说这项研究在目前正在发生的材料强度领域的范式转变中取得了一个里程碑。”

方旭飞博士补充说：“现在真正纳米级器件的创造正在成为现实，光对各种无机半导体结构强度的影响是一个需要考虑的问题。”

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