- 論文全文：Quantification of interfacial trap states via bias-applied HAXPES: a chemical-state perspective
- 於2025年9月4日發表於《Journal of Materials Chemistry C》：https://doi.org/10.1039/D5TC01375E
- 作者名單：Wen-Jen Chen, Yin-Bo Tseng, and Hsiu-Wei Cheng*
當兩種固體材料相接時，其材料結構的不連續性常造成電荷侷限於介面，形成所謂的陷阱態（trap states），進而主導介面處電荷的累積與傳輸行為。隨著電子設備體積持續縮小，介面處的電性表現將會顯著影響整體材料表現，因此瞭解這些介面陷阱態的行為，對於未來半導體與奈米電子元件的開發至關重要。
過去的傳統電性量測方法雖然能夠定量評估陷阱密度，或藉由改變材料組成來調控介面電性行為以達到預期效能，但這類方法無法從化學層級解析陷阱態的形成與存在機制，同時也缺乏原子尺度的探討。本研究由國立臺灣大學化學系鄭修偉教授團隊採用偏壓應用硬X光光電子能譜（bias-applied hard X-ray photoelectron spectroscopy, BA-HAXPES）的觀測方法，在偏壓施加的同時以 XPS 測量即時觀察埋藏於 Si | SiO₂ | Au 結構介面中的電荷累積變化。過去BA-HAXPES的相關研究均以光譜中的能階位移 (peak shift) 作為陷阱態存在的證據，這麼做忽略了氧化層厚度對金氧半系統（MOS）的影響。本研究藉由引入Grahame 方程式，建立出新的研究模型，提出應以峰強度變化（peak intensity variation）作為探討陷阱態存在的依據。
本實驗揭示了兩種固態介面處在施加電壓下的電荷行為。在施加偏壓時，Si³⁺ 出現受到電位驅動的離域化行為，類似介電層中的可移動載子。而 Si²⁺ 則侷限存在於 SiO₂ | Au 介面是種局部化的特徵表現。需特別注意的是，在本實驗中這些氧化態標示並不代表 Si 實際的氧化還原反應，實驗團隊以此標記僅是希望能以簡單明瞭的方式來反映介面處局部化學環境差異所導致的現象。
綜合上述結果，研究團隊成功建立氧化態演變與電荷累積之間的定量關聯，從化學態角度提供了對介面陷阱態的原子層級的理解，為半導體電子元件的精準設計奠定了基礎。
