Search近日，浙江大学基础交叉研究院综合交叉研究领域、量子精密测量研究院张琪研究员，联合中国科学技术大学石发展团队，在Science Advances发表题为“Quantum Noise Spectroscopy of Nanoscale Charge Defects in Silicon Carbide at Room Temperature”的研究论文。
碳化硅是重要的第三代半导体材料，传统测试方法通常难以直接解析其局域缺陷的空间分布、时间演化及频率特征。碳化硅中的 PL5 和 PL6 色心是在纳米尺度开展碳化硅电磁环境表征的良好量子传感体系，但其微观结构长期未明，制约了可控制备与应用。针对这一问题，研究团队通过多种实验方法结合理论计算，确认 PL5 和 PL6 均为氧–硅空位复合缺陷，并通过氧离子注入将色心制备产率较常规方法提升一个数量级以上[TIP 1, 100013 (2026)]。国际固态量子信息领域著名学者 Jörg Wrachtrup 教授撰写了题为“Silicon carbide turns quantum”的专文评述，并给予高度评价。
在此基础上，研究团队进一步以 PL5 色心为传感器，对碳化硅纳米尺度电荷缺陷开展了系统的实验表征与微观物理机制解析。通过实时追踪单个 PL5 色心的共振频率变化，直接观测到其周围约10纳米范围内缺陷电荷的俘获与释放，实现了室温下单电荷动态探测；进一步绘制了商用晶圆的局域电噪声分布，分辨出不同晶圆间的噪声差异。结合动力学解耦与 T₁ 弛豫测量，团队获得了从近直流至 GHz 频段的局域噪声谱，并识别出自旋缺陷的电子顺磁共振指纹。去除表面原生氧化层后，噪声谱发生系统性变化，揭示了原生氧化层是局域电磁涨落的重要来源之一。该研究为第三代半导体缺陷检测、界面工艺优化及器件可靠性研究提供了新的量子检测方法。
量子传感器检测半导体电荷缺陷的工作原理示意图
原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aej5462
