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电脑、电视、智能手机在我们的生活中无处不在，这在一定程度上要归功于半导体材料的蓬勃发展，使一系列先进电子设备的诞生成为可能。正如美国西北大学麦考密克工程学院电气工程和计算机科学的副教授Matthew Grayson所言：我们生活在“半导体时代”。
美国西北大学麦考密克工程学院电气工程和计算机科学的副教授Matthew Grayson
他说道：“半导体材料的应用已深入到各个方面，包括电脑芯片、激光、相机成像系统等。我们有必要仔细、准确地了解半导体性能。”
Grayson的研究团队建立了一种新的数学方法，可高效、准确、简单地获知半导体性能。通过翻转磁场并重复同一测试，便可定量测试材料内部的导电性是否均匀。均匀导电性（uniform electrical conductivity）是判断半导体是否具备优良性能的指标之一。
“目前，确定半导体不均匀的方法是将该材料切割成数个小块，分别测量各个部分的导电性，比较异同。” Grayson解释道，“这就意味着，测试需要消耗大量的时间和试样数量。我们发现，可通过仅测量部分试样在磁场翻转前后的表现，来推测整个试样中电子密度的平均变化。”
甚至，仅通过测试试样边缘便可预测整块半导体的导电性。
Grayson团队的研究成果于上月28号刊登于《Physical Review Letters》。研究生Wang Zhou是该论文的第一作者。
上图是一块两英寸的晶片的电子密度图（红色对应电子密度大，蓝色对应电子密度小）。该图已经校准（将试样切割成小块，分别测量）。
半导体材料得以应用广泛的一大原因是，研究者和制造商可以通过各种掺杂方法来改变、控制其性能。而具备优良电学性质的半导体材料往往是均匀半导体，即材料各个部位表现一致的导电性。Grayson的实验成果将使得制造商得以定量测试、快速获知半导体的不均匀程度。
“当人们看到一块非均匀半导体，通常将它丢弃在一边，另找一种新材料。”Grayson说，“但是，如果你使用这种新方法就能迅速、准确地找到一片均匀材料，或者你能直接抵消掉该材料非均匀性，原材料依旧可以使用。”
半导体材料 图片来源：网络
Grayson的方法既可以被应用于12英寸的晶片，也可以用于10微米的微型晶片。因此，这一方法扩大了测试对象的范围，对二维材料尤其适用，例如石墨烯，研究者们可在微小的试样里探测变化。而在过去，人们很难在其表面进行各种测量。
Grayson享有此方法的专利，他希望该成果可广泛应用于实验室和工厂。
“当大批量生产的半导体被制作成电脑芯片之前，制造商需确定其均匀导电性。”Grayson说，“这种方法的好处是，在产品准备阶段提供反馈，提高生产效率。我们相信，这将会带来突破性的影响。“
译自：mccormick.northwestern.edu
来源：材料与测试
译者：Kate0609
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