研究人员合作开发了碲硒复合氧化物半导体材料。他们的努力导致了高性能和高度稳定的p型薄膜晶体管(TFT)的成功创造。这项研究发表在《自然》杂志的网络版上。
手机、个人电脑、汽车等几乎所有的电子设备都使用半导体。它们可以分为两大类:晶体半导体和非晶半导体。晶体半导体具有有序的原子或分子结构，而非晶半导体则缺乏这种规律性。因此，与晶体半导体相比，非晶半导体提供了更简单的制造方法和更低的成本。然而，它们通常表现出较差的电气性能。
p型非晶半导体的研究进展十分缓慢。尽管n型非晶氧化物半导体，特别是那些基于铟镓锌氧化物(IGZO)在OLED显示器和存储器件中的广泛采用，p型氧化物材料的进步受到许多固有缺陷的阻碍。
这一挫折阻碍了作为电子器件和集成电路基石的n-p型互补双极半导体(CMOS)的发展。实现高性能非晶p型氧化物半导体器件一直被认为是一个近乎不可能的挑战，学术界面临着二十年的失败尝试。
然而，浦项工科大学卢永永教授带领的研究小组将看似“不可能”的事情变成了“可能”。
通过他们的调查，研究小组发现氧化碲(一种稀土金属)的电荷在缺氧环境中会增加。这种现象是由于在缺乏足够氧气的情况下产生了一个能够容纳电子的受体能级，从而使材料具有p型半导体的功能。
基于这一见解，该团队利用部分氧化的碲薄膜和含硒的碲硒复合氧化物(Se:TeOx)成功地设计了高性能和异常稳定的非晶p型氧化物薄膜晶体管(TFTs)。
实验结果表明，该团队的TFT表现出最令人印象深刻的空穴迁移率(15 cm2V-1s-1)和通/关电流比(106-107)，这是迄今为止报道的p型非晶氧化物TFT中最令人印象深刻的。这些成果几乎与传统n型氧化物半导体(如IGZOs)的性能水平相匹配，后者已经得到了广泛的研究。
此外，该团队的tft在不同的外部条件下表现出卓越的稳定性，包括电压、电流、空气和湿度的波动。值得注意的是，在晶圆上制造时，观察到所有TFT组件的均匀性能，确认了它们适用于工业环境中可靠的半导体器件的适用性。
浦项工科大学教授卢永永表示:“这对OLED电视、VR、AR等下一代显示技术以及低功耗CMOS和DRAM存储器的研究具有重要意义。”我们预计它将有潜力推动不同行业的大量价值创造。”
更多资料:敖刘等，非晶p沟道晶体管的硒合金氧化碲，Nature(2024)。DOI: 10.1038/s41586-024-07360-w期刊信息:自然由浦项科技大学提供引文:研究员开发高性能非晶p型氧化物半导体(2024年，4月26日)检索自2024年4月26日https://techxplore.com/news/2024-04-high-amorphous-p-oxide-semiconductor.html此文档受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。
