研究人员开发出高性能p型非晶氧化物半导体

来源：Tech Xplore

采用最佳硒合金比例加工的p型非晶氧化碲基薄膜晶体管 (Se:Te = 1:4) 表现出卓越的输出和传输特性。优化后的薄膜晶体管表现出 15 cm2/Vs 的空穴迁移率和 107 的开/关电流比，与早期 n 型氧化物薄膜晶体管的关键电气属性非常相似。此外，薄膜晶体管在长时间偏置应力下表现出显著的稳定性以及大面积薄膜的均匀性。 图源：浦项工科大学

研究人员合作开发了碲硒复合氧化物半导体材料。他们成功创造了高性能和高稳定性的p型薄膜晶体管（TFT）。 该研究已在线发表在《自然》杂志上。

几乎人们使用的所有电子设备都使用了半导体，例如手机、个人电脑和汽车等。它们可分为两大类：晶体半导体和非晶半导体。晶体半导体具有良好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并降低了成本。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明显缓慢。尽管n型非晶氧化物半导体，特别是基于氧化铟镓锌(IGZO)的半导体在OLED显示器和存储器件中得到广泛应用，但p型氧化物材料的进步一直受到许多固有缺陷的阻碍。

这一问题阻碍了 n-p 型互补双极半导体 (CMOS) 的发展，而 CMOS 是电子设备和集成电路的基石。 长期以来，实现高性能p型非晶氧化物半导体器件一直被认为是一项近乎不可能的挑战，学术界面临着二十年不成功的尝试。

尽管如此，由浦项工科大学教授 Yong-Young Noh 领导的研究小组已经将看似“不可能”变成了“可能”。

通过研究，研究团队发现，氧化碲（一种稀土金属）的电荷在缺氧环境中会增加。 这种现象是由于在没有足够氧气的情况下能够容纳电子的受主能级的产生而产生的，从而使材料能够发挥 p 型半导体的作用。

基于这一见解，该团队利用部分氧化的碲薄膜和掺有硒的碲硒复合氧化物 (Se:TeOx)，成功设计了高性能且异常稳定的非晶 p 型氧化物薄膜晶体管 (TFT)。

实验结果表明，该团队的 TFT 表现出有史以来 p 型非晶氧化物 TFT 中最令人印象深刻的空穴迁移率 (15 cm2V-1s-1) 和开/关电流比 (106–107)。这些成果几乎与已被广泛研究的传统n型氧化物半导体（例如IGZO）的性能水平相当。

此外，该团队的 TFT 在不同的外部条件（包括电压、电流、空气和湿度波动）下表现出卓越的稳定性。 值得注意的是，在晶圆上制造时，所有 TFT 组件的性能均一致，证实了它们适合用于工业环境中可靠的半导体器件。

浦项工科大学的 Yong-Young Noh 教授表示：“这一里程碑对于 OLED 电视、VR 和 AR 设备等下一代显示技术以及低功耗 CMOS 和 DRAM 内存的研究具有重大意义。我们预计它的有望推动不同行业创造大量价值。”

审核编辑 黄宇