研究人員開發出高性能p型非晶氧化物半導體

來源：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體管 (Se:Te = 1:4) 表現出卓越的輸出和傳輸特性。優化后的薄膜晶體管表現出 15 cm2/Vs 的空穴遷移率和 107 的開/關電流比，與早期 n 型氧化物薄膜晶體管的關鍵電氣屬性非常相似。此外，薄膜晶體管在長時間偏置應力下表現出顯著的穩定性以及大面積薄膜的均勻性。 圖源：浦項工科大學

研究人員合作開發了碲硒復合氧化物半導體材料。他們成功創造了高性能和高穩定性的p型薄膜晶體管（TFT）。 該研究已在線發表在《自然》雜志上。

幾乎人們使用的所有電子設備都使用了半導體，例如手機、個人電腦和汽車等。它們可分為兩大類：晶體半導體和非晶半導體。晶體半導體具有良好有序的原子或分子結構，而非晶半導體則缺乏這種規律性。因此，與晶體半導體相比，非晶半導體提供了更簡單的制造方法并降低了成本。然而，它們通常表現出較差的電氣性能。

p型非晶半導體的研究進展明顯緩慢。盡管n型非晶氧化物半導體，特別是基于氧化銦鎵鋅(IGZO)的半導體在OLED顯示器和存儲器件中得到廣泛應用，但p型氧化物材料的進步一直受到許多固有缺陷的阻礙。

這一問題阻礙了 n-p 型互補雙極半導體 (CMOS) 的發展，而 CMOS 是電子設備和集成電路的基石。 長期以來，實現高性能p型非晶氧化物半導體器件一直被認為是一項近乎不可能的挑戰，學術界面臨著二十年不成功的嘗試。

盡管如此，由浦項工科大學教授 Yong-Young Noh 領導的研究小組已經將看似“不可能”變成了“可能”。

通過研究，研究團隊發現，氧化碲（一種稀土金屬）的電荷在缺氧環境中會增加。 這種現象是由于在沒有足夠氧氣的情況下能夠容納電子的受主能級的產生而產生的，從而使材料能夠發揮 p 型半導體的作用。

基于這一見解，該團隊利用部分氧化的碲薄膜和摻有硒的碲硒復合氧化物 (Se:TeOx)，成功設計了高性能且異常穩定的非晶 p 型氧化物薄膜晶體管 (TFT)。

實驗結果表明，該團隊的 TFT 表現出有史以來 p 型非晶氧化物 TFT 中最令人印象深刻的空穴遷移率 (15 cm2V-1s-1) 和開/關電流比 (106–107)。這些成果幾乎與已被廣泛研究的傳統n型氧化物半導體（例如IGZO）的性能水平相當。

此外，該團隊的 TFT 在不同的外部條件（包括電壓、電流、空氣和濕度波動）下表現出卓越的穩定性。 值得注意的是，在晶圓上制造時，所有 TFT 組件的性能均一致，證實了它們適合用于工業環境中可靠的半導體器件。

浦項工科大學的 Yong-Young Noh 教授表示：“這一里程碑對于 OLED 電視、VR 和 AR 設備等下一代顯示技術以及低功耗 CMOS 和 DRAM 內存的研究具有重大意義。我們預計它的有望推動不同行業創造大量價值?！?/p>

審核編輯 黃宇