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(xiàn)出卓越的輸出和傳輸特性。優(yōu)化后的薄膜晶體管表現(xiàn)出 15 cm2/Vs 的空穴遷移率和 107 的開/關(guān)電流比，與早期 n 型氧化物薄膜晶體管的關(guān)鍵電氣屬性非常相似。此外，薄膜晶體管在長(zhǎng)時(shí)間偏置應(yīng)力下表現(xiàn)出顯著的穩(wěn)定性以及大面積薄膜的均勻性。 圖源：浦項(xiàng)工科大學(xué)

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

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

p型非晶半導(dǎo)體的研究進(jìn)展明顯緩慢。盡管n型非晶氧化物半導(dǎo)體，特別是基于氧化銦鎵鋅(IGZO)的半導(dǎo)體在OLED顯示器和存儲(chǔ)器件中得到廣泛應(yīng)用，但p型氧化物材料的進(jìn)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(bǔ)雙極半導(dǎo)體 (CMOS) 的發(fā)展，而 CMOS 是電子設(shè)備和集成電路的基石。 長(zhǎng)期以來，實(shí)現(xiàn)高性能p型非晶氧化物半導(dǎo)體器件一直被認(rèn)為是一項(xiàng)近乎不可能的挑戰(zhàn)，學(xué)術(shù)界面臨著二十年不成功的嘗試。

盡管如此，由浦項(xiàng)工科大學(xué)教授 Yong-Young Noh 領(lǐng)導(dǎo)的研究小組已經(jīng)將看似“不可能”變成了“可能”。

通過研究，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，氧化碲（一種稀土金屬）的電荷在缺氧環(huán)境中會(huì)增加。 這種現(xiàn)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(jí)的產(chǎn)生而產(chǎn)生的，從而使材料能夠發(fā)揮 p 型半導(dǎo)體的作用。

基于這一見解，該團(tuán)隊(duì)利用部分氧化的碲薄膜和摻有硒的碲硒復(fù)合氧化物 (Se:TeOx)，成功設(shè)計(jì)了高性能且異常穩(wěn)定的非晶 p 型氧化物薄膜晶體管 (TFT)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該團(tuán)隊(duì)的 TFT 表現(xiàn)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(guān)電流比 (106–107)。這些成果幾乎與已被廣泛研究的傳統(tǒng)n型氧化物半導(dǎo)體（例如IGZO）的性能水平相當(dāng)。

此外，該團(tuán)隊(duì)的 TFT 在不同的外部條件（包括電壓、電流、空氣和濕度波動(dòng)）下表現(xiàn)出卓越的穩(wěn)定性。 值得注意的是，在晶圓上制造時(shí)，所有 TFT 組件的性能均一致，證實(shí)了它們適合用于工業(yè)環(huán)境中可靠的半導(dǎo)體器件。

浦項(xiàng)工科大學(xué)的 Yong-Young Noh 教授表示：“這一里程碑對(duì)于 OLED 電視、VR 和 AR 設(shè)備等下一代顯示技術(shù)以及低功耗 CMOS 和 DRAM 內(nèi)存的研究具有重大意義。我們預(yù)計(jì)它的有望推動(dòng)不同行業(yè)創(chuàng)造大量?jī)r(jià)值。”

審核編輯 黃宇