POSTECH团队开发出碲硒复合氧化物半导体材料

半导体是个体 2024-04-25 15:28:49

CINNO Research产业资讯,POSTECH(浦项工业大学)化学工业专业卢勇英教授、Liu Ao博士、Zhu Huihui博士(均为浦项工业大学博士后研究员)研究团队,以及韩国标准科学研究院金勇成博士,通过与浦项加速器研究所金敏奎博士的联合研究,研发出碲硒(Tellurium-Selenium)复合氧化物半导体材料,成功实现了高性能、高稳定性p型薄膜晶体管(以下简称TFT)。

这项研究于当地时间10日刊登在科学领域世界顶尖学术期刊《Nature(自然)》线上版上。

人们日常使用的各类电子设备中,无论是手机、电脑还是汽车,半导体都是不可或缺的核心部件。半导体主要可以分为晶质(crystalline)和非晶质(amorphous)半导体两大类。晶质半导体拥有原子或分子规律排列的结构,而非晶质半导体则不具备这一特性。

尽管非晶质半导体在制作工艺和成本方面拥有显著优势,但与晶质半导体相比,其电性能却有所降低。尤其是在p型非晶态半导体的研究上,进展相对缓慢。

N型非晶质半导体基于镓锌氧化物(以下简称IGZO),广泛应用于OLED显示领域和存储器领域,但p型材料还有很多内在缺陷,因此造成电子设备和集成电路的核心—n-p型互补双极性半导体(CMOS4))发展受阻。

学术界已长达二十年未能取得突破,因此,开发高性能的非晶性p型半导体元件一度被视为几乎无法攻克的难题。然而,面对这一挑战,POSTECH的卢勇英教授研究团队却迎难而上,成功将这一“不可能”转变为“可能”。

在此次研究中,研究团队深入探讨了缺氧环境下稀土金属镓氧化物电荷量升高的现象。他们发现,在特定缺氧条件下,这种物质能够形成接受电子的受主能级(acceptor level),进而可作为p型半导体运作。

基于这一发现,研究团队运用部分氧化的碲薄膜和硒的碲硒复合氧化物(Se:TeOx),成功开发出具有高性能和高稳定性的非晶p型氧化物TFT。

实验数据表明,他们所研发的TFT在p型非晶质氧化物TFT中,展现了迄今为止最高的空穴移动度(15cm2V-1s-1)和电流闪烁比(106至107)。与传统的n型氧化物半导体(如IGZO)相比,这一成果几乎达到了同等水平。

此外,研究团队的TFT在面临电压、电流、空气、湿度等外部条件的变化时,仍能稳定运行,展现出卓越的稳定性。特别是,在晶圆形态的制作过程中,所有部分均展现出一致的性能表现,研究团队进一步证实了其作为高可靠性半导体元件在实际产业现场应用的潜力。

卢勇英教授表示:“这一研究不仅是OLED电视、VR、AR设备等新一代显示领域的重要突破,同时也为低功耗CMOS及DRAM内存研究提供了关键支撑。我们期待它能在多个产业领域发挥关键作用,为创造高附加值贡献一份力量。”

值得一提的是,这项研究工作得到了韩国研究财团国家半导体研究室事业、中坚研究人员事业以及三星显示的大力支持。

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