教授解决了两十年来的氧化物半导体难题

韩国浦项科学技术大学（POSTECH）化学工程系教授Yong-Young Noh与该校化学工程系博士后研究员、现任中国电子科技大学教授刘敖和朱辉辉博士，以及韩国标准科学研究院的Kim Yong-Sung博士和浦项加速器实验室的Min Gyu Kim博士合作开发了一种碲-硒复合氧化物半导体材料。他们的努力成功地创造了高性能、高稳定性的p型薄膜晶体管(TFT)。这项研究成果已在线发表在《自然》期刊上。

半导体被用于人们使用的几乎所有电子设备，如手机、个人电脑和汽车。它们可以分为两大类：结晶半导体和非晶半导体。结晶半导体具有有序的原子或分子结构，而非晶半导体缺乏这种规律性。因此，与其结晶对应物相比，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。

关于p型非晶半导体的研究进展一直相当缓慢。尽管n型氧化物半导体得到了广泛应用，特别是基于铟镓锌氧化物（IGZO）的OLED显示屏和存储器件，但p型氧化物材料的进展受到许多固有缺陷的阻碍。这一挫折阻碍了n-p型互补双极半导体（CMOS）的发展，而CMOS又是电子设备和集成电路的基石。长期以来，高性能非晶p型氧化物半导体器件一直被视为几乎不可能的挑战，学术界经历了二十年的失败尝试。

然而，由浦项科技大学的Yong-Young Noh教授领导的研究团队将看似“不可能”变成了“可能”。

通过他们的研究，团队发现了告诉urium氧化物在缺氧环境中的电荷增加。这种现象源于在缺乏足够氧的情况下，能够容纳电子的受主能级的形成，从而使材料能够作为p型半导体工作。基于这一洞察，团队成功地利用部分氧化碲薄膜和含硒的碲-硒复合氧化物（Se:TeOx）制造了高性能和异常稳定的非晶p型氧化物薄膜晶体管(TFT)。

实验结果显示，该团队的TFTs展示了迄今为止报告的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），几乎达到了传统n型氧化物半导体（如IGZO）的性能水平。

此外，该团队的TFTs在各种外部条件下(包括电压、电流、空气和湿度的波动)都表现出卓越的稳定性。值得注意的是，在晶圆上制造的TFT组件表现出均匀的性能，证实了它们适用于工业环境中可靠的半导体器件。

浦项科技大学的Yong-Young Noh教授表示：“这一里程碑事件对下一代显示技术，如OLED电视、VR和AR设备，以及低功耗CMOS和DRAM存储器的研究具有重要意义。”他补充说：“我们预计它在各个行业中将带来巨大的价值创造。”