相比于多晶半導(dǎo)體，非晶體系具有諸多優(yōu)勢(shì)，如低成本、易加工、高穩(wěn)定性以及大面積制造均勻等。然而，傳統(tǒng)的非晶氫化硅因電學(xué)性能不足而急需探索新材料。自2004年首次基于非晶N型（電子）銦鎵鋅合金氧化物薄膜晶體管（TFT）報(bào)道以來(lái)（Nature 432, 488, 2004），極大推動(dòng)了半導(dǎo)體電子學(xué)和新一代信息顯示技術(shù)的發(fā)展。
然而，目前研發(fā)性能相當(dāng)?shù)姆蔷型半導(dǎo)體面臨著重大挑戰(zhàn)，嚴(yán)重阻礙了新型電子器件研發(fā)和大規(guī)模N-P互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）技術(shù)的發(fā)展。傳統(tǒng)氧化物半導(dǎo)體因高局域態(tài)價(jià)帶頂和自補(bǔ)償效應(yīng)，導(dǎo)致空穴傳輸效率極差，難以滿足應(yīng)用需求?？蒲腥藛T因此投入大量精力開(kāi)發(fā)新型非氧化物P型半導(dǎo)體，但目前這些新材料只能在多晶態(tài)下展現(xiàn)一定的P型特性。此外，這些材料還存在穩(wěn)定性和均勻性等固有缺陷，且難以與現(xiàn)有工業(yè)制程工藝兼容。
圖2 基于新型非晶碲(Te)基復(fù)合半導(dǎo)體的器件分析
鑒于此，該團(tuán)隊(duì)提出了一種新穎的碲(Te)基復(fù)合非晶P型半導(dǎo)體設(shè)計(jì)理念，并采用工業(yè)制程兼容的熱蒸鍍工藝實(shí)現(xiàn)了薄膜的低溫制備，證明了在高性能、穩(wěn)定的P溝道TFT器件和CMOS互補(bǔ)電路中的應(yīng)用可行性。通過(guò)理論分析，揭示了由碲5p軌道組成的高分散價(jià)帶頂和淺能級(jí)受體態(tài)，為非晶體系下足量的空穴摻雜和有效空穴傳輸?shù)於酥匾A(chǔ)（圖1）。此外，進(jìn)一步的研究表明，硒合金化處理可以有效調(diào)節(jié)空穴濃度，實(shí)現(xiàn)了場(chǎng)效應(yīng)空穴遷移率達(dá)到15cm2/Vs和電流開(kāi)關(guān)比約為107的高性能P溝道TFT器件。
劉奧，電子科技大學(xué)基礎(chǔ)與前沿研究院教授、國(guó)家青年人才。研究聚焦于新型半導(dǎo)體信息材料的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)制程兼容的電子薄膜和功能器件集成，在新型P型半導(dǎo)體材料開(kāi)發(fā)和薄膜晶體管（TFT）集成方向做出系列開(kāi)拓、原創(chuàng)性成果，過(guò)去10年持續(xù)推進(jìn)該領(lǐng)域研究進(jìn)展。以第一/通訊作者（含共同）在Nature, Science, Nature Electronics, Nature Communications等期刊發(fā)表論文50余篇，封面論文8篇。論文被引用4800余次，h因子40。授權(quán)中、韓發(fā)明專(zhuān)利10余項(xiàng)。獲得了多項(xiàng)重要獎(jiǎng)項(xiàng)，如Gordon Research Conferences“最佳論文獎(jiǎng)”（2022年，亞太地區(qū)唯一獲獎(jiǎng)?wù)撸袊?guó)政府優(yōu)秀自費(fèi)留學(xué)生獎(jiǎng)，韓國(guó)信息顯示協(xié)會(huì)“青年領(lǐng)袖獎(jiǎng)”等。
朱慧慧，電子科技大學(xué)物理學(xué)院特聘研究員、博士生導(dǎo)師。主要研究興趣包括鈣鈦礦薄膜晶體管等電子器件、新型半導(dǎo)體材料、中長(zhǎng)波紅外探測(cè)等。迄今共發(fā)表論文70余篇，其中以第一/通訊作者（含共同）在Nature，Nature Electronics，Nature Communications，Advanced Materials等期刊發(fā)表論文30余篇，封面論文7篇。論文被引用3700余次，h因子34。曾獲多項(xiàng)重要獎(jiǎng)項(xiàng)，如第十七屆“春暉杯”中國(guó)留學(xué)人員創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽優(yōu)勝獎(jiǎng)、韓國(guó)三星“產(chǎn)研結(jié)合獎(jiǎng)”，美國(guó)寰宇顯示“技術(shù)先驅(qū)獎(jiǎng)”、中國(guó)政府優(yōu)秀自費(fèi)留學(xué)生獎(jiǎng)、韓國(guó)信息顯示協(xié)會(huì)獎(jiǎng)、浦項(xiàng)制鐵亞洲獎(jiǎng)學(xué)金(POSCO Asia Fellowship)、Ruth L. Satter Fellowship（杰出女性科學(xué)家獎(jiǎng)學(xué)金）等。
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