创新方法揭示了令人惊讶的半导体特性

一个研究半导体特性的研究小组与一种新型薄氧化膜相结合，观察到了一种令人惊讶的新导电来源，它来自于被困在内部的氧原子。

能源部太平洋西北国家实验室的材料科学家斯科特钱伯斯在美国物理学会 2022 年春季会议上报告了该团队的发现。该研究结果在《物理评论材料》杂志（“映射晶体金属氧化物/IV 族半导体界面的隐藏空间电荷分布”）中进行了详细描述。

这一发现对于理解薄氧化膜在未来半导体设计和制造中的作用具有广泛的意义。具体来说，现代电子产品中使用的半导体有两种基本类型——n 型和 p 型——这取决于晶体生长过程中添加的电子杂质。现代电子设备使用 n 型和 p 型硅基材料。但人们一直对开发其他类型的半导体感兴趣。钱伯斯和他的团队正在测试锗与镧-锶-锆-钛-氧化物 (LSZTO) 的特殊结晶薄膜的结合。

“我们正在报道一种用于探测半导体结构和功能的强大工具，”钱伯斯说。“在这种情况下，硬 X 射线光电子能谱显示，当锗与特定氧化物材料结合时，氧原子（锗中的一种杂质）会主导材料系统的特性。这是一个很大的惊喜。”

使用英国牛津郡哈威尔科学与创新园区的钻石光源，研究小组发现他们可以比使用典型方法更多地了解锗/LSZTO系统的电子特性。

“当我们试图用传统技术探测这种材料时，锗的高得多的电导率基本上会导致短路，”钱伯斯说。“因此，我们可以了解一些关于 Ge 的电子特性，我们已经知道很多，但对 LSZTO 薄膜的特性或 LSZTO 薄膜与锗之间的界面一无所知——我们怀疑这可能是非常有趣，可能对技术有用。”

硬X射线的新角色

钻石光源产生的所谓“硬”X 射线可以穿透材料并生成有关原子水平上正在发生的事情的信息。

“我们的结果最好用锗中的氧杂质来解释，这是一个非常有趣的影响，”钱伯斯说。“界面附近的氧原子向 LSZTO 薄膜提供电子，从而在界面的几个原子层内的锗中产生空穴或不存在电子。在我们准备的不同样品中，这些特殊的空穴导致的行为完全超越了 n 型和 p 型锗的半导体特性。这也是一个很大的惊喜。”

薄膜氧化物和基础半导体结合在一起的界面是有趣的半导体特性经常出现的地方。根据钱伯斯的说法，挑战在于学习如何通过改变表面的电场来控制在这些界面处形成的迷人且可能有用的电场。PNNL 正在进行的实验正在探索这种可能性。

钱伯斯说，虽然本研究中使用的样本不太可能立即具有商业用途的潜力，但预计所取得的技术和科学发现将在长期内获得回报。新的科学知识将帮助材料科学家和物理学家更好地了解如何设计具有有用特性的新半导体材料系统。

杭州驰飞是超声镀膜系统开发商和制造商，产品主要应用于燃料电池质子交换膜喷涂、薄膜太阳能电池、钙钛矿、微电子、半导体、 纳米新材料、玻璃镀膜、 生物医疗、纺织品等领域。杭州驰飞超声波设备有限公司全新网站已经上线，驰飞超声提供专业的镀膜解决方案，为您出谋划策，提供定制化服务，加速您的产品研发生产！