Исследование факторов, влияющих на чувствительность аморфных оксидных полупроводников к внешним примесям.

В последние годы инженеры-электронщики попытались расширить диапазон доступных полупроводниковых материалов, чтобы сделать возможным разработку самых разных устройств. Один из новых классов полупроводников — это аморфные оксидные полупроводники (AOS), которые представляют собой полупроводники на основе оксидов постпереходных металлов.

Эти полупроводники могут иметь множество полезных свойств, включая способность осаждаться при низких температурах и на больших поверхностях, а также высокую гибкость и подвижность носителей. Эти преимущества делают их особенно подходящими для создания недорогих устройств с большой площадью, таких как плоские дисплеи. Однако до сих пор этот материал имел ряд ограничений, которые не позволяли ему в больших масштабах заменить существующие технологии поликристаллического кремния.

Исследователи из Токийского технологического института недавно провели исследование, направленное на более тщательное изучение некоторых из этих ограничений. Их статья была опубликована в природа электроника, показывает, что чувствительность АОС к внесенным извне примесям и дефектам сильно зависит от расположения так называемого минимума зоны проводимости (CBM).

В 2004 году был выпущен первый аморфный оксидный полупроводник (AOS) IGZO, TFT. был представлен Нашим институтом в проекте, возглавляемом профессором Хосоно, сообщил Phys.org Чонхван Ким, один из исследователей, проводивших исследование. С тех пор как я присоединился к текущей группе в 2012 году, я в основном изучал электронную структуру, механизм легирования и дефекты АОС. в 2017 году, при исследовании аморфного оксида галлия (a-Ga₂в_Икс), мы обнаружили, что уровни энергии и связанные с ними активирующие способности АОС сильно различаются в зависимости от их химической структуры ».

Основываясь на своих предыдущих открытиях, Ким и его коллеги пришли к выводу, что количество доноров (например, кислородных или водородных вакансионных дефектов) в АОС не влияет на плотность носителей. Например, a-Ga₂в_Икс Пленка имеет векторную плотность всего 10¹⁵ яд^-3, он даже содержит такое же количество водорода, что и аморфный InSnZnO (a-ITZO), который имеет плотность носителей 10²⁰ яд^-3. Эти наблюдения вдохновили исследователей на дальнейшее изучение взаимосвязи между электронной структурой AOS и его легирующей способностью.

«Наши исследования в конечном итоге привели к прорыву в области электроники природы», — пояснил Ким. «В частности, мы обнаружили, что перенос заряда происходит между АОС и непреднамеренными примесями, и что перенос заряда сильно зависит от уровней энергии в материалах».

Исследователи обнаружили, что подвижность электронов АОС можно регулировать, изменяя их химический состав. В своих экспериментах Ким и его коллеги использовали ультрафиолетовую фотоэмиссионную спектроскопию (UPS) для определения уровней энергии AOS, например, для определения минимальной зоны проводимости (CBM) и максимальной валентной зоны (VBM).

«В целом, когда содержание индия (In) или олова (Sn) увеличивается, подвижность электронов увеличивается», — пояснил Ким. «Таким образом, стабильность подвижности можно легко сравнить, исследуя различные системы химического состава».

Недавние эксперименты Кима и его коллег показывают, что перенос заряда происходит между непреднамеренными и внешними примесями. Более того, этот перенос заряда, по-видимому, сильно зависит от материалов. уровни энергии.

Обычно примеси в материалах, используемых при производстве электроники, остаются редкими и нежелательными. Однако из-за более низких температур процессов, которые также являются полезными, АОС особенно чувствительны к примесям.

«Этот аспект AOS отличает их от обычной электроники на основе Si», — сказал Ким.

«Я чувствую, что мы хорошо знакомы с традиционной электроникой на основе Si. Для низкотемпературной электроники необходимо подготовить совершенно разные перспективы. В данном случае это было обнаружено. примесь Это были примеси, связанные с оксидом углерода, которые отдают электроны AOS в условиях отрицательного напряжения смещения затвора ».

Примеси, связанные с оксидом углерода, представляют собой тип примесей, которых можно легко избежать и предотвратить при крупномасштабном производстве электроники. Последние результаты, собранные этой группой исследователей, указывают на лучшую производительность. тонкопленочные транзисторы (TFT) на основе AOS могут быть возможны при использовании современного производственного оборудования.

Однако команда подозревает, что могут быть дополнительные примеси и дефекты, влияющие на Ответственная передача из AOS. Таким образом, они планируют провести дальнейшие исследования, чтобы изучить влияние различных типов примесей на свойства и характеристики этих материалов.

«Процессы изготовления оксида TFT, типы образующихся примесей и количество этих примесей, включенных в AOS, должны быть тщательно исследованы», — сказал Ким. «Для других приложений, таких как логические схемы, память и полностью прозрачная электроника, есть еще много сложных задач. В наших предстоящих исследованиях мы сосредоточимся на следующих темах: происхождение примеси в AOS, ограниченная мобильность в AOS и т. Д.»

© 2021 Сеть Science X