„Der Forschungsfortschritt bei amorphen p-Typ-Halbleitern war besonders schleppend“, so die Pohang University of Science Technologie (PostTech). „Trotz der weit verbreiteten Einführung von amorphen Oxidhalbleitern vom n-Typ, insbesondere solchen auf Basis von IGZO [Indiumgalliumzinkoxid] in OLED-Displays und Speichergeräten, wurde die Weiterentwicklung von Oxidmaterialien vom p-Typ durch zahlreiche inhärente Mängel behindert. Dieser Rückschlag hat die Entwicklung von CMOS behindert.“
Das Team entdeckte, dass die Ladung von Telluroxid in sauerstoffarmen Strukturen durch die Schaffung einer Akzeptorebene zunimmt, die Elektronen aufnehmen kann, wodurch das Material als p-Typ fungieren kann Halbleiter.
Aufgrund dieser Beobachtung wurden Transistoren unter Verwendung teilweise oxidierter Tellur-Dünnfilme entworfen, die mit Selen – einem „Suboxid“ der Form Se – modifiziert waren0.25TeO1.44 – Normalerweise handelt es sich bei den Oxiden um SeO2 und TeO2
Die Ergebnisse umfassen eine Lochbeweglichkeit von 15 cm2/V/s und ein Ein-Aus-Stromverhältnis von 106-107.
Warum Selen hinzufügen?
„Selen kann den Einschaltstrom erhöhen und den Ausschaltstrom verringern“, sagte der leitende Forscher Professor Yong-Young Noh (Abbildung) sagte Electronics Weekly. „Ohne Selen, TeOx zeigte eine geringe Beweglichkeit von 1-2cm2/V/s. Nachdem Selen mit Tellur legiert wurde, entsteht ein Lochleitungskanal.“
Bei den Transistoren handelt es sich um Bottom-Gate-Transistoren mit einem Siliziumdioxid-Gate-Isolator und einem Silizium-Gate. Source- und Drain-Kontakte waren aus Nickel.
„Diese Leistungen erreichen nahezu das Leistungsniveau herkömmlicher n-Typ-Oxidhalbleiter wie IGZOs“, sagte PosTech und beschrieb die Transistoren weiterhin als „außergewöhnlich stabil unter wechselnden äußeren Bedingungen, einschließlich Schwankungen von Spannung, Strom, Luft und Luftfeuchtigkeit“. Bemerkenswerterweise wurde bei der Herstellung auf Wafern eine gleichmäßige Leistung aller TFT-Komponenten beobachtet, was ihre Eignung für zuverlässige Halbleiterbauelemente für den Einsatz in industriellen Umgebungen bestätigt.“
Anwendungen sind in Displays für OLED-Fernseher, Virtual-Reality- und Augmented-Reality-Geräte sowie in der CMOS- und DRAM-Forschung vorgesehen – Samsung Display gehörte zu den Unterstützern des Projekts.
Die Pohang University of Science and Technology arbeitete mit dem Korea Research Institute of Standards and Science und dem Pohang Accelerator Laboratory zusammen.
Die Arbeit wurde in Nature als „Selenium legiertes Telluriumoxid für amorphe p-Kanal-Transistoren“ veröffentlicht.