研究新工具揭示了意想不到的半导体特性

2022年05月11日 23:25 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

一个研究小组在调查一种与新的氧化薄片相结合的半导体特性时,发现了一个意想不到的新的导电性来源,即被困在其中的氧原子。能源部西北太平洋国家实验室的材料科学家Scott Chambers在美国物理学会2022年春季会议上透露了该团队的发现。该研究的结果详见《物理评论材料》杂志。

这一发现对于理解氧化薄膜在未来半导体设计和制造中的功能具有深远的意义。具体来说,现代电子产品中使用的半导体被分为两种基本类型:n型和p型,取决于晶体形成过程中引入的电子杂质。n型和p型硅基材料都被用于现代电子装置中。然而,人们对开发新类型的半导体一直很感兴趣。Scott Chambers和他的同事们正在用锗与镧-锶-锆-钛-氧化物(LSZTO)的薄晶层一起进行实验。


这些研究人员使用硬X射线光电子能谱发现,当锗与一种特定的氧化物材料结合时,锗中的杂质氧原子主导了材料系统的特性。这是个很大的惊喜。钻石光源产生的所谓"硬"X射线可以穿透材料,并产生关于在原子水平上发生了什么的信息。

研究人员对此的解释是,锗中的氧杂质负责一个非常有趣的效果,界面附近的氧原子向LSZTO薄膜捐赠电子,在界面的几个原子层内的锗中产生空洞,或没有电子。这些专门的空穴导致了制备的不同样品中n型和p型锗的半导体特性完全黯然失色的行为。这也是一个很大的惊喜。


界面,即薄膜氧化物和基础半导体结合的地方,是有趣的半导体特性经常出现的地方。现在的挑战是学习如何通过修改表面的电场来控制在这些界面上形成的迷人的和潜在的有用的电场。研究人员进行的实验正在探究这种可能性。

虽然这项研究中使用的样品不可能立即具有商业用途的潜力,但所取得的技术和科学发现预计将在较长的时间内带来红利。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。

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