Étude des facteurs qui influencent la sensibilité des semi-conducteurs à oxyde amorphe aux impuretés induites de l’extérieur


Étude des facteurs qui influencent la sensibilité des semi-conducteurs à oxyde amorphe aux impuretés induites de l'extérieur

Une figure qui explique comment les niveaux d’énergie diffèrent en fonction de la composition chimique et comment cela se rapporte au transfert de charge avec les . Source : Shiah et al.

Ces dernières années, les ingénieurs en électronique ont cherché à élargir le pool de matériaux semi-conducteurs disponibles pour permettre le développement d’une plus large gamme de dispositifs. Les semi-conducteurs à amorphe (AOS), qui sont des semi-conducteurs à base d’oxydes de métaux de post-transition, sont une classe émergente de semi-conducteurs.

Ces semi-conducteurs peuvent présenter plusieurs propriétés avantageuses, notamment la capacité à être déposés à basse température et sur de grandes surfaces, ainsi qu’une flexibilité et une mobilité des porteurs élevées. Ces avantages les rendraient particulièrement adaptés à la réalisation d’appareils peu coûteux et de grande surface tels que des écrans plats. Néanmoins, à ce jour, ces matériaux ont eu un certain nombre de limitations qui les ont empêchés de remplacer à grande échelle les technologies existantes de silicium polycristallin.

Des chercheurs de l’Institut de technologie de Tokyo ont récemment mené une pour examiner certaines de ces limites plus en détail. Votre article, publié dans Électronique naturelle, montre que la sensibilité des AOS aux impuretés et aux défauts introduits de l’extérieur dépend fortement de l’emplacement du minimum de bande de conduction (CBM).

« En 2004, le premier semi-conducteur à oxyde amorphe (AOS), IGZO, TFT a été démontré par notre institut dans le cadre d’un projet dirigé par le professeur Hosono », a déclaré à Phys.org Jungwan Kim, l’un des chercheurs qui a mené l’étude. « Depuis que j’ai rejoint le groupe actuel en 2012, j’ai principalement étudié la structure électronique, le mécanisme de dopage et les défauts des AOS. En 2017, dans une étude sur l’oxyde de gallium amorphe (a-Ga2??X) Nous avons constaté que les niveaux d’énergie et les capacités de dopage pertinentes des AOS diffèrent considérablement en fonction de leur composition chimique. »

Sur la base de leurs résultats précédents, Kim et ses collègues ont conclu que le nombre de donneurs (par exemple des lacunes d’oxygène ou d’hydrogène) dans les AOS n’affecte pas la densité des porteurs de charge. Par exemple a-ga2??X Le film a une densité de porteurs de seulement 10quinze cm-3, bien qu’il contienne le même nombre d’hydrogène que l’InSnZnO amorphe (a-ITZO), qui a une densité de porteurs de 10. a20e cm-3. Ces observations ont incité les chercheurs à étudier plus avant la relation entre la structure électronique des AOS et leur capacité de dopage.

« Nos explorations ont finalement conduit au succès décrit dans Nature Electronics », a déclaré Kim. « Plus important encore, nous avons constaté qu’il existe un transfert de charge entre les AOS et les contaminants non intentionnels, et que le transfert de charge est largement déterminé par les niveaux d’énergie des matériaux. »

Les chercheurs ont découvert que la mobilité électronique des AOS peut être ajustée en modifiant leur composition chimique. Dans leurs expériences, Kim et ses collègues ont utilisé la spectroscopie de photoémission ultraviolette (UPS) pour déterminer les niveaux d’énergie dans un AOS, par exemple pour identifier le minimum de la bande de conduction (CBM) et le maximum de la bande de valence (VBM).

« En général, la mobilité des électrons augmente avec l’augmentation de la teneur en indium (In) ou en étain (Sn) », a déclaré Kim. « La stabilité de la mobilité peut donc être facilement comparée en examinant les différents systèmes de composition chimique. »

Des expériences récentes de Kim et de ses collègues ont montré que le transfert de charge se produit entre les AOS et les contaminants non intentionnels introduits de l’extérieur. De plus, ce transfert de charge semble être fortement influencé par les niveaux d’énergie des matériaux.

En règle générale, il est rare et déconseillé que des contaminants restent dans les matériaux utilisés pour fabriquer des composants électroniques. Cependant, en raison de leurs procédés à basse température, qui sont également avantageux, les AOS sont particulièrement sensibles à la contamination.

« Cet aspect de l’AOS le distingue de l’électronique conventionnelle à base de silicium », a déclaré Kim.

« J’ai l’impression que nous sommes trop habitués à l’électronique conventionnelle à base de silicium. Des points de vue beaucoup plus différents devraient être préparés pour l’électronique à basse température. Dans ce cas, le contaminant découvert était des contaminants liés au CO, émettant des électrons vers l’AOS sous l’état de contrainte de polarisation de grille négative. »

Les contaminants liés au CO sont un type de contaminant qui peut être facilement évité et prévenu dans la fabrication de produits électroniques à grande échelle. Les derniers résultats de cette équipe de recherche suggèrent donc qu’il pourrait être possible de réaliser des transistors à couche mince (TFT) plus puissants basés sur des AOS en utilisant des équipements de fabrication de pointe.

Pourtant, l’équipe soupçonne qu’il pourrait y avoir d’autres contaminants et défauts qui interfèrent avec le transfert de charge des AOS. Ils prévoient donc de mener d’autres études pour étudier l’influence de différents types d’impuretés sur les propriétés et les performances de ces matériaux.

« Les processus de fabrication d’oxydes TFT, les types d’impuretés créés et le nombre de ces impuretés incorporées dans les AOS doivent être étudiés attentivement », a déclaré Kim. « Pour d’autres applications telles que les circuits logiques, les mémoires, l’électronique entièrement transparente, il reste encore de nombreuses tâches difficiles. Dans nos prochaines études, nous nous concentrerons sur les sujets suivants : origine du dopant dans les AOS, restrictions de mobilité dans les AOS, etc. »


Fabrication de transistors stables et hautement mobiles pour les technologies d’affichage de nouvelle génération


Plus d’information:
Yu-Shien Shiah et al., Compromis mobilité-stabilité dans les transistors à couche mince d’oxyde, Électronique naturelle (2021). DOI : 10.1038 / s41928-021-00671-0

Production de transistors à couches minces flexibles transparents à température ambiante en utilisant des semi-conducteurs à oxyde amorphe. la nature(2004). DOI : 10.1038 / natur03090.

Conversion d’un isolant en oxyde amorphe avec une bande interdite ultra-large en un semi-conducteur. Matériaux NPG Asie(2017). DOI : 10.1038 / le 20.2017.

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Devis: Explorer les influençant la sensibilité des semi-conducteurs à oxyde amorphe aux impuretés d’origine externe (2021, 20 décembre), consulté le 21 décembre 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-12-exploring-factors-impacting -sensitivity- amorphe.html

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