Лазер мгновенно преобразует тип полупроводника

Исследователи из Института науки и технологий Тэгу Кёнбук (DGIST) разработали одностадийный лазерный процесс, который изменяет электрические свойства полупроводников.Технология лазерно-индуцированного окисления и легирования (LODI) позволяет оксиду титана (TiO₂) — материалу, ранее ограниченному электронной проводимостью, — функционировать как дырочный полупроводник p-типа.

Исследование демонстрирует, как LODI объединяет окисление и легирование в один этап лазерного облучения, предлагая радикальное упрощение по сравнению с традиционными многофазными высокотемпературными методами изготовления полупроводников.Инновация, возглавляемая профессором Хюкджуном Квоном и его командой, может значительно сократить время, стоимость и сложность оборудования, используемого при производстве чипов.

Полупроводники работают как материалы n- или p-типа в зависимости от носителей заряда — электронов или дырок.Современная электроника, в том числе схемы КМОП, используемые в смартфонах и компьютерах, полагаются на плавную интеграцию обоих типов.Однако некоторые стабильные материалы, такие как оксид титана, несмотря на их экологические и структурные преимущества, по-прежнему ограничены работой n-типа из-за ограниченной подвижности дырок.

Метод LODI команды преодолевает это ограничение.Нанося слой оксида алюминия (Al₂O₃) на титан (Ti) и подвергая стопку воздействию лазера всего на несколько секунд, ионы алюминия диффундируют, а титан окисляется, образуя TiO₂.Лазер одновременно нарушает электронный баланс, создавая дырки, которые превращают материал в полупроводник p-типа.

Традиционные подходы к достижению этого преобразования требуют нескольких этапов, таких как вакуумная ионная имплантация и длительная термическая обработка, требующих дорогостоящего оборудования и часов обработки.LODI выполняет то же преобразование почти мгновенно в нормальных условиях благодаря встроенной возможности создания шаблонов, что открывает путь к масштабируемому и энергоэффективному производству.

Простота и точность LODI могут ускорить разработку гибкой электроники, датчиков и оптоэлектронных устройств, что ознаменует решающий шаг в эволюции обработки полупроводников. «Это исследование демонстрирует прямой, контролируемый способ создания проводимости оксидных полупроводников с помощью одного лазерного процесса», — сказал Квон.«Эффективно преобразуя оксид титана из n-типа в p-тип, мы закладываем основу для высокоинтегрированных и надежных полупроводниковых устройств следующего поколения».