近日，電子科技大學基礎與前沿研究院教授劉奧與物理學院研究員朱慧慧在國際頂尖學術期刊《自然（Nature）》上發表論文，該項研究首創高遷移率穩定的非晶P型（空穴）半導體器件，突破該領域20餘年的研究瓶頸，將進一步推動現代資訊電子學和大規模互補金屬氧化物半導體（CMOS）技術的發展。據悉，該成果由電子科技大學和南韓浦項科技大學共同合作完成。

半導體是培育新質生産力的重要賽道，事關高水準科技自立自強。相比于多晶半導體，非晶體系具有低成本、易加工、高穩定性以及大面積製造均勻等優勢。然而，傳統的非晶氫化硅因電學性能不足而急需探索新材料。同時，目前研發性能相當的非晶P型半導體面臨著重大挑戰，嚴重阻礙了新型電子器件研發和大規模N-P互補金屬氧化物半導體（CMOS）技術的發展。比如，傳統氧化物半導體因其特性導致空穴傳輸效率極差，難以滿足應用需求。科研人員因此投入大量精力開發新型非氧化物P型半導體，但目前這些新材料只能在多晶態下展現一定的P型特性。此外，這些材料還存在穩定性和均勻性等固有缺陷，且難以與現有工業製程工藝相容。

在過去20餘年裏，領域科研人員不斷嘗試實現高空穴遷移率的P型氧化物基半導體，但收效甚微。這也導致領域專家普遍認為，實現高性能的非晶P型半導體和CMOS器件是一項“幾乎不可能完成的挑戰”。而此次研究中，該研究團隊提出了一種新穎的碲(Te)基複合非晶P型半導體設計理念，並採用工業製程相容的熱蒸鍍工藝實現了薄膜的低溫製備，證明了在高性能、穩定的P溝道TFT器件和CMOS互補電路中的應用可行性。

據了解，這些器件展現了良好的偏置應力和環境穩定性，以及晶圓尺度的均勻性。該碲基材料體系在性能上遠優於已報道的其他新興非晶P型半導體材料，並展現出卓越的經濟性、穩定性、可擴展性和加工性，其製備工藝與工業生産線和後端整合技術完美相容。同時，為設計新一代穩定的非晶P型半導體材料帶來了新的啟發。這項研究將開啟P型半導體器件的研究熱潮，並在建立商業上可行的非晶P溝道TFT技術和低功耗CMOS整合器件邁出了重要一步。（王李科）

供圖：電子科技大學