TeSeO材料提升半导体功能 引领未来电子技术

 

电子传输在大多数无机半导体中占主导地位,这限制了互补型器件和电路的发展。香港城市大学(城大)的研究团队在最近的研究中通过无机共混策略 (inorganic blending strategy),在增强无机半导体中的正电荷(称为“空穴”)传输方面取得重大进展。研究团队通过采用创新的无机混合策略,将不同类型的本证p型无机材料组合成一种名为碲硒氧(TeSeO)的化合物,从而实现这一目标。

碲硒氧材料表现出了高度的适应性和可靠性,使其成为应对当前半导体所面临挑战的理想解决方案。这一突破为未来构建高性能且低成本的p型器件和电路提供了新的思路。领导是次研究的城大协理副校长(企业)及材料科学及工程学系教授何颂贤教授说:「这项突破为未来创造高性能和具有成本效益的器件和电路开辟了新的可能性。」

Inorganic blending strategy of TeSeO semiconducting materials
基于无机共混策略的碲硒氧半导体材料。(资料来源:Meng, Y., Wang, W., Fan, R. et al. https://doi.org/10.1038/s41467-024-48628-z

何教授续指,研究团队成功开发出了空气稳定、迁移率高的碲硒氧薄膜晶体管和柔性光电探测器,其性能优于传统的p型薄膜半导体,包括金属氧化物、金属卤化物和有机材料。这些新器件表现出卓越的耐用性和性能,为该领域树立新的标准。

传统p型半导体中连续调节能带隙甚具挑战。然而,通过巧妙地将不同类型的p型无机材料组合,研究团队成功地调控了碲硒氧的能带结构,实现了可调的能带隙,范围从0.7到2.2电子伏特。

Transfer curves and hole mobility of p-channel TeSeO thin-film transistor.
p沟道碲硒氧薄膜晶体管的转移曲线和迁移率。(资料来源: Meng, Y., Wang, W., Fan, R. et al. https://doi.org/10.1038/s41467-024-48628-z

 

通过无机共混策略,研究团队调控了碲硒氧的能带结构,以满足特定的技术要求。碲硒氧薄膜的可调能带隙覆盖了紫外、可见光和短波红外波长范围,为高迁移率的p型晶体管、太阳能电池和宽带光电探测器等应用开辟了令人鼓舞的前景。

何教授说:「我们计划在未来进一步探索和优化这些应用,充分发挥碲硒氧材料的潜力。 」

相关研究成果已发表于科学期刊《自然通讯》(Nature Communications)上,题为“An inorganic-blended p-type semiconductor with robust electrical and mechanical properties”。

Professor Johnny C. Ho, Associate Vice-President (Enterprise) and Professor in the Department of Materials Science and Engineering at CityUHK, led the study.
城大协理副校长(企业)及材料科学及工程学系何颂贤教授领导是次研究。(图片来源:香港城市大学)




论文第一作者为城大孟优博士、王伟军博士及范蓉博士。通讯作者为城大何教授、香港大学机械工程系陆洋教授及城大化学系黄骏弦教授。其他合作者包括日本九州大学材料化学与工程研究所的叶晨宝教授。

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