相比于多晶半导体，非晶体系具有诸多优势，如低成本、易加工、高稳定性以及大面积制造均匀等。然而，传统的非晶氢化硅因电学性能不足而急需探索新材料。自2004年首次基于非晶N型（电子）铟鎵锌合金氧化物薄膜晶体管（TFT）报道以来（Nature 432, 488, 2004），极大推动了半导体电子学和新一代信息显示技术的发展。
然而，目前研发性能相当的非晶P型半导体面临着重大挑战，严重阻碍了新型电子器件研发和大规模N-P互补金属氧化物半导体（CMOS）技术的发展。传统氧化物半导体因高局域态价带顶和自补偿效应，导致空穴传输效率极差，难以满足应用需求。科研人员因此投入大量精力开发新型非氧化物P型半导体，但目前这些新材料只能在多晶态下展现一定的P型特性。此外，这些材料还存在稳定性和均匀性等固有缺陷，且难以与现有工业制程工艺兼容。
图2 基于新型非晶碲(Te)基复合半导体的器件分析
鉴于此，该团队提出了一种新颖的碲(Te)基复合非晶P型半导体设计理念，并采用工业制程兼容的热蒸镀工艺实现了薄膜的低温制备，证明了在高性能、稳定的P沟道TFT器件和CMOS互补电路中的应用可行性。通过理论分析，揭示了由碲5p轨道组成的高分散价带顶和浅能级受体态，为非晶体系下足量的空穴掺杂和有效空穴传输奠定了重要基础（图1）。此外，进一步的研究表明，硒合金化处理可以有效调节空穴浓度，实现了场效应空穴迁移率达到15cm²/Vs和电流开关比约为107的高性能P沟道TFT器件。
刘奥，电子科技大学基础与前沿研究院教授、国家青年人才。研究聚焦于新型半导体信息材料的研发及产业制程兼容的电子薄膜和功能器件集成，在新型P型半导体材料开发和薄膜晶体管（TFT）集成方向做出系列开拓、原创性成果，过去10年持续推进该领域研究进展。以第一/通讯作者（含共同）在Nature, Science, Nature Electronics, Nature Communications等期刊发表论文50余篇，封面论文8篇。论文被引用4800余次，h因子40。授权中、韩发明专利10余项。获得了多项重要奖项，如Gordon Research Conferences“最佳论文奖”（2022年，亚太地区唯一获奖者），中国政府优秀自费留学生奖，韩国信息显示协会“青年领袖奖”等。
朱慧慧，电子科技大学物理学院特聘研究员、博士生导师。主要研究兴趣包括钙钛矿薄膜晶体管等电子器件、新型半导体材料、中长波红外探测等。迄今共发表论文70余篇，其中以第一/通讯作者（含共同）在Nature，Nature Electronics，Nature Communications，Advanced Materials等期刊发表论文30余篇，封面论文7篇。论文被引用3700余次，h因子34。曾获多项重要奖项，如第十七届“春晖杯”中国留学人员创新创业大赛优胜奖、韩国三星“产研结合奖”，美国寰宇显示“技术先驱奖”、中国政府优秀自费留学生奖、韩国信息显示协会奖、浦项制铁亚洲奖学金(POSCO Asia Fellowship)、Ruth L. Satter Fellowship（杰出女性科学家奖学金）等。
文字：基础与前沿研究院
编辑：微视野工作室 王佳凝、实习生 邓加庆
原文始发于微信公众号（电子科技大学）：重磅！Nature+1！
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