激光可以一步改變半導體的複雜特性

研究團隊成功開發了一種新技術，只需使用單一激光工藝即可改變半導體的導電性能。

研究團隊成功將二氧化鈦（TiO₂），傳統上依靠電子進行操作，轉變為基於空穴的 p 型半導體。研究團隊開發的激光誘導氧化和摻雜（LODI）技術只需一次激光照射即可同時進行氧化和摻雜，被認為是一種可以從根本上簡化傳統複雜工藝的新型轉換技術。

學習 發表 在雜誌上 小的。該團隊由大邱慶北科學技術學院電氣工程與計算機科學系的 Hyukjun Kwon 教授領導。

根據攜帶電流的主要粒子，半導體分為兩種類型（n 型和 p 型）。帶負電的電子 (e-) 在 n 型半導體中移動以承載電流，而電子中的空穴 (h⁺) 在 p 型半導體中移動以承載電流。大多數電子設備（包括智能手機和計算機）都在利用這兩種特性的互補金屬氧化物半導體 (CMOS) 電路上運行。因此，在設計高效電路時，必須同時採用 n 型和 p 型。

同時，氧化鈦（TiO₂）被認為是“理想的半導體材料”，因為它無毒、來源豐富、熱穩定和化學穩定。然而，它的晶體結構非常穩定，限制了空穴的運動。因此，它只能作為n型半導體工作，只攜帶電子（e-）。總之，該材料表現出良好的性能和穩定性，但只能使用“一半鏈條”。

為了克服這些限制，研究團隊開發了 LODI。該技術是一種集成工藝，使用單個激光同時進行氧化和摻雜，並將復雜的半導體製造工藝結合到一個步驟中。

當氧化鋁膜（Al₂關於₃）放置在鈦（Ti）金屬薄膜上並用激光照射幾秒鐘，當鈦與氧結合形成氧化鈦（TiO₂）。在此過程中，電子平衡被破壞，產生空穴，隨後形成 p 型半導體，其中空穴而不是電子攜帶電流。

將氧化鈦半導體轉化為p型需要一個複雜的過程，需要數十小時，包括高溫熱處理和真空離子注入。它還需要昂貴的設備和高真空，這限制了商業化。

另一方面，由於LODI僅用一個激光就可以在幾秒鐘內達到相同的效果，因此有望成為下一代半導體製造技術，可以同時進行氧化、摻雜和圖案化，並顯著減少工藝時間和成本。

Hyukjun Kwon 教授表示：“這項研究意義重大，因為它將主要用於 n 型的氧化鈦半導體轉化為 p 型，同時將傳統的複雜工藝優化為單一激光工藝。” “這項原創技術可以精確控制氧化物半導體的導電模式，將成為下一代高度集成且可靠的器件的基礎。”