Лазерная трансформация полупроводников: новый метод

Исследовательская группа из Университета науки и технологий Тэгу-Кёнбук (DGIST) представила революционную технологию, позволяющую изменять проводящие свойства полупроводников всего за один лазерный процесс. Ранее считавшийся исключительно n-типа (проводящий за счет электронов), диоксид титана (TiO2) теперь может быть преобразован в p-тип (проводящий за счет дырок) с помощью нового метода.

Разработанная технология, получившая название Laser-Induced Oxidation and Doping Integration (LODI), объединяет процессы окисления и легирования в одну стадию, облучаемую лазером. Это значительно упрощает традиционно сложный производственный процесс.

TiO2 – привлекательный материал для электроники благодаря своей нетоксичности, доступности, а также термической и химической стабильности. Однако его жесткая кристаллическая структура ограничивала движение дырок, делая его пригодным только для n-типа. Это означало, что полупроводники на основе TiO2 могли использовать лишь половину потенциала для создания электронных схем.

Метод LODI решает эту проблему. В ходе эксперимента тонкая пленка оксида алюминия (Al2O3) помещалась поверх металлической пленки титана (Ti). Затем образец облучался лазером в течение нескольких секунд. В результате ионы алюминия проникали внутрь, а титан соединялся с кислородом, образуя TiO2. Этот процесс нарушал электронный баланс, создавая дырки и, как следствие, полупроводник p-типа.

Традиционно преобразование TiO2 в p-тип требовало многочасовой термической обработки при высоких температурах и ионной имплантации в условиях вакуума. Это включало использование дорогостоящего оборудования и создание вакуумной среды, что препятствовало коммерциализации.

LODI позволяет достичь того же результата за считанные секунды с помощью одного лазера. Ожидается, что эта технология станет основой для производства полупроводников нового поколения, способных одновременно выполнять окисление, легирование и создание рисунка, значительно сокращая время и стоимость производства.

«Эта работа имеет большое значение, поскольку она позволяет преобразовать полупроводники на основе диоксида титана, которые в основном использовались как n-тип, в p-тип, упрощая традиционный сложный процесс до одной лазерной стадии», — отметил профессор Хёкджун Квон, руководитель исследования. «Эта оригинальная технология, способная точно контролировать тип проводимости оксидных полупроводников, послужит основой для реализации высокоинтегрированных и надежных устройств нового поколения».