Nos últimos anos, os engenheiros eletra´nicos tem tentado ampliar o leque de materiais semicondutores disponí­veis para permitir o desenvolvimento de uma gama mais ampla de dispositivos. Uma classe emergente de semicondutores são os semicondutores de a³xido amorfo (AOSs), que são semicondutores baseados em a³xidos de metais pa³s-transição.

Esses semicondutores podem ter várias propriedades vantajosas, incluindo a capacidade de serem depositados em baixas temperaturas e em grandessuperfÍcies, bem como uma alta flexibilidade e mobilidade de portadores. Essas vantagens os tornariam particularmente adequados para a criação de dispositivos de baixo custo e grandes áreas, como monitores de tela plana. No entanto, atéo momento, esses materiais apresentam uma sanãrie de limitações que os impedem de substituir as tecnologias de sila­cio policristalino existentes em grande escala.

Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Ta³quio realizaram recentemente um estudo com o objetivo de examinar algumas dessas limitações mais de perto. Seu artigo, publicado na Nature Electronics , mostra que a sensibilidade dos AOSs a impurezas e defeitos introduzidos externamente éaltamente dependente da localização da chamada banda de condução ma­nima (CBM).

"Em 2004, o primeiro semicondutor de a³xido amorfo (AOS), IGZO, TFT foi demonstrado por nosso instituto, em um projeto liderado pelo Prof. Hosono", disse Jungwan Kim, um dos pesquisadores que realizou o estudo, ao Phys.org. "Desde que entrei para o atual grupo em 2012, estudei principalmente a estrutura eletra´nica, mecanismo de dopagem e defeitos de AOSs. Em 2017 , em um estudo sobre a³xido de ga¡lio amorfo (a-Ga 2 O x ), descobrimos que os na­veis de energia e os as habilidades de dopagem relevantes dos AOSs diferem significativamente de acordo com sua composição química. "

Com base em suas descobertas anteriores, Kim e seus colegas conclua­ram que o número de doadores (por exemplo, defeitos de deficiência de oxigaªnio ou hidrogaªnio) em AOSs não afeta a densidade de portadores. Por exemplo, o filme a -Ga 2 O x possui a densidade de portador de apenas 10 15 cm -3 , embora contenha o mesmo número de hidrogaªnios que o InSnZnO amorfo (a-ITZO), que tem uma densidade de portador de 10 20 cm -3 . Essas observações inspiraram os pesquisadores a examinar a correlação entre a estrutura eletra´nica dos AOSs e sua capacidade de dopagem.

"Nossas explorações acabaram levando a  conquista descrita na Nature Electronics", explicou Kim. "Mais notavelmente, descobrimos que uma transferaªncia de carga ocorre entre AOSs e impurezas não intencionais e a transferaªncia de carga éfortemente governada pelos na­veis de energia dos materiais."

Os pesquisadores descobriram que a mobilidade de elanãtrons dos AOSs pode ser ajustada alterando sua composição química. Em seus experimentos, Kim e seus colegas usaram espectroscopia de fotoemissão ultravioleta (UPS) para determinar os na­veis de energia em um AOS, por exemplo, identificando os na­veis ma­nimo da banda de condução (CBM) e ma¡ximo da banda de valaªncia (VBM).

"Em geral, conforme o conteaºdo de a­ndio (In) ou estanho (Sn) aumenta, a mobilidade do elanãtron aumenta", explicou Kim. "A estabilidade de mobilidade pode, portanto, ser facilmente comparada investigando os diferentes sistemas de composição química."

Os experimentos recentes realizados por Kim e seus colegas mostraram que uma transferaªncia de carga ocorre entre AOSs e impurezas introduzidas externamente não intencionais. Além disso, essa transferaªncia de carga parece ser fortemente influenciada pelos na­veis de energia dos materiais .

Normalmente, éraro e desaconselha¡vel que as impurezas permanea§am nos materiais usados ​​para fabricar eletra´nicos. No entanto, devido aos seus processos de baixa temperatura, que também são vantajosos, os AOSs são particularmente sensa­veis a s impurezas.

"Este aspecto dos AOSs os diferencia da eletra´nica convencional baseada em Si", disse Kim.

"Eu sinto que estamos muito acostumados com a eletra´nica convencional baseada em Si. Muito mais pontos de vista diferentes devem ser preparados para a eletra´nica de baixa temperatura. Neste caso, a impureza descoberta foi impurezas relacionadas ao CO que doam elanãtrons para AOSs sob a polarização de porta negativa. condição de estresse. "

As impurezas relacionadas ao CO são um tipo de impureza que pode ser facilmente evitado e prevenido ao fabricar eletra´nicos em grande escala. As descobertas recentes reunidas por esta equipe de pesquisadores sugerem, portanto, que obter transistores de pela­cula fina (TFTs) de melhor desempenho com base em AOSs pode ser possí­vel ao usar equipamentos de fabricação avana§ados.

No entanto, a equipe suspeita que pode haver impurezas e defeitos adicionais que afetam a transferaªncia de carga dos AOSs. Assim, eles planejam realizar mais estudos para examinar o impacto de diferentes tipos de impurezas nas propriedades e no desempenho desses materiais.

"Os processos de fabricação de a³xido TFT, que tipos de impurezas são gerados e quantas dessas impurezas são incorporadas nos AOSs devem ser investigados exaustivamente", disse Kim. "Para mais aplicações, como circuitos la³gicos, memória, eletra´nica totalmente transparente, ainda existem muitas tarefas desafiadoras. Em nossos pra³ximos estudos, vamos nos concentrar nos seguintes tópicos: origem do dopante em AOSs, limitação de mobilidade em AOSs, etc."