HuisNieuwsLaser converteert het halfgeleidertype onmiddellijk

Laser converteert het halfgeleidertype onmiddellijk

Een nieuw, op laser gebaseerd proces maakt de conversie van titaniumoxide in p-type halfgeleiders in één stap mogelijk, wat een revolutie teweeg kan brengen in de chipfabricage door complexe, tijdrovende stappen te elimineren.



Onderzoekers van het Daegu Gyeongbuk Instituut voor Wetenschap en Technologie (DGIST) hebben een eenstaps laserproces ontwikkeld dat de elektrische eigenschappen van halfgeleiders transformeert.Dankzij de Laser-Induced Oxidation and Doping Integration (LODI)-techniek kan titaniumoxide (TiO₂) – een materiaal dat voorheen beperkt was tot op elektronen gebaseerde geleiding – functioneren als een op gaten gebaseerde p-type halfgeleider.

De studie laat zien hoe LODI oxidatie en doping combineert in één laserbestralingsstap, wat een drastische vereenvoudiging biedt ten opzichte van traditionele meerfasige fabricagemethoden voor halfgeleiders op hoge temperatuur.De innovatie, geleid door professor Hyukjun Kwon en zijn team, zou de tijd, kosten en complexiteit van de apparatuur die bij de productie van chips betrokken zijn, aanzienlijk kunnen verminderen.

Halfgeleiders werken als n-type of p-type materialen, afhankelijk van hun ladingsdragers: elektronen of gaten.Moderne elektronica, inclusief CMOS-circuits die te vinden zijn in smartphones en computers, vertrouwt op de naadloze integratie van beide typen.Bepaalde stabiele materialen zoals titaniumoxide zijn echter, ondanks hun ecologische en structurele voordelen, beperkt gebleven tot n-type werking vanwege de beperkte mobiliteit van de gaten.

De LODI-methode van het team overwint deze beperking.Door aluminiumoxide (Al₂O₃) op titanium (Ti) aan te brengen en de stapel slechts een paar seconden aan een laser bloot te stellen, diffunderen aluminiumionen terwijl titanium oxideert en TiO₂ vormt.De laser verbreekt tegelijkertijd de elektronenbalans en genereert gaten die het materiaal omzetten in een p-type halfgeleider.

Traditionele benaderingen om deze conversie te bereiken vereisen meerdere stappen, zoals vacuümionenimplantatie en langdurige thermische behandeling, waarvoor dure apparatuur en urenlange verwerking nodig zijn.LODI voert dezelfde transformatie vrijwel onmiddellijk uit onder normale omstandigheden, met ingebouwde patroonvormingsmogelijkheden, waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor schaalbare, energie-efficiënte productie.

De eenvoud en precisie van LODI zou de ontwikkeling van flexibele elektronica, sensoren en opto-elektronische apparaten kunnen versnellen, wat een cruciale vooruitgang zou betekenen in de evolutie van halfgeleiderverwerking. “Deze studie demonstreert een directe, controleerbare manier om de geleidbaarheid van oxide-halfgeleiders te engineeren via een enkel laserproces”, aldus Kwon.“Door titaniumoxide efficiënt om te zetten van n-type naar p-type, leggen we een basis voor de volgende generatie, sterk geïntegreerde en betrouwbare halfgeleiderapparaten.”