科技日报记者 刘霞
据美国趣味科学网站16日报道,来自美国麻省理工-公海赌船下载、美国陆军作战能力发展司令部(DEVCOM)陆军研究实验室和加拿大渥太华大学等机构的科学家,利用名为三元石英的晶体材料,成功研制出一种新型超薄晶体薄膜半导体。薄膜厚度仅100纳米,约为人头发丝直径的千分之一。其中电子的迁移速度创下新纪录,约为传统半导体的7倍。这一成果有助科学家研制新型高效电子设备。相关论文发表于《今日材料物理学》杂志。
薄膜半导体微观晶体结构图。图片来源:美国趣味科学网站
研究论文通讯作者、麻省理工-公海赌船下载的贾加迪什·穆德拉指出,他们通过分子束外延过程制造出了这款薄膜半导体。该过程需要精确控制分子束,逐个原子地构建材料,这样获得的材料瑕疵最小最少,从而实现更高的电子迁移率。
研究人员向这种薄膜半导体施加电流时,记录到电子以10000平方厘米/伏秒的破纪录速度迁移。相比之下,在标准硅半导体内,电子的迁移速度通常约为1400平方厘米/伏秒;在传统铜线中则更慢。
研究人员将这种薄膜半导体比作“不堵车的高速公路”,认为这有助于研制更高效、更可持续的电子设备,如自旋电子设备和可将废热转化为电能的可穿戴热电设备。
研究团队指出,即使材料中最微小的瑕疵也会阻碍电子运动,从而影响电子迁移率。他们希望进一步改进制作过程,让薄膜变得更纤薄,从而更好地应用于未来的自旋电子设备和可穿戴热电设备。
总编辑圈点:
薄膜半导体由于具有高电子迁移率、可调控的能带结构、优异的光电性能等,在电子器件、光电器件等领域具有广泛的应用前景。人们对薄膜半导体的研究早在20世纪50年代就已开始,迄今已非常成熟。但随着纳米技术和柔性电子技术的大幅进步,以及类似本文中电子迁移率刷新的成果出现,薄膜半导体将迎来质的飞跃。