筑波大學成功實現在塑膠薄膜上的高性能半導體薄膜合成

 

刊登日期:2022/2/11
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日本筑波大學於日前發表,利用載子移動率高於矽(Si)且具有相對較低結晶化溫度的鍺(Ge),並透過控制Ge薄膜的結晶化過程與採用耐熱塑膠薄膜,解決了耐熱性等課題,進而成功地達成了在塑膠上的高性能半導體薄膜合成。雖然硬質Si基板對於實現高度資訊處理是必要的材料,但塑膠薄膜若能做為基材進行利用的話,將可望顯著提升電子元件的多功能性,加速促進創新之可撓性元件的開發。

利用低價、輕量、耐用且柔軟的塑膠做為半導體薄膜基材製成的可撓性元件備受關注,但為了賦予塑膠薄膜先進的資訊處理機能,需要合成出載子移動率相當於積體電路中使用之矽基板的半導體薄膜。然而要在耐熱溫度有限的塑膠薄膜上獲得這樣的半導體薄膜則具有困難度。

為了解決此一問題,筑波大學在塑膠薄膜的表面塗佈了亦適合做為Ge電晶體閘極絕緣層的氧化鍺(GeOx),並將Ge薄膜加熱至500℃以誘發結晶化,進而實現了大粒徑化、高品質化的多結晶Ge薄膜。載子移動率數值越高,代表對於提升薄膜電晶體元件性能有很大的助益,而新合成薄膜的載子移動率在玻璃或塑膠等非晶質基板上直接合成的半導體薄膜中,達到了最高等級的690 cm2/Vs,且此數值甚至超越了單晶矽基板的電洞移動率數值。

目前筑波大學已確立Ge薄膜電晶體相關之元件技術,今後將繼續推動以Ge薄膜為基材之可撓式電晶體的高速運作實證研究。此外,Ge亦可望做為太陽電池、熱電轉換設備的材料進行利用,因此筑波大學的研究成果亦將有助於促進各種創新元件設備的開發。


資料來源: 化學工業日報 / 材料世界網編譯
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