新型薄膜半导体电子迁移速度创纪录，有望催生性能更优电子设备

7/18/2024，光纤在线讯，据美国趣味科学网站16日报道，来自美国麻省理工学院、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、麻省理工学院的贾加迪什·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。

科技日报总编辑圈点：
    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。

来源：科技日报