Оксонитрид цинка сделал тонкопленочные транзисторы быстрее

Группа ученых из Корейского Университета и Samsung Electronics Corporation разработала новый тип тонкопленочных транзисторов на основе оксонитрида цинка, который значительно «быстрее» предшественников. Подвижность носителей заряда в материале достигает 138 квадратных сантиметров на вольтсекунду, что приблизительно на порядок выше, чем в обычных тонкопленочных транзисторах. Работа опубликована в Applied Physics Letters.

Подвижность зарядов — величина, характеризующая то, как быстро могут перемещаться носители зарядов (электроны или дырки) под действием внешнего тока. Численно эта величина равна реальной скорости, например, электрона в полупроводнике (в сантиметрах в секунду), в котором на один сантиметр длины приложен один вольт напряжения.Чем быстрее могут перемещаться заряды, тем меньше электрическое сопротивление материала и тем быстрее могут переключать свое состояние транзисторы, состоящие из него.

Исследователи синтезировали оксонитрид цинка (ZnON) магнетронным распылением смеси кислорода, азота и аргона на цинковую мишень. В результате образовалась пятидесятинанометровая стекловидная пленка, легко разрушающаяся на воздухе. Для того чтобы увеличить ее стабильность, авторы подвергли образцы бомбардировке аргоновой плазмой, которая привела к образованию нанокристаллов в аморфной матрице. Полученные таким образом образцы отличаются высокой устойчивостью, они не проявили никаких признаков деградации в ходе тридцатидневного испытания в рабочих условиях.

Для применяющихся сейчас оксидных полупроводников характерно значение подвижности носителей заряда от трех до двадцати см²/В*с. По словам авторов, для новых поколений электронных устройств требуются транзисторы с подвижностью зарядов более ста квадратных сантиметров на вольтсекунду. Оксонитрид обладает на порядок более высокой подвижностью носителей заряда за счет заполнения азотом кислородных вакансий в оксидной структуре.

Большинство современных устройств использует жидкокристаллические дисплеи, тонкопленочные транзисторы в которых являются ключевым элементом. Они исполняют роль элементов управления активной матрицей на жидких кристаллах. Тонкопленочные транзисторы представляют собой разновидность обычных полевых транзисторов, у которых как металлические контакты, так и полупроводниковые каналы проводимости изготавливаются в виде тонких пленок толщиной от одной десятой до одной сотой микрона.

Рекордная подвижность электронов на данный момент принадлежит графену и составляет 200 000 см²/В*с.