半导体技术迎重大突破？钙钛矿阳离子可大幅提高晶体管性能

据报道，韩国浦项工科大学(Pohang University of Science and Technology)的一组研究人员近期通过利用三种不同的钙钛矿阳离子工艺开发出了世界级的钙钛矿晶体管，这将重塑半导体技术。

最新研究成果已于近期发表在了《自然电子》杂志上。

据了解，在半导体技术中，n型和p型晶体管都是构建电子电路所必需的。n型半导体通过电子的运动促进电流流动，而p型半导体允许电流通过空穴的运动。尽管电子电路需要n型和p型半导体，但由于大多数半导体材料的电子迁移率优于空穴迁移率，因此开发高效的p型半导体一直具有挑战性。这已被全球公认为十大技术挑战之一。

研究人员表示，卤化锡钙钛矿代表了有前途的p型半导体，具有令人印象深刻的空穴迁移率，使其成为下一代高性能p型晶体管的候选者。

化学式为ABX3的钙钛矿由两种阳离子(A和B)和一种阴离子(X)组成，研究小组一直在通过多种化合物的组合开发高性能的p型钙钛矿半导体材料。2022年，他们就曾使用铯-锡-碘化(Cs-Sn-I)的组合开发了当时性能最好的晶体。

在最新研究中，研究小组巧妙地将三种阳离子——甲脒(FA)、铯(Cs)和苯乙铵(PEA)的混合物应用于钙钛矿(ABX3)阳离子的A位。虽然之前的研究分别使用了这些阳离子，但这项研究是第一次将这三种阳离子结合起来。

结果，该团队成功开发出了缺陷更少的高质量p型钙钛矿半导体层。

在这一成就的基础上，他们实现了具有高空穴迁移率(70 cm2/Vs)和开/关电流比(10的8次方)的晶体管，以更低的功耗实现了更快的计算。这些结果代表了迄今为止报道的p型钙钛矿晶体管的最高性能水平。

研究小组表示，他们再次成功开发出了世界上性能最好的晶体管，超越了去年的性能。

“如果将低温制程p型半导体的性能提高到与n型半导体相当的水平，就可以制造出性能更快的电子电路，并大大提高数据处理速度。我们希望这项研究能够在电气和电子工程领域找到广泛的应用，利用半导体和晶体管的潜力。”他们说。

本研究得到了韩国国家研究基金会(NRF)创新化学工程领导者教育计划BK21 FOUR计划、国家半导体实验室计划和三星显示器(Samsung Display)的支持。

文章作者：黄君芝