Lokale Unordnung in amorphen Metalloxidschichten

08.04.2022 von

Neben polykristallinem Silicium haben sich z.B. in Transistoren amorphe und transparente Metalloxide der Metalle Zn, In, Ga, Al und Zinn als halbleitende Funktionsschichten mittlerweile etabliert. Charakteristische Meßgrößen, die die Funktionalität eines Feldeffekttransistors (FET) mit metalloxidischen Halbleitern maßgeblich beeinflussen, sind die Ladungsträgermobilität (n-leitend: Elektronen, p-leitend: Löcher) und das Schaltverhalten des Bauteils (sog. on/off Verhältnis). Der Leitungsmechanismus der Ladungsträger im amorphen halbleitenden Material, das sich zwischen den Kontakten von source und drain befindet, ist für das Schaltverhalten des FET mit entscheidend.

Die Untersuchung des Leitungsmechanismus lässt sich durch den Einbau von geringen Mengen an Aluminium-oxid als Dotierstoff in einige, nur wenige Nanometer dünne Mehrlagenschichten von Indium- und Zinnoxid erreichen. Auf diese Weise lässt sich auch zwischen zwei unterschiedlichen Leitfähigkeitsmechanismen in Abhängigkeit vom eingebauten Aluminiumoxidgrad unterscheiden. Der entwickelte Synthesezugang zeigt einen Weg auf, wie dielektrische Materialien gezielt eingesetzt werden können, um die halbleitenden Eigenschaften von solchen dünnen transparenten Oxidschichten zu manipulieren und den Transportmechanismus der Ladungsträger in der oxidischen Funktionsschicht zu untersuchen und auch besser zu verstehen. Durch die aktuelle und die vor kurzem dazu durchgeführte Studie der Arbeitsgruppe von J.J. Schneider (Chem. Eur. J. 2021, 27, 9791-9800) scheint jetzt ein genereller Zugang für den Einbau auch anderer Metalloxide gefunden. Der synthetische Zugang zur Dünnschicht-Architektur gelingt über die Gasphase und die kontrollierte Abscheidung oxidischer Spezies aus metallorganischen Vorläufermolekülen. Diese Methode erlaubt die genaue Kontrolle der Schichten in Bezug auf deren Zusammensetzung und Dotierung und ist für diese Art der Schichtkomposition funktionellen Oxidschichten von genereller Bedeutung.

Publiziert wurden diese Arbeiten als hot paper im J. Mater. Chem. C 2022, 10, 5447-5457 (RSC). Die visuelle Darstellung des Inhalts der Publikation findet sich zudem auf dem Cover des Journals.