薄膜电子器件，最新成果

近日，基础与前沿研究院/电子薄膜与集成器件全国重点实验室刘奥团队在国际材料学期刊《Advanced Materials》上连续发表两篇关于新型薄膜电子器件的研究成果。两项工作分别围绕室温工艺高性能、超低功耗薄膜晶体管和CMOS集成电路展开。基础与前沿研究院2024级博士生贺梦菲和杜丽平分别为论文第一作者，电子科技大学基础与前沿研究院为论文第一单位。

论文一：室温碲氧化物薄膜晶体管与全氧化物CMOS电路

面向新型显示、柔性电子和大面积集成电路等应用，高性能氧化物半导体器件因其低温制备、均匀性好和工艺兼容性强而备受关注。然而，现有氧化物半导体研究长期集中于n型体系，p型氧化物由于价带局域化强、空穴输运困难以及缺陷补偿严重，始终难以实现有效掺杂和高性能器件构筑。这一瓶颈限制了CMOS电路在低功耗薄膜电子中的进一步发展。

针对上述难题，团队提出了一种基于制备环境调控的原位氧化还原策略，在室温条件下实现了碲基氧化物薄膜的本征p型掺杂与空穴输运调控。该方法通过反应金属介导的还原过程，在纳米尺度上构建可调控的碲导电通道，使薄膜在室温下即可获得超过10 cm²/V·s的高迁移率，并实现跨越5个数量级以上的载流子浓度调节。基于该p型碲氧化物与n型氧化物晶体管的协同集成，团队进一步制备出全氧化物CMOS反相器、逻辑门和环形振荡器，实现了完全室温制备条件下的稳定逻辑功能，为大面积、柔性、低热预算薄膜CMOS电子技术提供了新方案。

论文二：蒸镀锡基钙钛矿薄膜晶体管与低功耗互补电路

面向低功耗集成电路、新型显示和柔性电子等应用，兼具高迁移率与低温工艺兼容性的p型半导体材料始终是薄膜电子领域的关键需求。锡基钙钛矿作为一类无铅半导体，具有本征p型输运、有效质量低和空穴迁移率高等优势，被认为是构建高性能p沟道薄膜晶体管和互补逻辑电路的重要候选材料。然而，现有锡基钙钛矿器件大多依赖溶液法制备，易受到前驱体纯度、配位状态和结晶动力学波动的影响，导致薄膜质量、器件性能和批次重复性不稳定，限制了其进一步规模化应用。

针对上述问题，团队系统比较了多种商业前驱体在溶液法与热蒸镀工艺中的影响差异，提出并验证了蒸镀过程中的“预蒸发自纯化”机制。研究发现，热蒸镀能够在薄膜成核前有效滤除挥发性杂质，显著削弱前驱体来源差异对成膜过程的影响，从而实现组成稳定、结构致密且高度一致的锡基钙钛矿薄膜。基于该工艺制备的器件获得了约30 cm(2)/V·s的空穴迁移率、超过10(8)的开关比以及优异的工作与存储稳定性，并进一步与n型氧化物晶体管集成构建出高增益、超低静态功耗的互补反相器，单级静态功耗达到皮瓦量级。该研究表明，热蒸镀为高性能、高一致性、低功耗锡基钙钛矿互补电子器件提供了可靠的工艺路线，也为新型薄膜集成电路的工程化发展奠定了基础。