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NEW 徐亨卓教授, 成功利用氢发生调节氧化物半导体电气传导度
- 2015-12-07
- 27494
2015-12-04
亚洲大学徐亨卓(新材料工学系·研究生院能源系统学科,照片)教授团队利用通过紫外线光分解吸附于金属氧化物半导体表面的水分产生的氢，开发出可以大幅提高电气传导度的技术。
该研究成果刊载于纳米科学领域中的权威学术刊物《ACS Nano》10月27日网络版。本次成果被评价为对曾经只在理论上预想过的氢掺杂氧化物半导体的电气传导度调节进行的世界上最初的可靠性实验证明，其开启了今后高效率大面积半导体及透明电极开发的可能性。
因为既透明、电气传导度调节也容易，因此用作显示器或太阳电池用透明电极等核心材料的氧化物半导体可以被制成很薄的金属氧化物。然而若将金属氧化物制得宽而大时，其电气传导度便会降低，也很难发挥其性能。而且空气中的水分一旦到达金属氧化物的表面，就会分解为氢原子，会出现电气特性发生转变的问题。
徐教授团队关注此氢原子，并研究出将其特征逆利用的方法。研究团队为将铟、镓、锌氧化物等混合制成的金属氧化物表面上附着的水分分解成氢，使用了高能量的紫外线进行照射。在此过程中，研究团队确认了电气传导度的增加与紫外线照射时长成比例的现象。
随机注入半导体杂质，用以提高半导体电气传导度的‘掺杂’技法在过去就有，然而使用既轻又容易扩散的氢却是史无前例。徐教授团队通过高性能电子显微镜和光谱仪进行观察，发现了如下事实：随着附着于氧化物表面的水分子变成氢分子，其会在薄膜内原子之间的空隙或者氧原子离开的位置与既有元素结合，提高电子的浓度。虽然根据情况不同其结果也不尽相同，然而电气传导度会提高，且最大在1兆倍以上。至此，曾经只在理论上才可能的‘氢掺杂’在世界上最初得以确认。
特别是利用碱金属杂质，在常温下使金属氧化物和基板的界面上形成纳米结晶之后掺杂氢的情况，比起没有纳米结晶时，其电气传导度增加了10的11次方倍。徐教授团队表示，此次成果不仅通过简单的流程制作出了显示器产业等所需的大面积的高可信度氧化物半导体及透明电极，还用最新分析技法第一次说明了正确的氢掺杂原理，期待此次成果能为开发适用透明电极技术的光化学掺杂设备做出贡献。
徐亨卓教授表示，“此次研究中提出的光化学掺杂技术，比起流程的容易性来说，其传导度调节的效果很强，也能很大的提高氧化物的可信度，因此可以广泛应用于新一代透明材料的开发。”
此次研究作为未来创造科学部和韩国研究财团纳米材料技术项目和一般研究者支援项目，是和汉阳大学崔德均教授团队共同进行的。
<描述光化学氢掺杂原理的概念图>
<纳米结晶中氢缺失的高分解能透射电子显微镜的照片>