XK星空中国官方网站 下一代电子学的基础技术：自由操纵氧化物半导体特性
阐明材料的新特性以实现 p 型氧化锌
氧化物半导体因其多样化的特性而被称为功能宝库。它们作为超越传统半导体性能极限的下一代材料而引起了人们的关注。由于它们是透明的且具有高导电性，因此被广泛用作液晶电视、智能手机显示屏和太阳能电池的透明电极材料，并已成为我们日常生活中常见的材料。
牧野教授说：“我认为氧化物半导体是一组具有巨大潜力的材料，可以通过结合其各种特性来创造新事物。”当他在东北大学担任研究助理时，牧野教授致力于开发利用稀磁性氮化物半导体磁性的高效电子器件。一次，他向KUT的山本哲也教授（当时正在通过理论方法进行半导体材料设计研究）提出要求。这一请求促成了KUT与东北大学的联合研究。由于这一合作，牧野教授于2005年加入KUT，作为促进使用氧化锌（一种代表性的氧化物半导体）透明导电膜成膜技术的产学合作研究团队的成员。此后，他一直以将氧化物半导体应用于设备以实现新功能为目标，一直在进行研究。各种研究，从氧化锌薄膜生长技术的开发到电子和表面/界面物理性质的阐明。
使用氧化锌作为半导体材料的最大挑战是实现满足器件质量要求的p型氧化锌。半导体有两种类型，n型和p型，两者都需要用于半导体。然而，氧化锌往往是n型的，制造p型氧化锌极其困难。
教授。 Makino表示：“透明导电氧化物和使用氧化锌的透明电极都是n型应用，但为了拓宽氧化物半导体的应用领域，p型氧化锌的实现是必不可少的。如果我们能够制造出高质量的p-n结，那么应用范围将立即扩大。那么我们可以说氧化锌第一次加入了半导体的行列。”
为了实现p型氧化锌，关键是了解材料的基本特性并找到实现新特性的方法。
追求多晶材料复杂且无法解释的物理特性
T这里有两种类型的半导体：单晶和多晶。大多数结晶固体材料由多晶制成，多晶由我们所说的多个单晶组成。 Makino 教授还致力于氧化锌多晶的研究。由于这些多晶可以以比单晶低得多的成本形成大面积的薄膜，因此多晶薄膜用于柔性显示器等先进电子产品，预计在不久的将来将得到广泛应用。
“多晶薄膜不仅可以用于各种用途，而且在实际考虑方面也具有很大的优点，例如低成本的薄膜制造。此外，多晶的许多特性尚未阐明，这使得它们作为研究对象很有趣。这些材料极大地激发了我的求知欲。”
尚未充分理解的一种现象是多晶内相邻晶体之间的“晶界”界面。晶界已被表征为具有与晶体表面相似的特性。
在晶体表面，原子失去了它们的共价键伙伴，未键合的“手”伸出来。在不稳定状态下，当存在没有键合伙伴的电子时，化学活性变高，这极大地影响晶体内的电子迁移率等物理性质。据说晶界与晶体表面的性质接近，具有相似的性质。
“多晶晶体之间的晶界，填充有 20-30 纳米晶体非常小，但它们会干扰电子的运动。具体来说，当大气中的氧气和水被晶界吸收时，电流就会受到损害，导致电子弹开或弹开。我将坚持一步一步地研究这种现象，找出这种干扰的机制。”
此外，当去除吸附在未接合的手上的大气中的气体时，在晶体表面上会出现电特性。同样，在晶界处，去除粘附物质可以使电流流动。此外，薄膜的特性也会发生巨大的变化；例如，根据晶界处是否存在吸附剂，半导体可能会发光或不发光。通过创新地利用这些特性，可以想象气体传感器等各种应用。
“由于多晶的特性和性质与众多复杂因素交织在一起，因此要了解这些特性和性质非常困难。目前很少有研究人员在研究这些问题；因此，许多问题仍然没有答案，例如为什么会出现这些特性？以及我们如何改进这些特性？这就是为什么我一直致力于通过有趣的可能应用来识别和阐明这些物理特性，并创造新的特性，同时同时追求晶体内部发生的事情的细节。”
微观世界正在发生什么？尝试通过各种实验来揭开不可见的事物。
Makino 教授的一项成就是他阐明了提高氧化锌基透明导电薄膜质量所需的特性。他发现通过控制氧化锌多晶晶体结构的原子排列，可以获得更高质量的透明导电薄膜。换句话说，通过他的实验结果，他证明了以前只是猜测的化学性质。
“据说，即使多晶体中的晶体稍微弯曲不对齐，也可能会出现非常不受欢迎的特性。考虑到这一点，如果我们充分利用成膜技术并整齐地排列晶体的原子阵列，我们将能够提高透明导电膜的性能。”
这些不断涌现的稳定研究成果将成为实现p型氧化锌的基础。
希望将最新的分析技术传播到工业界
玻璃基板成膜过程中，表面吸附了什么物质，处于什么状态？成膜后的薄膜暴露在大气中会发生什么变化？为了进一步探索多晶材料的物理性能，必须将高精度评价技术融入成膜技术中。
KUT 拥有双 X 射线源硬 X 射线光电子能谱装置，是世界上仅有的几台之一。它不仅可以检查薄膜的表面，还可以检查略低于表面的内部特性。处于评估技术的最前沿是一种自豪。
“双X射线源硬X射线光电子能谱装置，可发射高能X射线；这使我们能够研究表面和表面下方区域电子的能量结构。当 X 射线撞击物质时，一些电子会弹出；另一些则被释放。然后通过测量当时电子的能量，我们可以确定薄膜内的原始状态。从这个意义上说，这是材料化学领域非常重要的实验技术，使我们能够研究薄膜内的状态。通过比较表面的状态和表面以下的状态，我们可能会获得新的见解。”
此外，Makino 教授正在开展产学界合作，以实现基于双 X 射线源硬 X 射线光电发射光谱的分析技术在工业中的广泛应用。
“使用最新的分析仪，只需按一下按钮即可测量现象，并获得有价值的结果，这变得越来越容易。许多在这个新时代的黎明做出贡献的工程师对这种趋势感到危机感。他们担心将来研究人员可能只会接受分析仪的结果，并且将它们视为数据。我认为有必要培养年轻的工程师，让他们能够理解物质内部发生的情况并正确解释结果。因此，我们正在推动广泛传播最新分析技术并振兴日本工业的努力。”
掌握作为应用技术基础的基础领域的兴奋
微观世界研究中最困难的部分可能是找到研究看不见的现象的方法，让我们感觉自己正在看到它们。然而，如果我们发现一种新的财产并且它被广泛使用，那么它有可能被认为是“可见的”。 Makino 教授很自豪能够参与基础领域，这些领域是许多人使用的应用技术的基础。
“在这项研究中，从一个问题开始，通过反复试验得到结果，根据结果提出假设，在实验中检验假设，最后证明我们所期望的事情是真实的，这是一件非常令人兴奋的事情。通常只有研究结束时可见的结果才会得到认可和赞扬，但从根本上理解这些基本的东西是很重要的。深入挖掘和研究一个问题的根源是有趣和有益的。问题。
这项结合氧化物半导体各种特性的工作将走向何方？我们能够实现什么目标？不可见的事物最终将如何作为可见的事物进入我们的现实世界？
教授。 Makino 表示：“通过结合与氧化物半导体相关的各种化学反应，未来将有可能在新的传感器技术中使用这些半导体。目前，我们只能在通信中交换语音和图像信息，但我们正在走向一个能够通过触觉、嗅觉和味觉交换信息的时代。氧化物半导体无疑是创造此类技术的改变游戏规则的基础材料。氧化物半导体有望成为开辟新的知识和领域领域的关键之一。”能力。”
