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Il laser converte istantaneamente il tipo di semiconduttore
Un nuovo processo basato sul laser consente la conversione in un solo passaggio dell’ossido di titanio in semiconduttori di tipo p, rivoluzionando potenzialmente la fabbricazione dei chip eliminando passaggi complessi e dispendiosi in termini di tempo.
I ricercatori del Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST) hanno sviluppato un processo laser in un unico passaggio che trasforma le proprietà elettriche dei semiconduttori.La tecnica LODI (Laser-Induced Oxidation and Doping Integration) consente all'ossido di titanio (TiO₂), un materiale precedentemente limitato alla conduzione basata su elettroni, di funzionare come un semiconduttore di tipo p basato su lacune.
Lo studio dimostra come LODI combini l'ossidazione e il drogaggio in un'unica fase di irradiazione laser, offrendo una drastica semplificazione rispetto ai tradizionali metodi di fabbricazione di semiconduttori multifase e ad alta temperatura.L’innovazione, guidata dal professor Hyukjun Kwon e dal suo team, potrebbe ridurre significativamente i tempi, i costi e la complessità delle apparecchiature coinvolte nella produzione dei chip.
I semiconduttori funzionano come materiali di tipo n o di tipo p a seconda dei loro portatori di carica: elettroni o lacune.L'elettronica moderna, compresi i circuiti CMOS presenti negli smartphone e nei computer, si basa sulla perfetta integrazione di entrambi i tipi.Tuttavia, alcuni materiali stabili come l’ossido di titanio, nonostante i loro vantaggi ambientali e strutturali, sono rimasti limitati al funzionamento di tipo n a causa della limitata mobilità dei fori.
Il metodo LODI del team supera questa limitazione.Stratificando l'ossido di alluminio (Al₂O₃) sul titanio (Ti) ed esponendo la pila a un laser per pochi secondi, gli ioni di alluminio si diffondono mentre il titanio si ossida, formando TiO₂.Il laser rompe contemporaneamente l'equilibrio elettronico, generando buchi che convertono il materiale in un semiconduttore di tipo p.
Gli approcci tradizionali per ottenere questa conversione richiedono più passaggi, come l’impianto ionico sotto vuoto e un trattamento termico prolungato, che richiedono attrezzature costose e ore di elaborazione.LODI esegue la stessa trasformazione quasi istantaneamente in condizioni normali, con capacità di modellazione integrata, aprendo la strada a una produzione scalabile ed efficiente dal punto di vista energetico.
La semplicità e la precisione di LODI potrebbero accelerare lo sviluppo di elettronica flessibile, sensori e dispositivi optoelettronici, segnando un progresso fondamentale nell'evoluzione dell'elaborazione dei semiconduttori. "Questo studio dimostra un modo diretto e controllabile per progettare la conduttività dei semiconduttori di ossido attraverso un singolo processo laser", ha affermato Kwon.“Convertendo in modo efficiente l’ossido di titanio dal tipo n al tipo p, stiamo gettando le basi per dispositivi a semiconduttore di prossima generazione, altamente integrati e affidabili”.