一個研究小組在調查一種與新的氧化薄片相結合的半導體特性時，發現了一個意想不到的新的導電性來源，即被困在其中的氧原子。能源部西北太平洋國家實驗室的材料科學家Scott Chambers在美國物理學會2022年春季會議上透露了該團隊的發現。該研究的結果詳見《物理評論材料》雜誌。

這一發現對於理解氧化薄膜在未來半導體設計和製造中的功能具有深遠的意義。具體來說，現代電子產品中使用的半導體被分為兩種基本類型：n型和p型，取決於晶體形成過程中引入的電子雜質。n型和p型矽基材料都被用於現代電子裝置中。然而，人們對開發新類型的半導體一直很感興趣。Scott Chambers和他的同事們正在用鍺與鑭-鍶-鋯-鈦-氧化物（LSZTO）的薄晶層一起進行實驗。

這些研究人員使用硬X射線光電子能譜發現，當鍺與一種特定的氧化物材料結合時，鍺中的雜質氧原子主導了材料系統的特性。這是個很大的驚喜。鑽石光源產生的所謂”硬”X射線可以穿透材料，並產生關於在原子水平上發生了什麼的信息。

研究人員對此的解釋是，鍺中的氧雜質負責一個非常有趣的效果，界面附近的氧原子向LSZTO薄膜捐贈電子，在界面的幾個原子層內的鍺中產生空洞，或沒有電子。這些專門的空穴導致了製備的不同樣品中n型和p型鍺的半導體特性完全黯然失色的行為。這也是一個很大的驚喜。

界面，即薄膜氧化物和基礎半導體結合的地方，是有趣的半導體特性經常出現的地方。現在的挑戰是學習如何通過修改表面的電場來控制在這些界面上形成的迷人的和潛在的有用的電場。研究人員進行的實驗正在探究這種可能性。

雖然這項研究中使用的樣品不可能立即具有商業用途的潛力，但所取得的技術和科學發現預計將在較長的時間內帶來紅利。新的科學知識將幫助材料科學家和物理學家更好地了解如何設計具有有用特性的新半導體材料系統。