Einem Forschungsteam ist die laserinduzierte Oxid-Dotierungsintegration (LODI) erfolgreich gelungen. Mit diesem Verfahren lässt sich die Leitfähigkeit von Halbleitern durch einen einzigen Laserprozess verändern. So wird beispielsweise herkömmliches, elektronendotiertes Titandioxid (TiO₂) in einen lochdotierten p-Halbleiter umgewandelt. Die in der Fachzeitschrift *Small* veröffentlichte Studie wurde von Professor Kwon Hyuk-jun vom Institut für Elektrotechnik und Informatik des Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology geleitet.

Halbleiter werden anhand der Leitfähigkeit ihrer Partikel in n- und p-Halbleiter eingeteilt. N-Halbleiter leiten Strom über Elektronen, p-Halbleiter hingegen über Löcher (Elektronenfehlstellen). Die meisten elektronischen Bauelemente nutzen komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter-Schaltungen (CMOS), die beide Leitfähigkeitseigenschaften erfordern. Obwohl Titandioxid (TiO₂) aufgrund seiner Ungiftigkeit, seiner reichlichen Vorkommen und seiner guten Stabilität als „ideales Halbleitermaterial“ gilt, schränkt seine stabile Kristallstruktur die Bewegung von Löchern ein. Dies beschränkt seine Anwendung auf n-Halbleiter und ermöglicht lediglich den Elektronentransport, was den Anforderungen hocheffizienter Schaltungen nicht genügt.

Um diese Einschränkung zu überwinden, entwickelte das Forschungsteam die LODI-Technologie. Diese nutzt denselben Laserstrahl, um Oxidation und Dotierung gleichzeitig durchzuführen und den komplexen Prozess so auf einen einzigen Schritt zu vereinfachen. Wird ein Aluminiumoxidfilm (Al₂O₃) auf einen dünnen Titanfilm (Ti) aufgebracht, diffundieren nach wenigen Sekunden Laserbestrahlung Aluminiumionen, und Titan verbindet sich mit Sauerstoff zu Titandioxid (TiO₂). Das Elektronengleichgewicht wird gestört, wodurch Löcher entstehen und ein p-Halbleiter gebildet wird. Herkömmliche Verfahren erfordern eine Hochtemperatur-Wärmebehandlung und Vakuum-Ionenimplantation, was mehrere Stunden dauert und teure Ausrüstung sowie eine Vakuumumgebung benötigt. Dies schränkt die kommerzielle Anwendung ein. Die LODI-Technologie benötigt jedoch nur einen einzigen Laserstrahl und erzielt denselben Effekt innerhalb von Sekunden. Sie hat das Potenzial, sich zur Halbleiterfertigungstechnologie der nächsten Generation zu entwickeln und Prozesszeit und -kosten deutlich zu reduzieren.

Professor Quan Hejun erklärte: „Diese Forschung ist von großer Bedeutung, da sie Titandioxid, das hauptsächlich als n-Halbleiter verwendet wird, in einen p-Halbleiter umwandelt und gleichzeitig den traditionellen, komplexen Prozess auf einen einzigen Laserprozess vereinfacht. Diese innovative Technologie, die eine präzise Steuerung des Leitfähigkeitstyps von Oxidhalbleitern ermöglicht, legt den Grundstein für die Realisierung hochintegrierter und zuverlässiger Bauelemente der nächsten Generation.“

Weitere Informationen: Gyuwon Yang et al., „One-step laser-induced oxidation and doping for customized p-type transformation of aluminum-doped titanium dioxide“, Small (2025). Zeitschrifteninformationen: Small