利用聚焦离子束实现氧化铝电导率的巨幅调制

通过掺杂精确控制半导体电导率已实现先进电子器件的制造；类似地，控制氧化物中的电导率可赋能新型先进电子与光电子功能。尽管这已在中等绝缘氧化物（如 In2O3）中成功展示，但提升高绝缘、宽禁带电介质（如氧化铝 Al2O3）电导率的可靠方法尚未见报道。Al2O3 因其优异的机械强度和介电特性，在多种应用领域具有重要意义。本文提出一种精确改变 Al2O3 电导率的多功能方法。我们的方法远超此前报道的氧化物电导率最佳变化幅度。我们的方法使用聚焦离子束在绝缘 Al2O3 基体中以纳米级分辨率产生导电区。我们研究了电导率调制的来源，并确定离子损伤诱导缺陷中的陷阱辅助导电是主要电荷传输机制。电导率的温度依赖性和图案化区域的光学表征进一步揭示了导电机制的本质。我们还表明该过程极具可重复性，且对适度退火温度和化学环境具有鲁棒性。创纪录的电导率调制结合纳米级图案精度，可在高绝缘、机械坚硬、化学惰性且生物相容的基体中创建导电区，这可在电子、光电子和医用植入物中找到广泛应用。