氧化物半導體（英文名：Oxide semiconductor），是指一類具有半導體特性的氧化物，多為離子晶體結構，晶體有四面體、立方、六角等結構。氧化物半導體的電學性質與環境氣氛有關，根據導電率變化可分為氧化型（p型）、還原型（n型）及兩性半導體。
非單晶氧化物半導體的制備方法是用純金屬在高溫下直接氧化或低溫化學反應（如金屬氯化物與水的復分解反應）等，單晶氧化物半導體的制備方法有焰熔法、熔體生長法、溶液生長和氣相反應生長法等。氧化物半導體一般制成薄膜、粉末燒結體、混合物涂層和無定形材料，ZnO、CdO、SnO2、Fe2O3等可用于制造氣敏元件，Fe3O4、Cr2O3、Al2O3等可用于制造濕敏元件，SnO2膜可用于制作透明電極等。
1962年ZnO半導體氣敏元器件的研制成功，1968年SnO2系列氣敏元器件的商品化，促使人們不斷去尋找新的半導體氣敏材料。氧化物半導體薄膜晶體管（TFT）作為驅動超高精細液晶面板、有機EL面板以及電子紙等新一代顯示器的TFT材料最佳候選之一，在2012～2013年開始實用化。透明非晶氧化物半導體（TAOS）可驅動像素為4K×2K的液晶顯示器，非晶IGZO就是一個代表性例子。相比非晶硅類TFT，TAOS類TFT更具優勢，韓國三星、日本夏普等都在積極開展與其相關的技術及其應用。
生成式人工智能應用的迅速普及，使得氧化物半導體作為下一代存儲架構的潛力材料受到廣泛關注，其關鍵優勢在于可與現有存儲解決方案（如SRAM、DRAM）形成互補，通過實現與后端互連工藝（BEOL）兼容的存儲架構，推動存儲系統層級結構的變革。
定義
氧化物半導體是指具有半導體性質的氧化物。
物理特性
氧化物半導體結構上多為離子晶體，晶體呈離子鍵很強的共價鍵結合，有四面體、立方、六角等結構。化學計量比的微小偏離在化合物中造成施主與受主，從而影響其導電性。氧化物半導體禁帶寬度較大，約為3eV。氧化物半導體的熔點都較高，不易獲得完美單晶。
分類
氧化物半導體的電學性質與環境氣氛有關，根據導電率變化可分為氧化型（p型）、還原型（n型）及兩性半導體。Cu2O、FeO、CaO、NiO、Bi2O、MoO2、TiO2等的電導率隨氧化氣氛而增加，稱氧化型半導體，是p型半導體。AI2O3、InO、SnO2、Ta2O5等的電導率隨還原氣氛而增加，稱還原型半導體，是n型半導體。BaO、Fe2O3等的導電類型隨氣氛中氧分壓的大小而成p型或n型，稱兩性半導體。
制備方法
非單晶氧化物的制備方法是用純金屬高溫下直接氧化或低溫化學反應（如金屬氯化物與水的復分解反應）等。單晶氧化物的制備方法有焰熔法、熔體生長法、溶液生長和氣相反應生長法等。
可根據需要用燒結法制成多孔表面積較大的非晶燒結型氧化物半導體，也可將氧化物半導體的微晶粉末混合成稠狀，涂在基板上烘干后成薄膜狀氧化物半導體。氧化物半導體的單晶體，因氧化物一般熔點較高，易受壓力影響，不易獲得完美單晶。單晶的生長方法，BaO、ZnO、SnO2、CdO、PdO等可由氣相反應中生長或由氧化物直接升華再結晶而得到，Al2O3、MgO、TiO2、NiO、Fe2O3等雖能用火焰熔化法制成單晶．但不易獲得高純品。氧化物半導體材料合成后一般不再進行提純，提純過程幾乎都在合成前進行。
用途
氧化物半導體一般制成薄膜、粉末燒結體、混合物涂層和無定形材料。ZnO、CdO、SnO2、Fe2O3等材料可用于制造氣敏元件；Fe3O4、Cr2O3、ZnO、AI2O3等材料可用于制造濕敏元件；SnO2膜可用于制作透明電極等。
21世紀以來，氧化物TFT技術取得了突破性進展。相較于傳統低溫多晶硅（LTPS）技術，氧化物TFT展現出顯著優勢：其低溫加工特性降低了生產成本，極低的關態電流則大幅提升了能效表現。這些技術突破直接推動了2010年代中期柔性透明顯示器的商業化進程，為可折疊設備、可穿戴技術、智能汽車顯示系統和先進傳感器等創新應用開辟了新的發展空間。與此同時，氧化物TFT技術與印刷電子制造的深度融合，實現了器件的大規模生產和多樣化集成，進一步拓展了其應用場景。
應用前景
氧化物半導體因其獨特的物理特性，被認為是有潛力應用于下一代電子設備的重要基礎材料。特別是氧化物半導體的薄膜晶體管（TFT），由于其較高的載流子遷移率和相對較小的特性不均勻性，有望在未來的大尺寸、高分辨率顯示器中發揮重要作用。截至2020年，包括韓國的三星和LG顯示器，以及日本的夏普、凸版印刷和佳能在內的多家公司都在積極研究和開發氧化物半導體TFT的技術及其應用。
作為“新一代電子的基礎材料”的氧化物半導體TFT是驅動超高精細液晶面板、有機EL面板以及電子紙等新一代顯示器的TFT材料最佳候選之一，在2012～2013年開始實用化，將來或許還會成為具備“柔性”和“透明”等特點的電子元件的實現手段。
氧化物半導體薄膜種類很多，一般具有離子鍵強、熔點較高、無色透明和較大的禁帶寬度等特點。化學計量比的偏離和點缺陷所引起的附加能級對其電學性質有很大影響，因此也可通過調節制備工藝或摻雜來控制其電學性能。多年來，氧化物半導體薄膜作為一種傳統的功能半導體材料，在氣敏傳感、濕敏傳感、透明導電薄膜等領域有廣泛的應用。日本和韓國的許多課題組嘗試用該類材料作為TFT的有源層，以期在有源陣列驅動顯示技術中有出色的表現。
在眾多物質中，最受關注的是透明非晶氧化物半導體（Transparent Amorphous Oxide Semiconductors，TAOS）。非晶IGZO（In-Ga-Zn-O）就是一個代表性例子。TAOS類TFT的載流子遷移率高達10cm2/Vs以上，特性不均現象也較小。因此，可驅動像素為“4K×2K”（4000X2000）像素級、驅動頻率為240Hz的新一代高清晰液晶顯示器。當前的標準技術——非晶硅類TFT以及作為新一代技術而被大力開發的有機半導體TFT因載流子遷移率只有幾cm2/Vs以下，很難應用到上述用途中。即使是在有機EL顯示器領域，與開發案例較多的低溫多晶硅類TFT相比，實現大屏幕化時還是TAOS類TFT具有優勢。這是因為TAOS類TFT可以抑制有機EL面板中存在著的因TFT特性不均而導致的顯示不均現象。TAOS薄膜可通過濺射法形成，制造成本也容易降低。制造工藝溫度可低至接近室溫這一點也是TAOS類TFT的一大魅力，讓使用耐熱性較差的樹脂基板實現可彎曲的電子紙等柔性顯示成為可能。
生成式人工智能應用（如大語言模型，LLMs）的迅速普及，引發了向以數據為中心的計算范式轉變，并對新型存儲技術提出了前所未有的需求。氧化物半導體作為下一代存儲架構的潛力材料受到廣泛關注，其關鍵優勢在于可與現有存儲解決方案（如SRAM、DRAM）形成互補，通過實現與后端互連工藝（BEOL）兼容的存儲架構，推動存儲系統層級結構的變革。其在n型氧化物半導體方面已取得顯著進展，包括IGZO、InWO、InSnO以及InO等材料。由于其超低漏電特性以及與低于400℃的低熱預算工藝兼容，這些材料已成為BEOL存儲單元接入晶體管的自然選擇。然而，尋找性能可與之匹配的p型氧化物溝道材料仍然更具挑戰性。
參考資料 >
氧化物半導體.中國大百科全書.2026-02-08
氧化物系列納米材料氣敏傳感器的研究進展.西安工業大學圖書館.2026-02-19
下一代存儲材料.騰訊新聞.2026-02-19
電子科技大學劉奧團隊Device：回顧氧化物TFT技術的發展歷程.澎湃新聞.2026-02-19
氧化物半導體薄膜的研究與開發.廈門大學張洪良教授課題組.2024-10-30