氧化物半导体（英文名：Oxide semiconductor），是指一类具有半导体特性的氧化物，多为离子晶体结构，晶体有四面体、立方、六角等结构。氧化物半导体的电学性质与环境气氛有关，根据导电率变化可分为氧化型（p型）、还原型（n型）及两性半导体。
非单晶氧化物半导体的制备方法是用纯金属在高温下直接氧化或低温化学反应（如金属氯化物与水的复分解反应）等，单晶氧化物半导体的制备方法有焰熔法、熔体生长法、溶液生长和气相反应生长法等。氧化物半导体一般制成薄膜、粉末烧结体、混合物涂层和无定形材料，ZnO、CdO、SnO2、Fe2O3等可用于制造气敏元件，Fe3O4、Cr2O3、Al2O3等可用于制造湿敏元件，SnO2膜可用于制作透明电极等。
1962年ZnO半导体气敏元器件的研制成功，1968年SnO2系列气敏元器件的商品化，促使人们不断去寻找新的半导体气敏材料。氧化物半导体薄膜晶体管（TFT）作为驱动超高精细液晶面板、有机EL面板以及电子纸等新一代显示器的TFT材料最佳候选之一，在2012～2013年开始实用化。透明非晶氧化物半导体（TAOS）可驱动像素为4K×2K的液晶显示器，非晶IGZO就是一个代表性例子。相比非晶硅类TFT，TAOS类TFT更具优势，韩国三星、日本夏普等都在积极开展与其相关的技术及其应用。
生成式人工智能应用的迅速普及，使得氧化物半导体作为下一代存储架构的潜力材料受到广泛关注，其关键优势在于可与现有存储解决方案（如SRAM、DRAM）形成互补，通过实现与后端互连工艺（BEOL）兼容的存储架构，推动存储系统层级结构的变革。
定义
氧化物半导体是指具有半导体性质的氧化物。
物理特性
氧化物半导体结构上多为离子晶体，晶体呈离子键很强的共价键结合，有四面体、立方、六角等结构。化学计量比的微小偏离在化合物中造成施主与受主，从而影响其导电性。氧化物半导体禁带宽度较大，约为3eV。氧化物半导体的熔点都较高，不易获得完美单晶。
分类
氧化物半导体的电学性质与环境气氛有关，根据导电率变化可分为氧化型（p型）、还原型（n型）及两性半导体。Cu2O、FeO、CaO、NiO、Bi2O、MoO2、TiO2等的电导率随氧化气氛而增加，称氧化型半导体，是p型半导体。AI2O3、InO、SnO2、Ta2O5等的电导率随还原气氛而增加，称还原型半导体，是n型半导体。BaO、Fe2O3等的导电类型随气氛中氧分压的大小而成p型或n型，称两性半导体。
制备方法
非单晶氧化物的制备方法是用纯金属高温下直接氧化或低温化学反应（如金属氯化物与水的复分解反应）等。单晶氧化物的制备方法有焰熔法、熔体生长法、溶液生长和气相反应生长法等。
可根据需要用烧结法制成多孔表面积较大的非晶烧结型氧化物半导体，也可将氧化物半导体的微晶粉末混合成稠状，涂在基板上烘干后成薄膜状氧化物半导体。氧化物半导体的单晶体，因氧化物一般熔点较高，易受压力影响，不易获得完美单晶。单晶的生长方法，BaO、ZnO、SnO2、CdO、PdO等可由气相反应中生长或由氧化物直接升华再结晶而得到，Al2O3、MgO、TiO2、NiO、Fe2O3等虽能用火焰熔化法制成单晶．但不易获得高纯品。氧化物半导体材料合成后一般不再进行提纯，提纯过程几乎都在合成前进行。
用途
氧化物半导体一般制成薄膜、粉末烧结体、混合物涂层和无定形材料。ZnO、CdO、SnO2、Fe2O3等材料可用于制造气敏元件；Fe3O4、Cr2O3、ZnO、AI2O3等材料可用于制造湿敏元件；SnO2膜可用于制作透明电极等。
21世纪以来，氧化物TFT技术取得了突破性进展。相较于传统低温多晶硅（LTPS）技术，氧化物TFT展现出显著优势：其低温加工特性降低了生产成本，极低的关态电流则大幅提升了能效表现。这些技术突破直接推动了2010年代中期柔性透明显示器的商业化进程，为可折叠设备、可穿戴技术、智能汽车显示系统和先进传感器等创新应用开辟了新的发展空间。与此同时，氧化物TFT技术与印刷电子制造的深度融合，实现了器件的大规模生产和多样化集成，进一步拓展了其应用场景。
应用前景
氧化物半导体因其独特的物理特性，被认为是有潜力应用于下一代电子设备的重要基础材料。特别是氧化物半导体的薄膜晶体管（TFT），由于其较高的载流子迁移率和相对较小的特性不均匀性，有望在未来的大尺寸、高分辨率显示器中发挥重要作用。截至2020年，包括韩国的三星和LG显示器，以及日本的夏普、凸版印刷和佳能在内的多家公司都在积极研究和开发氧化物半导体TFT的技术及其应用。
作为“新一代电子的基础材料”的氧化物半导体TFT是驱动超高精细液晶面板、有机EL面板以及电子纸等新一代显示器的TFT材料最佳候选之一，在2012～2013年开始实用化，将来或许还会成为具备“柔性”和“透明”等特点的电子元件的实现手段。
氧化物半导体薄膜种类很多，一般具有离子键强、熔点较高、无色透明和较大的禁带宽度等特点。化学计量比的偏离和点缺陷所引起的附加能级对其电学性质有很大影响，因此也可通过调节制备工艺或掺杂来控制其电学性能。多年来，氧化物半导体薄膜作为一种传统的功能半导体材料，在气敏传感、湿敏传感、透明导电薄膜等领域有广泛的应用。日本和韩国的许多课题组尝试用该类材料作为TFT的有源层，以期在有源阵列驱动显示技术中有出色的表现。
在众多物质中，最受关注的是透明非晶氧化物半导体（Transparent Amorphous Oxide Semiconductors，TAOS）。非晶IGZO（In-Ga-Zn-O）就是一个代表性例子。TAOS类TFT的载流子迁移率高达10cm2/Vs以上，特性不均现象也较小。因此，可驱动像素为“4K×2K”（4000X2000）像素级、驱动频率为240Hz的新一代高清晰液晶显示器。当前的标准技术——非晶硅类TFT以及作为新一代技术而被大力开发的有机半导体TFT因载流子迁移率只有几cm2/Vs以下，很难应用到上述用途中。即使是在有机EL显示器领域，与开发案例较多的低温多晶硅类TFT相比，实现大屏幕化时还是TAOS类TFT具有优势。这是因为TAOS类TFT可以抑制有机EL面板中存在着的因TFT特性不均而导致的显示不均现象。TAOS薄膜可通过溅射法形成，制造成本也容易降低。制造工艺温度可低至接近室温这一点也是TAOS类TFT的一大魅力，让使用耐热性较差的树脂基板实现可弯曲的电子纸等柔性显示成为可能。
生成式人工智能应用（如大语言模型，LLMs）的迅速普及，引发了向以数据为中心的计算范式转变，并对新型存储技术提出了前所未有的需求。氧化物半导体作为下一代存储架构的潜力材料受到广泛关注，其关键优势在于可与现有存储解决方案（如SRAM、DRAM）形成互补，通过实现与后端互连工艺（BEOL）兼容的存储架构，推动存储系统层级结构的变革。其在n型氧化物半导体方面已取得显著进展，包括IGZO、InWO、InSnO以及InO等材料。由于其超低漏电特性以及与低于400℃的低热预算工艺兼容，这些材料已成为BEOL存储单元接入晶体管的自然选择。然而，寻找性能可与之匹配的p型氧化物沟道材料仍然更具挑战性。
参考资料 >
氧化物半导体.中国大百科全书.2026-02-08
氧化物系列纳米材料气敏传感器的研究进展.西安工业大学图书馆.2026-02-19
下一代存储材料.腾讯新闻.2026-02-19
电子科技大学刘奥团队Device：回顾氧化物TFT技术的发展历程.澎湃新闻.2026-02-19
氧化物半导体薄膜的研究与开发.厦门大学张洪良教授课题组.2024-10-30