课题基金 / 基金详情

典型VIA族窄禁带三元半导体薄膜的外延生长与物性调控

批准号:
52072059
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
乔梁
依托单位:
学科分类:
无机非金属半导体与信息功能材料
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
乔梁

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
外延生长是尖端的材料制备技术,在科学研究和工业生产中扮演着极为重要的角色。在当今Si材料面临物理极限和技术瓶颈的背景下,选取更有潜力的新材料,实现其可控外延生长,是实现新概念式物理效应和器件的关键。复杂结构金属硫族化合物具有低带隙、高迁移率等优异的物质特性,极具科研价值和战略应用前景,但相关研究起步较晚,缺乏高质量单晶、薄膜样品,许多基础的材料问题和物理机制尚不清楚。本项目拟利用先进的外延生长技术,实现三类典型高对称结构复杂金属硫族化合物的外延单晶薄膜的制备;结合先进实验手段和理论方法,研究其本征物理和材料性能;通过改变薄膜晶格应力和晶体取向,进一步实现此类材料光电特性和场效应的人工调控和提升。本项目有助于拓宽外延生长技术的应用范围,探索制备复杂硫化物外延单晶层的普适性方法;是向硫化物微电子和光电子器件研发迈出的关键一步,在超越Si材料的“后摩尔时代”,具有重要的科学意义和应用前景。
英文摘要
Epitaxial growth is a state-of-art material fabrication technique that plays key role in scientific research and industrial applications. Considering Si-based materials are currently facing both physical limits and technological restrictions, it is critical to identify new potential material and its epitaxy for realization of conceptual physical phenomena and device applications. Due to excellent material properties, such as low intrinsic band gap and high carrier mobility etc., ternary metal sulfide compound semiconductors with complex structures show promise for basic scientific research and strategical applications. However, the research of these materials is still in its infancy stage. Due to lack of high quality single crystals and epitaxial films, some fundamental material properties and associated physical mechanism remain unclear. This project aims to achieve high quality film epitaxy for three representative types of high symmetry complex metal sulfides. Combined advanced experimental and theoretical techniques will be utilized to unveil the intrinsic physical and material properties. Epitaxial lattice strain and crystallography orientation will be controlled to engineer and enhance the optoelectronic and field effect performance. This project helps to expand the potential of current epitaxy technique to find general method for epitaxial growth of flexible high quality thin layers of complex metal sulfides. Our work will also provide an important step to go beyond silicon and Moore’s law towards sulfides based microelectronics and optoelectronics with significant science and technology promise.
在当今Si材料面临物理极限和技术瓶颈的背景下,选取更有潜力的新材料,实现其可控外延生长,是实现新概念式物理效应和器件的关键。..复杂结构金属硫族化合物具有低带隙、高迁移率等优异的物质特性,极具科研价值和战略应用前景,但相关研究起步较晚,缺乏高质量单晶、薄膜样品,许多基础的材料问题和物理机制尚不清楚。本项目拟利用先进的外延生长技术,实现Bi2O2Se和BaZrS3等典型高对称结构复杂金属硫族化合物的外延单晶薄膜的制备;结合先进实验手段和理论方法,研究其本征物理和材料性能物性调控。我们借助于脉冲激光沉积法外延生长(PLD),通过维持二维层流生长模式同时抑制岛状生长,实现在STO衬底上生长出了大面积的、高质量的原子级平整的Bi2O2Se薄膜。并结合光电子能谱和超快光谱等先进谱学研究了Bi2O2Se/SrTiO3异质结,揭示了其straddling型能带排布和界面态的起源,并发现了其受光照之后产生了一种新的激发态,即激基締合物(Excimer),而非常见的激子(Exciton)。主要原因是,常规的vdW化合物,层间是典型的范德华作用,没有化学键,但Bi2O2Se并不是vdW化合物,层间通过共价键相连接,存在内建电场,导致Excimer的形成。该工作不仅有利于理解2D异质结构中的能带弯曲现象和界面态性质,同时也能为开发、优化电子和光电子器件(特别是那些电荷转移对界面态高度敏感的器件)提供启示与参考。我们进一步外延生长了高质量的钙钛矿结构的硫化物BaZrS3,发现了该类材料的声子瓶颈现象,即光激发载流子向晶格的能量转移速率随着载流子密度的增加而减慢。这项研究为利用硫族钙钛矿开发先进的光电器件提供了关键的非平衡动力学见解,也为未来的光电技术奠定了基础。我们进一步发现了BaZrS3在压应变下可以转化为一种罕见的超四方相结构,具有很大的极化强度(67.16 µC/cm2),甚至超越了传统的氧化物的数值,表明BaZrS3可以作为一种理想的窄带隙铁电体,在光伏器件领域大有可为。..总之,本项目有助于拓宽外延生长技术的应用范围,探索制备复杂硫化物外延单晶层的普适性方法;是向硫化物微电子和光电子器件研发迈出的关键一步,在超越Si材料的“后摩尔时代”,具有重要的科学意义和应用前景。
无限层结构镍氧化物超导薄膜的界面、掺杂调控和电子结构研究
  • 批准号:
    12274061
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    56万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    乔梁
  • 依托单位:
钴基钙钛矿氧化物异质结的界面结构、电子结构和磁有序
  • 批准号:
    11774044
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    67.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    乔梁
  • 依托单位:
国内基金
海外基金