新型半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)材料
上海科技大學(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授于奕課題組與美國(guó)普渡大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)合作,在新型半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)研究中取得重要進(jìn)展,首次成功制備并表征了二維鹵化物鈣鈦礦橫向外延異質(zhì)結(jié)。相關(guān)研究成果日前在線發(fā)表于《自然》。半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)精準(zhǔn)制備是半導(dǎo)體器件的起點(diǎn),是現(xiàn)代電子學(xué)和光電子學(xué)的重要基石。鹵化物鈣鈦礦材料作為一類近年來引起廣泛關(guān)注的新興半導(dǎo)體,在太陽能電池、發(fā)光二極管、激光等領(lǐng)域展示出巨大的應(yīng)用前景。在構(gòu)建鹵化物鈣鈦礦半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的道路上,有兩個(gè)科學(xué)難題一直未得到解決。一方面,該材料易發(fā)生離子擴(kuò)散,難以獲得高質(zhì)量的原子級(jí)平整的異質(zhì)界面;另一方面,鹵化物鈣鈦礦對(duì)空氣、水分、電子束輻照等因素十分敏感,其微觀結(jié)構(gòu)解析特別是原子結(jié)構(gòu)成像困難重重。缺乏原子結(jié)構(gòu)信息的指導(dǎo),材料的精準(zhǔn)構(gòu)筑與性能設(shè)計(jì)難以開展。于奕課題組與合作團(tuán)隊(duì)在這兩個(gè)前沿難題的解決上取得了突破。研究人員在材料制備過程中引入剛性有機(jī)配體來抑制離子擴(kuò)散,成功制備了二維有機(jī)—無機(jī)雜化鹵化物鈣鈦礦橫向異質(zhì)結(jié);發(fā)展了低劑量像差校正電子顯微技術(shù),首次揭示了二維橫向異質(zhì)結(jié)的界面原子結(jié)構(gòu),直接證實(shí)獲得了原子級(jí)平整界面。同時(shí),于奕團(tuán)隊(duì)找到了一種優(yōu)化的低劑量成像方法,首次實(shí)現(xiàn)了輻照敏感的二維橫向異質(zhì)結(jié)原子結(jié)構(gòu)解析。這一突破提供了界面原子結(jié)構(gòu)、缺陷構(gòu)型以及晶格應(yīng)變等準(zhǔn)確信息,為這類新型半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了直觀的指導(dǎo)。在這些研究發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上,研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步合作,展示了新型異質(zhì)結(jié)原型器件中的整流效應(yīng),驗(yàn)證了這類新型半導(dǎo)體走向應(yīng)用的前景。相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-020-2219-7
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2021-04-11