铁电体与宽禁带半导体异质结性质研究

宽禁带半导体材料和铁电体材料是近年来功能材料中广受关注的两大热点。通过制备这两类材料组成的异质结，我们可以研究它们各自的性质，并可能开展出新的器件应用方向。本项目结合申请人在制备铁电体（多铁性）材料YMnO3(YMO)和宽禁带半导体材料GaN的异质结方面的研究基础，提出对YMO/GaN这种异质结的制备和性质进行进一步研究，并开展YMO作为中间层的p-I-n结构，开拓应用方向。申请人提出了一种全新的制备YMO/GaN异质结的方法，并发现这样生长的YMO层没有以前文献报道的晶格旋转产生，这种新的制备方法可以有效降低生长时的界面晶格失配和应力。申请人首次进行了铁电体材料与宽禁带半导体材料界面漏电机制的分析，得到的结果对于铁电体器件应用具有重要价值。申请人计划制备出YMO作为中间层的p-I-n结构，研究这种结构中电、磁、光等多种性质的耦合，以及由此带来的可能器件应用。

本项目研究了铁电体材料与宽禁带半导体材料薄膜和异质结的制备和器件应用可能。我们采用分子束外延方法，生长宽禁带半导体材料GaN薄膜；采用脉冲激光沉积，生长了铁电体YMnO3（YMO）材料薄膜，并制备了这两种材料的异质结。系统研究了YMO薄膜的生长工艺和后期热处理工艺对其生长结构取向的影响。利用原子层沉积方法生长了超薄的YMO薄膜，薄膜在GaN衬底上外延生长，同时表现出一定的铁电性。研究了YMO/GaN异质结的光学，电学性能。利用原子层沉积方法生长了宽禁带半导体材料ZnO薄膜，研究了各种缓冲层对薄膜取向性能的影响，得到了高质量的非极性面ZnO薄膜材料。在此基础上，制备了ZnO/YMO/GaN的p-I-n结构，分析了这种结构的电学性能，结果展现出可以用来制备存储器件和光伏器件的前景。我们研究了非极性ZnO薄膜在各种衬底上的生长，制备了ZnO/GaN以及ZnO/InGaN/GaN异质结，这类异质结可以在很小的驱动电流下有效发光，并且具有单芯片白光发光二极管的潜在应用。制备了铁电体材料PbZrTiO3（PZT），BaTiO3（BTO）等和GaN以及ZnO的异质结，进行了场效应器件的研究。制备了包括高温超导体、铁电体、半导体型超大磁电阻材料三种材料组成的p-I-n结，这种全氧化物p-I-n结展示了很好的整流效应，在此基础上我们利用微加工成功制备了第一个全氧化物三极管，得到了明显的放大效应。