原子级p-n结晶态材料

本项目拟围绕原子级p-n结晶态新材料的制备、性质和应用研究设计开展基础研究工作。揭示复杂混合价态过渡金属氧化物晶态材料的制备方法，了解复杂混合价态过渡金属氧化物新物态的本征性质，旨在创造新物态，提供新特性，开拓新应用。本项目预期在合成与制备方法学、电子强关联体系理论、原子级p-n结半导体晶态新材料应用技术三方面取得突破性进展，解决国家重大的新一代半导体新材料的急切需求。

本项目以设计新物态、探索新性能、开发新应用为路线，全面系统研究了锰基原子级p-n结晶态材料的水热合成动力学过程，用自行搭建的多种试验方法进一步验证了该材料的奇特的整流特性，实现了该材料的三维到二维到一维和零维的多维化制备，同时基于理论模型预测材料的电学行为并用分子束外延进行反向设计。该项目主要取得的研究成果如下：.1.锰基原子级p-n结材料的合成研究。基于歧化反应机理，分别用水热法和熔碱法可控合成得到系列掺杂比例的钙钛矿锰酸盐材料La1-x-yCaxKyMnO3(LCKMO)，其呈现复杂的氧化价态和理想的整流性能，同时La1-x-yBaxKyMnO3、La1-x-ySrxKyMnO3和LaCr1-x-yMnxFeyMnO3等复杂化合物也被相继合成和研究。.2.为单晶整流提供了更多的实验依据。在原有两电极测试基础上，分别用变温原子力法，示波器法，聚焦粒子束辅助四电极法和交流信号测试法等进一步准确地验证了单晶的整流特性。值得一提的是，当单一晶体接入电路中，一定频率下呈现良好的开关和整流功能。.3.制备了多种维度的原子级p-n结材料。用脉冲激光沉积(PLD)在钛酸锶基底上制备了近似单晶的LCKMO薄膜并成功转移了原子级p-n结的整流特性，同时在不同厚度的AAO模板辅助下，分别得到了一维纳米管和零维的纳米点材料，为研究原子结的纳米尺度效应提供了材料基础。.4..原子结材料的反向设计制备。利用分子束外延等原子级生长控制技术定向制备具有An-1-Bn-Cn+1结构单元的化合物，这样在元素B两侧的A和C分别提供电子和空穴，以实现原子级整流行为。.以硅材料为核心的微电子行业为发达国家带来了巨大的经济利益和社会效益，我国在这方面的研究虽紧密追赶但仍显落后。三重价态锰基钙钛矿材料呈现原子级的p-n结特性，较传统“结”材料具有尺寸更小、效率更高等优势，为后硅时代电子材料提供了很好的素材和设计思路，为抢占新一代微电子材料领域的制高点打下了坚实的基础。