同质结、异质结和同质异构结的界面精细原子构型与纳米尺度物性关系的电子显微研究

Tailoring of charge distribution at interfaces of nanoscale is attracting a lot of attentions nowadays. In this project, we would like to focus on homojunction, heterojunction and heterocrystalline junction, which are capable of tailoring charges in nanoscale devices. Off-axis electron holography will be used to characterize the electrostatic fields and charge distributions in those materials under study, combined with high resolution electron microscopy and scanning transmission electron microscopy to provide complementary information regarding crystal structures and chemical compositions of those materials. We plan to investigate the problems related to the focused ion beam method, which is very powerful in preparing TEM samples with particular area of interest, and provide possible solutions; Compare the potentials and charge distributions associated with undoped and doped heterostructures as well as quantum wells grown on polar and non-polar substrates under identical conditions；Study on the mechanism of homogeneous polytype heterocrystalline junctions as a new means of tailoring charge distributions; Extend our study to other materials, and other scheme of holography setup, such as in-line holography.

纳米尺度材料的精细原子构型及其对界面电场与电荷分布的影响是备受关注的研究领域。本项目拟以同质结、异质结和同质异构结等具有电荷分布调控能力的纳米材料及器件为主线，利用电子全息对上述材料界面的静电场和电荷分布进行研究，同时结合利用像差校正高分辨像及扫描透射电子显微像提供其原子尺度晶体结构和化学成分信息，以期构建其结构性能关系。研究主要含：1）在同质结方面拟对常用聚焦离子束样品制备方法在静电场及电荷分布的定量表征中的各种问题探讨解决办法；2）异质结方面拟研究材料掺杂前后、以及极性和非极性方向生长，对电势曲线和电荷分布的影响；3）对同质异构结作为裁剪电荷分布新手段的微观机制的探讨；4）推广此研究到新的材料体系，探讨离轴和同轴电子全息方法。

该项目主要依托离轴电子全息、球差校正高角环形暗场像等先进的电子显微学表征手段，围绕III-V和II-VI族半导体纳米材料中常出现的同质异构结，及相应由无对称中心的纤锌矿结构带来的自发极化效应进行了定量表征，如从原子尺度定量表征了InAs纳米棒中多型体界面的极化场分布及其受界面应力的影响情况；在InAs（III-V）纳米棒中观察到两种相反构型位错核心及其相应应变场分布；从原子尺度表征了ZnSe（II-VI）纳米螺旋中同时存在的极性连续和极性反转效应等。同时，利用球差校正高角环形暗场像技术对于氧化物纳米材料中电荷有序现象进行了原子尺度系列研究，阐明了钾钨青铜和还原钛酸盐中电荷有序结构形成机制及其受温度变化的影响；利用电子全息等技术研究了紫外发光二极管异质结加入本征插层前后发光性能改变的微观机制等。此外，该项目还支持了若干纳米材料光电器件的合成及应用研究：如超柔韧高灵敏度压阻传感、贋负光电导效应，暖白光发光二极管，以及单层光电晶体管中的响应率增强效应、高弹性超级电容器及电子源，以及压电-光电性能耦合研究等。复合半导体纳米材料原子尺度的结构性能相关研究，以及宏观光电材料及器件相应光电性能的微观机理研究对未来高性能光电器件设计具有重要的现实意义。