III-V族半导体表面和界面的氧化及钝化研究

III-V semiconductor materials, with 5-10 times higher electron mobility, play an important role in the future high mobility devices in the integrated circuit. The interface between III-V and high-k oxide is the key to determine the device's performance. Thus, it has become one of the hot research topics to explore the electronic behaviors of the interface in condensed matter physics, materials science and microelectronics fields. In this proposal, we plan to systematically investigate the atomic and electronic structures of III-V surface and interface with high-k oxide, utilizing the first-principles calculation method. Through the surface oxidation study, possible Fermi level pinning origins will be clarified. Various passivation schemes will be further proposed to unpin Fermi level. In the case of III-V/high-k interface, interfacial bondings will be tuned to optimize the interface thermal stability, band offset and electronic structure. As a result, it will provide a great insight for the utilization of the III-V materials in the future high-mobility devices.

III-V族半导体材料具有比硅材料高5-10倍的电子迁移率，在高速集成电子器件领域有重要的应用前景，III-V族半导体和高介电氧化物界面是整个高速电子器件最核心的部分，对其电子结构和性质的研究是目前凝聚态物理学、材料科学和微电子学等领域的前沿研究方向之一。 本项目拟采用第一性原理计算方法，系统研究III-V族材料表面和界面的原子和电子结构。通过研究III-V族半导体表面氧化过程，深入理解费米能级钉扎机制，探索表面钝化去除钉扎的方案。在此基础上，进一步探索界面稳定性能、界面能带台阶、电子态与界面成键的关系等，从理论上调节界面成键，以优化界面性能。本项目的研究为实现III-V族半导体材料在高速电子器件中的实际应用奠定理论基础。

III-V族半导体和高介电氧化物界面是高速集成电子器件至关重要的组成部分。本项目采用了第一性原理计算方法，系统研究III-V族材料表面和界面的原子和电子结构。通过研究III-V族半导体表面氧化过程，深入理解费米能级钉扎机制，探索表面界面钝化去除钉扎的方案。在此基础上，进一步探索了界面稳定性能、界面能带台阶、电子态与界面成键的关系等，从理论上调节界面成键，以优化界面性能。本项目的研究为实现III-V族半导体材料在高速电子器件中的实际应用奠定了理论基础。基于上述工作，共发表12篇SCI学术论文，包括Applied Physical Letters, ACS Applied Materials & Interfaces, Angewandte Chemie International Edition等。受邀在Engineering第一期做III-V界面研究的综述。受邀参加国际会议并作报告9个。