宽带隙氧化物半导体材料中晶格无序化对能带的影响

能带工程,是实现半导体材料光电子器件功能先进化和高效化的关键，是氧化物半导体材料研究中具有共性的关键前沿科学问题。利用表面晶格无序化进行能带调节很可能是一种对氧化物宽带隙半导体材料通用有效的能带工程手段，对增加半导体材料的太阳光全谱吸收能力和光催化效率尤为有利。本课题将系统研究这一新方案的能带调节规律，确定表面晶格无序化对氧化物半导体材料能带调节的作用范围，拓展氧化物宽带隙半导体材料在太阳能能量转化和光电子器件方面的应用。理论上，运用第一性原理计算确定晶格无序化对相应半导体材料的能带结构的作用，模拟氢化及氧离子在晶格无序化中的作用及对能带结构的影响，建立能带工程理论模型并确定相关参数，指导相关实验；实验上，运用溶剂热法合成宽带隙氧化物纳米材料，通过高压氢化及氧离子注入实现二氧化钛和氧化锌等纳米材料的表面晶格无序化，结合理论分析优化表面晶格无序化的调控，获得高效光催化氧化物半导体纳米材料。

半导体光电材料,可包括光发射和光吸收两类材料;其应用功能先进化的核心是实现高效的电光或光电能量转化。本项目针对宽禁带氧化物半导体，研究了提高其光电及电光能量转化效率的机理机制,取得了以下成果: 1、提出了“无序工程”提高氧化物半导体对太阳能光-电-化学能量转化效率的机制,有助于促进太阳能人工光合成的高效应用；2、澄清了氮掺杂氧化锌的p-型电导来源，提出了能够抑制施主补偿作用的高效p-型氮掺杂氧化锌新策略，有助于实现高效的氧化锌发光二极管。.并且，本项目拓展了研究内容，研究了“无序工程”对氧化物半导体微波吸收的增强作用，发现了“无序工程”化的氧化物半导体对微波的吸收超强具有极大的增强作用，可达到-49.0 dB (即99.99999%)的高效吸收；从而揭示了开发高效微波吸收材料的新途径。