秦国刚

个人简历

主要研究领域

主要学术成果

  1. 硅中氢的物理行为和与氢有关的缺陷研究：最早测定硅单晶中存在结构中含氢的深中心, 并确定其在禁带中的能级（1984）；发现硅中各主要辐照缺陷在含氢硅中的退火消失温度趋于基本一致的现象（1985）；最早之一独立测定硅中硼-氢对的红外吸收谱，从而证实氢对浅受主的钝化作用是氢与浅受主形成复合物而不是补偿浅受主的结果（1986）；最早揭示氢能显著影响金属与硅接触的肖特基势垒高度（1991）
  2. 半导体中深能级研究：最早用单轴应力电容瞬态谱研究半导体中深能级，揭示了硅中金深能级的物理特性（1984）。最早测定硅中铜的深能级(1985)，有关数据被“ Semiconductors-Basic Data 2nd revised Edition (Springer, Berlin, 1996) Ed. By O. Madelung ” 采用。以深能级瞬态谱揭示单轴应力下硅中A中心电子能级的分裂和移动（1988）。
  3. 纳米硅／纳米氧化硅体系光光致发光及其物理机制：1990年多孔硅室温下发射强可见光现象被发现后，世界范围内掀起硅基发光研究热潮。国际上对多孔硅发光机制争论很激烈，先后提出过几十种不同物理模型。秦国刚和贾勇强于1993年撰文指出：实际研究的多孔硅几乎都是氧化程度不等的氧化多孔硅，它与纳米硅镶嵌氧化硅具有相同的发光机制，大都可用量子限制－发光中心模型描述：光激发发生在纳米硅中，而光发射发生在复盖纳米硅的氧化硅层中邻近纳米硅的发光中心（杂质或缺陷）上。该模型解释了大量实验，获得国际学术界广泛肯定，成为纳米硅／纳米氧化硅体系光致发光的两个主导物理模型之一（另一个模型是量子限制模型），单篇论文被SCI论文他引一百余次。本研究组的后续论文（从实验上检验或建立定量理论的论文）被SCI论文他引也超过一百次。有些他引明确指出他们的实验只能用量子限制－发光中心模型解释。美国Rochester大学 Fauchet 教授领导的研究组与法国学者合作在物理评论快报的论文提出纳米硅大时，纳米硅内发光占优势，纳米硅小时，纳米硅/氧化硅界面发光中心硅-氧双健发光占优势。该论文在国际范围有广泛影响。2003年秦国刚与李宇杰发展了同时考虑量子限制模型和量子限制－发光中心模型所描述的发光过程的理论，指出：当纳米硅大于临界尺寸时，量子限制－发光中心模型所描述的发光过程（即纳米硅/氧化硅界面发光中心发光）占优势；当纳米硅小于临界尺寸时，量子限制模型所描述的发光过程（即纳米硅内发光）占优势。该结论与Fauchet等的结论正好相反，但与测不准原理的的推论相一致。秦等的理论后来得到国际上几项实验工作的支持。秦国刚与合作者于1994年发现：带自然氧化硅的p型硅片在淀积半透明金电极后有电致发光现象，若先除去自然氧化硅然再淀积半透明金电极，就不发光; 将p型硅片换成n型硅片，也不发光；首次提出电致发光可来自氧化硅中发光中心。在此基础上，设计并研制一系列利用氧化硅发光中心的硅基纳米硅(锗)/纳米氧化硅电致发光新结构，并提出物理模型，被广泛引用。
  4. 近期研究（2003-今）：与戴伦教授等合作研究直接禁带化合物半导体纳米线（带）材料和基于这些材料的一些原型器件。制备出多种单根纳米线（带）与硅的异质结，研究其电致发光，其中，ZnO单根纳米线/硅异质结在紫外区的电致发光是在国际上首次观测到的（2006）。对n-InP纳米线/p-Si异质结观测到 Burstein-Moss效应导致的电致发光峰从920到 775 nm的蓝移（2008）。用化合物半导体纳米线（带）制备的场效应晶体管，大多具有优良性能，一些晶体管的几项重要参数在论文发表时在国际上领先。还用二或三个化合物半导体纳米线（带）场效应晶体管实现了NOT， NOR和NAND等逻辑功能。实现了CdS NW 环形-Fabry-Perot 耦合腔，观察到Fabry-Perot 腔对环形腔耳语廊模的调制作用（2009）。与冉广照教授等合作开展了硅为阳极兼作衬底的有机半导体（包括小分子和大分子）电致发光，首次指出硅阳极的优点在于：可通过控制其电阻率来控制空穴电流，使与电子电流达到匹配以获得高发光效率（2004）。结合其它有利因素，已获外量子效率为26％和功率效率为15％的硅基有机电致发光（2010,2009)，据我们所知，这是目前国际上最高效率的硅基电致发光。提出选区金属键方法，获得美国专利（2009）。用此方法实现了InGaAsP－Si室温脉冲和连续电泵激光。本研究团队是国际上最早开展石墨烯基有机电致发光的两个团队之一，目前正系统研究超薄硅膜基和石墨烯基有机电致发光。已重点开展纳米厚度硅膜太阳电池的计算和实验研究和纳米硫化铅基异质结等新型太阳电池的理论和实验研究。

发表论文与获奖

发表合作SCI论文超过250篇。

秦国刚先后指导博士生和硕士生60余名。博士生中获叶企孙物理奖一等奖和二等奖各一次，获第19届半导体物理国际会议（1992）最佳青年论文奖一次。秦国刚每周都要与每个他指导的研究生讨论一次，检查前一周的研究情况，分析讨论所取得的阶段成果、如何解决遇到的困难，提出新的问题、任务或课题， 并适时地要求学生总结成果和撰写论文。与戴伦和冉广照教授联合主持学生在组内的报告会，由学生轮流报告阅读科学文献的心得和体会和自己取得的科学成果。三位老师在指导研究生方面充分合作，互相协助，以利于学生的更快和更好的成长。