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凝聚态
【凝聚态物理-北京大学论坛 2025年第18期(总629期)】宽禁带半导体材料载流子调控的普适性原理探讨
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主讲人: 黄丰 研究员
地点: 物理大楼中212报告厅
时间: 2025年9月25日(周四)下午3:00-4:30
主持 联系人: 杨学林 xlyang@pku.edu.cn
主讲人简介: 黄丰研究员,现就职于中国科学院赣江创新研究院。国家杰青、国家“万人计划”领军人才、“新世纪百千万人才工程”国家级人选、国家创新人才推进计划中青年领军人才、广东特支计划领军人才、中国化学会青年化学奖等奖励,享受政府特殊津贴。长期致力于半导体材料生长中的热力学与生长动力学研究。首次实验证明了晶态材料和液相界面存在负的界面自由能,对材料科学根基性的相图、相律理论形成挑战。在传统热力学和半导体间提出了一种能够被材料学家和半导体学家共同接受的绝缘体向半导体转变普适性理论,利用该理论制造的大尺寸优质ZnO单晶成功应用于反冲质子超快诊断、快中子检测等多项重大国防任务,已证实飞行器的隐身、电磁防护等领域具有重要的应用前景。在包括Phys. Rev. Lett.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Nat. Commun.、Nature、Science、Nano Lett.等发表论文170余篇,他引>8000。申请专利40项,授权15项。

    氧化锌(ZnO)是一种历史悠久的材料,由于其微观结构非中心对称,最初被预测可以应用于压电和非线性光学领域,又因为它在室温下具有宽的禁带和高的激子束缚能,是一类重要的第三代宽禁带半导体材料,在半导体领域受到了广泛关注。然而,在实际应用中,ZnO在上述各个领域都遇到了一些瓶颈问题:在压电领域,原本被认为是绝缘的ZnO出现了意外的导电性;在非线性光学领域,ZnO的折射率差很小,难以获得好的相位匹配;在半导体领域,难以同时获得高载流子浓度、高迁移率、高热稳定性的pZnO。本文主要针对以上ZnO的应用前景及相关瓶颈问题进行了总结,并提出了适用于离子型化合物半导体的载流子调控普适性理论,即:载流子类型完全由材料的精细化学组分完整表达式来决定这一规则将原本被认为是无关的材料精细化学组分完整表达式和载流子类型两个概念联系起来,在认识上具有很大的突破,并形成了材料科学研究的新理论。该理论成功指导了高绝缘和高热稳定性的nZnO单晶以及高迁移率掺AlZnO薄膜的生长,并为高载流子浓度、高迁移率、高热稳定性pZnO的制备提供了新思路。近来,除了上述应用领域外,ZnO还被发现在超快闪烁体和中红外(MIR)透明导电窗口领域具有较大的应用贡献,并推测这些领域很可能领先于ZnO原本受到重视的研究领域而取得真正的应用进展。