《p型CuAlO2薄膜光電性能協同調控及發光電晶體器件套用》是依託鄭州大學，由姚志強擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：p型CuAlO2薄膜光電性能協同調控及發光電晶體器件套用
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：姚志強
- 依託單位：鄭州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目選取具有穩定p型半導體特性的寬頻隙銅鐵礦相CuAlO2薄膜材料為研究對象，針對CuAlO2薄膜結晶困難、易發生相變，價帶頂能級深，價帶電子結構局域化且存在強各向異性特性等關鍵基礎科學問題，提出採用磁控濺射技術，基底原位高溫加熱一步法（無需退火）製備高度結晶純相菱形六面體結構CuAlO2薄膜，揭示Cu-Al-O系薄膜的晶化機理及相變演化規律；綜合運用能帶補償（Cu-O/CuAlO2合金化）/帶邊修飾（引入Cu2+ 3d9軌道），雜質摻雜（S替代O）手段協同調控CuAlO2薄膜的光電性能，研究雜質在CuAlO2薄膜中的存在形態、含量及對光電性能的影響規律；研製p-CuAlO2/n-ZnO異質結薄膜發光電晶體器件，同時實現雙極場效應調製和藍-紫光可調發光功能，闡明材料微觀結構和性能與器件功能的內在關聯和規律。本項目的實施將對發展寬頻隙p型半導體材料和透明光電子器件具有重要的指導意義。
結題摘要
以國家自然科學基金項目-“p型CuAlO2薄膜光電性能協同調控及發光電晶體器件套用”（51202224）為研究內容為指導，面對“透明”電子、光電子器件對寬頻隙p 型半導體材料的重大戰略需求，項目選取具有穩定p 型半導體特性的寬頻隙銅鐵礦相CuAlO2 薄膜材料為研究對象，針對CuAlO2薄膜結晶困難、易發生相變，價帶頂能級深，價帶電子結構局域化且存在強各向異性特性等關鍵基礎科學問題，重點研究了Cu-Al-O 系薄膜的晶化機理及相變演化規律，運用薄膜合金化和雜質摻雜手段對CuAlO2的能級結構進行了改造，構建了p-CuAlO2/n-InGaZnO異質結薄膜發光電晶體器件，實現了雙極場效應調製功能。研究工作取得如下主要成果： 1. 採用磁控濺射技術原位加熱“一步法”製備了高度結晶、均勻緻密的純銅鐵礦相菱形六面體結構CuAlO2 薄膜，在國際上首次給出了高分辨電子顯微鏡和衍射分析證據，闡明了襯底加熱溫度是影響Cu-Al-O薄膜結晶度和相組成的首要關鍵參數。 2. 綜合運用能帶補償（Cu-O/CuAlO2 合金化）、帶邊修飾（引入Cu2+ 3d9 軌道），S摻雜手段協同調控了CuAlO2 薄膜光學及半導體輸運特性，研究了雜質在CuAlO2 薄膜中的存在形式、含量及對薄膜光電性能影響的規律和機制，研究發現通過同時引入Cu-O雜化體和替代型S原子，Cu2+ 3d9軌道將伴隨進入CuAlO2價帶軌道，S替代晶格中的O可以削弱O 2p軌道的局域化效應，因此通過“能帶補償/帶邊修飾”協同過程將CuAlO2帶邊結構進行了最大有效的改善。CuAlO2薄膜的電阻率實現了6-7個量級的調控（10^4 Ωcm vs. 10-3 Ωcm）；同時，得到了空穴遷移率高達40cm2/Vs的p型CuAlO2薄膜，開創性地實現了p型場效應調製功能。 3. 構建了p-CuAlO2/n-InGaZnO異質結薄膜發光電晶體器件，實現了雙極場效應開關功能。 本項目的實施對發展寬頻隙p 型半導體材料，能帶結構改造、半導體輸運特性操控和新型光電子器件構建具有重要的指導意義。
