超高压下二元Ⅲ-Ⅴ族闪锌矿半导体化合物的电学性质研究

利用基于高压集成技术的原位电导率定量测量及交流阻抗谱实验技术，结合基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，以二元Ⅲ-Ⅴ族闪锌矿半导体化合物MX(M=Ga,In；X=P,As,Sb)为研究对象，兼顾小尺寸到体材料体系，研究直流电场中的电导率和交变电场中的阻抗谱随压力和温度的变化关系，确定电导率、介电常数等反映电学性质的物理量对压力、温度、频率的依赖关系。对比理论预测给出的高压新相、结构稳定性、能带以及态密度等电子行为信息，研究半导体化合物的结构、电输运行为与其功能性质之间的内在联系，确定金属化相变点及随温度压力变化规律，揭示非金属->金属相变的物理机制，检验并发展现有的电输运模型。

Ⅲ-Ⅴ族半导体化合物作为电子工业领域最有价值的材料之一，因其杰出的电子输运特性在过去几十年中被广泛应用于基底材料，借助其高转化率和高流动性特性也可以分别应用于太阳能电池和高速数字电路领域。高压是一种让材料的晶体结构和电子结构产生喜剧变化的有效手段。也是有能力实现半导体的导电性向金属过渡的改变，这种压力调制结构和电气性能的行为，为电子行业提供了一个暂新的发展平台。文献表明，前期部分高压实验研究显然证明了三五族半导体化合物发生的压致相变，但最近部分理论计算则明确预测其发生金属化相变，而直到现在显然也没有实验证据证明。因此,在高压下通过实验探索三五族半导体材料金属化已成为至关重要的问题。.基于此，利用高压集成技术的原位电导率测量、霍尔效应测量和交流阻抗谱实验技术，结合基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，以二元Ⅲ-Ⅴ族闪锌矿半导体化合物MX(M=Ga,In；X=P,As,Sb)为研究对象，研究直流电场中的电导率和交变电场中的阻抗谱随压力和温度的变化关系，确定电导率、介电常数、霍尔参数等反映电学性质的物理量对压力、温度、频率的依赖关系。对比理论预测给出的高压新相、结构稳定性、能带以及态密度等电子行为信息，研究半导体化合物的结构、电输运行为与其功能性质之间的内在联系，确定金属化相变点及随温度压力变化规律，揭示非金属->金属相变的物理机制。.课题组先后对近十种半导体化合物材料进行了高压相变和电学性质之间的关联研究，实现了部分化合物的电阻率、介电常数、霍尔系数等物质电输运性质物理量的综合测量，从多个角度揭示了高压下化合物半导体的电输运特性和变化规律，给出了化合物半导体高压相的结构和电输运性质对应关系，从高压相结构和载流子特性变化上揭示了电输运性质的演化机理，获得了部分原创的成果。例如：对GaAs\GaSb\GaP压致电输运行为进行了多角度研究，发现并相互验证GaAs\GaSb\GaP的压致金属化相变，解释了能带窄化过程中电输运特性和载流子行为变化；探索了高压力下小电阻样品界面效应对电学性质影响，解释了样品金属化后，晶体细化导致界面增多影响载流子运动困难是电阻率上升的主要原因等等。这些取得的成果推动了化合物半导体电输运特性的研究，探索了晶界效应对化合物半导体电输运特性的影响，对高压物理研究和实际材料的应用都有一定的贡献。