GaAs基铁电/半导体异质结微结构与电性能的研究

GaAs是一种具有高迁移率载流子的二元半导体，而以ABO3钙钛矿结构为代表的铁电体具有可翻转的极化特性。由于两者同为立方晶系，通过适当的生长和缓冲层技术可形成外延异质结构，其界面性质主要由各自的表面取向、极化特性与晶格常数失配等因素决定，这类种结构在光电应用方面具有重要意义。本课题以GaAs和ABO3铁电材料所构成的异质结为研究对象，研究内容有三点：一、异质结的界面应力，通过适当的缓冲层，选择不同晶格失配度的体系，研究界面应力对外延取向，畴结构生长的影响；二、异质结界面对薄膜铁电、介电性能的影响；三、在前面两点基础上，重点研究异质结的铁电极化性质与GaAs的半导体输运性质的关联。通过实验与理论分析，探索界面对微结构与性能的影响。这些研究都是原创，可以为电子薄膜与器件制备及应用提供理论支持与实验指导。

在国家自然基金青年项目资助下，本项目严格按照项目申请书的申请内容和预定目标，以GaAs和ABO3铁电材料所构成的异质结为研究对象，围绕以下三点内容展开了系统的研究工作，这其中包括：一、异质结的界面应力，通过适当的缓冲层，选择不同晶格失配度的体系，研究界面应力对外延取向，畴结构生长的影响；二、异质结界面对薄膜铁电、介电性能的影响；三、异质结的铁电极化性质与GaAs的半导体输运性质的关联。项目执行时间三年中，进展顺利，项目负责人及其小组成员提出了一种利用临界厚度效应，控制STO界面层弹性应变生长的方法，并通过此方法制备了高度外延的BTO/STO/GaAs应变异质结，研究表明采用这种方法能在原子尺度改善铁电氧化物/半导体界面结构，并得到良好的铁电性能；首次发现ZnO/SrTiO3/GaAs异质结构中随温度变化的场致阻变效应，揭示了这类氧化物GaAs异质结中以肖特基界面阻挡层引起的电荷输运模式。这种独特的阻变效应为GaAs基忆阻器和实现太阳光全谱吸收提供了有意义的实验基础。. 受本自然基金青年项目资助，项目执行三年期间，在国际高水平杂志共发表SCI收录相关论文十篇，其中包括APL一作一篇，申请美国发明专利一项，申请中国发明专利两项，项目负责人及其相关参研人员参与大型国际会议四人次，其中包括国际会议邀请报告三人次。. 以上取得的成果达到了本项目的考核指标和预期目标，项目得以顺利完成。