掺杂SiC单晶生长和物性研究

SiC作为重要的第三代半导体材料，是制作高温、高频、大功率、高压以及抗辐射电子器件的理想材料，在军工、航天、固态照明和电力电子等领域具有重要的应用价值，因此成为当前全球半导体材料领域的前沿和制高点之一。对SiC进行掺杂，不仅可以有效调控其电性，而且会诱导出奇特的磁性和电输运性质。但目前对其铁磁性的起源和超导机制还存在争议，体系中电荷、自旋和晶格之间的相互作用还不清楚。本项目以生长高质量的掺杂(Al、B和Cr等)SiC单晶和研究掺杂SiC晶体中电荷、自旋和晶格的相互作用为目标，系统研究掺杂对SiC晶体结构以及发光、磁性和电输运性质等物性的影响规律，深入认识掺杂SiC晶体的铁磁性起源和超导机制，推动SiC基稀磁半导体和超导体研究和应用的发展。

掺杂不仅可以调控SiC等宽禁带半导体的电性，而且能够诱导出奇特的物性。本项目系统研究了不同元素掺杂高质量SiC单晶的物性，揭示了SiC本征磁性的起源，取得的主要代表性成果如下：(1) 改进了SiC粉料的合成方法和晶体快速生长技术，制备了一系列不同元素掺杂的高质量晶体，通过非磁性元素掺杂在SiC单晶中诱导出了磁性。(2) 通过中子辐照在碳化硅晶体中诱导出了以硅-碳双空位为主的缺陷，首次在实验上给出了硅-碳双空位导致铁磁性的证据，并从理论上揭示了双空位产生磁性的物理机制，开辟了缺陷工程调控宽禁带半导体磁性的新研究方向。(3) 确定了6H-SiC晶体中起源存在争议的V2（1.398 eV）发光源于6H-SiC晶体中的V束缚激子发光。发表SCI论文5篇，含1篇PRL、2篇APL，合作申请发明专利1项。