半导体ZnO衬底上钙钛矿SrTiO3薄膜的生长机制与界面行为研究

The interface properties between thin fim materials play a cruicial role in the performance of the integrated electronics. Recent interest has been focused on the interface coupling behaviors between semiconductors and complex oxides. Semiconductors form the base of the active devices of the electronics, whereas functional complex oxides are widely used in the passive devices. However, the integration technique between semiconductor materials and functional complex oxides is yet matured. This hinders the integration between active and passive devices that is desirable for further miniaturization of electronics. In this work, we propose to grow perovskite strontium titanate thin films epitaxially on the substrates of single-crystal zinc oxides, to exam the growth mechanism, to investigate their interface coupling behaviors and to probe any possible new physics and material properties thus arise. This work aims to provide some guidelines for the integration of semiconductor materials with functional perovskites and for the design of new functional heterostructures. This is a multidisciplinary project covering physics, materials and information science.

薄膜材料之间的界面性质对所集成的电子器件的性能产生重要的影响。其中，半导体与多元氧化物之间的界面耦合行为是目前关注的热点之一。半导体材料是有源器件的基础，而多元氧化物功能材料在无源电子器件中有重要和广泛的应用。然而半导体和多元氧化物功能材料复合薄膜化尚未成熟，抑制了有源-无源电子器件的集成，阻碍了电子信息器件进一步微小化。本项目拟在半导体氧化锌单晶衬底上外延生长具有钙钛矿结构的钛酸锶薄膜，探索功能多元氧化物薄膜在半导体晶体上的生长动力学行为，并研究半导体和多元氧化物之间的界面耦合行为，以及可能形成的新型物理性质和材料性能。本项目的开展有望为功能氧化物与半导体的多层薄膜集成提供理论设计指导，同时为设计具有新功能的异质结提供科学依据，属于信息科学与数理、材料等学科的交叉研究课题。

本项目针对现代微电子器件中的有源（半导体材料）--无源（多元氧化物功能材料）集成的瓶颈问题，研究半导体氧化锌和多元氧化物钛酸锶之间的界面结构和电子性质耦合行为。利用国家大科学仪器装置—北京光源的光电子能谱线站的集原位薄膜生长和表征为一体的实验系统，在氧化锌单晶上外延生长钛酸锶薄膜，获得了薄膜的结构和电子性质随厚度的演变状态，从而挖掘出属于界面的电子结构信息。本课题旨在为功能氧化物与半导体的多层薄膜集成提供理论设计指导，同时为设计具有新功能的异质结提供科学依据。