半导体薄膜与纳米材料研究组

研究组简介

浙江大学硅材料国家重点实验室(原名高纯硅及硅烷国家重点实验室)于1985年由国家计委批准投资建设,1987年通过国家验收,1988年对外开放。目前硅材料国家重点实验室已成为国家在硅材料及半导体材料的科学研究创新及高级人才培养的主要基地之一,是对外学术交流的重要窗口。以硅材料实验室为核心的浙江大学材料物理与化学学科是全国重点学科,早在86年建立国内第一个半导体材料工学博士点。

半导体薄膜与纳米器件研究室是硅材料国家重点实验室的重要组成之一。本研究室在叶志镇教授的主持下,1992年自行创建了国内第一台超高真空CVD外延设备,率先开辟了一个利用超高真空CVD新技术低温生长优质半导体薄膜材料的研究领域。多年来紧紧围绕能源和现代信息技术的国家目标开展工作,在利用超高真空CVD低温外延技术生长优质薄硅外延片和新颖锗硅合金材料方面取得很大进展。

近十年来,本研究室主要研究涉及直接宽禁带半导体ZnO薄膜及纳米结构的制备及其在光电器件中的应用。ZnO是研发下一代节能与廉价的紫蓝光器件、高品质透明导电触摸开关和纳米场发射器件重要基础材料,在现代信息技术与节能技术方面具有很好应用前景,是目前国际研究热点。“十五”期间本室在2项国家“973”课题、2项国家自然基金重点项目、5项国家自然基金面上项目和5项省部级科技项目资助下,围绕(1)ZnO p型掺杂与实现室温电致发光;(2)高品质透明导电ZnO薄膜制备;(3)ZnO纳米结构材料可控生长与场发射等关键问题开展研究。

多年来本方向在ZnO材料与先进薄膜技术领域取得了1项重要突破和2项重要进展的创新成果,为我国ZnO材料与技术的发展起到了自主创新、引领未来的重要作用。

(1)ZnO研究的突破性创新成果:首先提出了N替代-H钝化的p型掺杂方法,发现了非平衡态掺杂机制可解决ZnO中N固溶度低的国际难题;首创了Al-N共掺杂、NO-N2O混合源掺杂和元素Li、Na掺杂法等,制备出具有国际先进水平的p型ZnO;建立"N、H共激活"理论模型等阐明p型掺杂机理;首创Li-N双受主共掺杂法有效改进了p型稳定性;研究中形成了20余项发明专利,并成为国际主要的p型掺杂方法之一。国际上第一个由MOCVD、N掺杂法研制出同质ZnO pn结和LED原型器件,实现了室温电致发光。ZnO p型掺杂与实现室温电致发光研究成果具有重要原创性,2006年获浙江省科技(自然类)一等奖、2007年获国家自然科学二等奖。

(2)ZnO研究的重要进展创新成果:首次由MOCVD与特殊过渡层相结合技术,在硅上实现了阵列ZnO纳米线、纳米管的无催化可控生长,并提出了生长的机制;纳米线场发射增强因子高达4000,性能国际先进;制备了准阵列ZnMgO、ZnCdO纳米线与纳米棒,通过调节Cd与Mg含量实现光电性能调控;实现了ZnO量子点的密度、尺寸大小的可控生长,实现了发光波长可控与光电性能的裁剪。ZnO纳米结构材料可控生长与应用基础研究成果于2007年获得浙江省科技(自然类)一等奖。

(3)半导体薄膜技术研究的重要进展创新成果:1992年在叶志镇教授的主持下,研究组于1992年自行创建了国内第一台超高真空CVD外延设备,率先开辟了国内利用超高真空CVD新技术低温生长优质半导体薄膜材料的研究领域。2003年研究组自行设计并与沈科仪合作生产用于ZnO薄膜生长的射频等离子辅助MOCVD设备,获得了多项国家专利。

本室在半导体薄膜方向近年间共发表论文242篇,被SCI收录161篇,国际公认权威期刊PRL论文1篇,AM论文1篇,Nanoletters论文1篇,APL论文30篇;论文被他引2000多次,其中SCI他引1200余次;申请发明专利50项,授权32项;获国家和省部级科技奖励成果6项,其中国家自然科学二等奖1项,浙江省科技(自然类)一等奖2项,省部级科技二等奖3项。