有序可控硅基量子结构的构筑原理与光电子特性

由南京大学陈坤基等完成

    基于半导体量子结构的纳电子和光电子集成是21世纪新一代半导体器件的核心,也是现代信息技术的硬件基础。半导体硅(Si)是当前制备微电子器件最重要的材料,探索Si的发光特性并实现单片光电集成是半导体和光电子科学领域中多年来没有解决的重大研究课题。该项目研究有序、可控的硅基量子结构材料的构筑原理及光电子特性是该领域的国际前沿,具有重要的科学和应用意义。

    该项目的主要发现点是:1.以Si、Ge材料作为研究对象,提出了利用异质结界面能纵向限制晶化原理,由包含在多层结构中超薄非晶Si或Ge层的再结晶过程,制备尺寸可控、纵向有序的Si、Ge量子点(或称纳米硅nc-Si、纳米锗nc-Ge)阵列的新方法。该研究思想及构筑原理已获国家发明专利,被国内外同行多次引用,并应用于他们的实验中。2.在实验上揭示了镶嵌型nc-Si/SiNX、nc-Ge/SiNX有序量子结构中由量子尺寸效应导致的光致和电致发光特性。被国际上誉为是实现Si基发光的五种途径之一。3.基于光的干涉原理,由相移光栅与脉冲激光相结合形成激光干涉图像,配合Si基多层膜结构,首创了一种三维定域生长nc-Si量子点的新方法,为Si基量子结构应用于纳电子和光电子器件提供了基础。4.研究和改进了nc-Si量子点的表面钝化和异质界面特性,展示了由高密度nc-Si量子点薄膜制成的电致发光二极管和SiO2/nc-Si/SiO2双势垒共振隧穿二极管原型器件。

该项目研究成果不仅在Si基量子结构的构筑原理和工艺方法上具有原创性,而且与当前硅微电子工艺相兼容,是国际纳米技术发展方向之一,已在SCI学术期刊上发表论文55篇(包括10篇APL和1篇PRB文章),二次获国际学术会议最佳论文奖,受到国内  外同行的广泛关注和高度评价,论文已被他引135次。 

 


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