半導體ZnO與其他功能氧化物的界面物理性質

半導體材料是有源器件的基礎，而功能氧化物功能材料在無源電子器件中有重要和廣泛的應用.然而半導體和功能氧化物功能材料的復合薄膜的制備往往涉及異質和異構的界面耦合，使薄膜的生長方向經常發生轉變.這種轉變的詳細機制尚未充分探討.

(a)和(b)掃描透射電鏡圖;(c)和(d)原子模型.圖1 六方ZnO 與立方MgO的界面原子結構[3]

王惠瓊教授的課題方向側重于研究氧化物的界面物理[1]，特別是具有六方結構的半導體ZnO和具有立方結構的氧化物之間的界面耦合行為，以及可能形成的新型物理性質和材料性能[2].近期，廈門大學物理科學與技術學院王惠瓊教授、鄭金成教授和美國布魯克海文國家實驗室朱溢眉教授為共同通訊作者的合作研究成果 “Interfaces between hexagonal and cubic oxides and their structure alternatives”在《Nature Communications》 上發表[3].該研究詳細闡述了極性和非極性六方ZnO薄膜在同一立方體襯底上進行調控制備的生長機制和界面物理性質(圖1).通過使用先進的掃描電鏡、X射線衍射和第一原理計算，探究具有六方結構的ZnO薄膜在具有立方結構的(001)MgO晶面上的異質外延生長機制，揭示了兩種不同的界面模型(001)ZnO/(001)MgO和(100)ZnO/(001)MgO.研究發現，兩種結構之間的轉變：從熱力學的角度，受到成核模型的影響；從動力學的角度，則在發生相變后，由Zn吸附和O擴散行為進行調控.

這項研究不僅可以指導具有不同晶相的界面耦合，也在相同的立方襯底上實現了極性和非極性六角形的ZnO薄膜的可調控生長,對不同對稱結構的功能材料的界面集成具有指導意義;并且通過可控生長的設計，有助于進一步拓展ZnO作為第三代寬禁帶半導體的應用領域.