氧化鎵鐵電性研究取得突破性進展
近日,北京郵電大學物理科學與技術學院吳真平教授團隊聯合香港理工大學、南開大學等單位,在寬禁帶半導體鐵電性研究領域取得重要突破。團隊通過實驗驗證了主流寬禁帶半導體氧化鎵(Ga2O3)在室溫下的本征鐵電性,為半導體技術發展開辟了新方向。
氧化鎵作為一種超寬禁帶半導體材料,因其約4.8 eV的超寬禁帶和優異的抗擊穿特性,被廣泛認為是新一代高功率電子器件和日盲探測領域的“明星材料”。然而,如何賦予其類似“U盤”一樣的非易失性存儲功能(即鐵電性),一直是科學界面臨的難題。
據研究團隊介紹,他們利用工業兼容的MOCVD技術,成功制備了純相外延κ-Ga2O3薄膜,并提供了室溫本征鐵電性的明確證據。通過精密實驗表征,團隊觀測到穩定的鐵電翻轉現象,并測得器件具有優異的開關比(>105)和循環耐久性(>107次)。第一性原理計算與原子級成像進一步揭示了其獨特的微觀機制:極化翻轉通過GaO4四面體與GaO6八面體之間的協同結構畸變實現。
這一研究證實了在不破壞化學鍵的前提下,寬禁帶半導體可通過特殊結構相變實現鐵電功能。該成果為寬禁帶半導體與鐵電性的和諧共存提供了實驗依據,解決了長期存在的學術爭議。
這項進展不僅推動了半導體物理與鐵電物理的交叉融合,還為未來高功率、高耐壓以及非易失性存儲的多功能集成器件設計提供了全新思路和材料基礎。


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