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    我国学者在高绝缘新型超薄氧化锑单晶制备方面取得进展

    日期 2020-05-29   来源:化学科学部   作者:伊晓东 高飞雪  【 】   【打印】   【关闭

    图. 高绝缘超薄氧化锑单晶的制备示意图及其绝缘性能

      在国家自然科学基金项目(批准号:21673161、21905210、51728202和21661025)等资助下,武汉大学付磊团队与葡萄牙国际伊比利亚纳米技术实验室王中长团队合作,研发出一种以再固化的液态银为基底的缓冲控制晶体生长策略,实现了新型超薄高介电常数氧化锑单晶的制备,提供了一种制备超薄氧化物单晶的普适方法。相关研究成果以“超薄高介电常数氧化锑单晶(Ultrathin high-κ antimony oxide single crystals)”为题,于2020年5月发表在《自然·通讯》(Nature Communications)上。论文链接:https://doi.org/10.1038/s41467-020-16364-9。

      具有高介电常数的超薄氧化物在二维电子器件领域具有广阔应用前景。已报道的研究多限于非晶或多晶氧化物薄膜的合成,但由于非晶或多晶氧化物膜往往存在缺陷和界面态,尤其是当氧化层厚度较小时,很容易造成漏电,由此发展普适的超薄氧化物单晶制备策略十分重要。

      该团队以再固化的液态银作为生长基底,将过量的锑前驱体缓冲储存在基底体相中,这个过程对表面锑的完全氧化和超薄氧化锑单晶的生长起到关键作用。通过同步辐射掠入射X射线衍射技术,研究团队发现了所获得的氧化锑单晶具有类β相锑烯的晶体结构,结合结构解析拟合得到其锑氧元素比为1:1.93,即SbO1.93。同时,对于这样的新结构,研究团队对其绝缘性能进行了探索,发现了该结构具有高达100的介电常数。相较于在二维电子器件中常用的绝缘层材料,例如六方氮化硼(h-BN)与二氧化铪(HfO2),该氧化锑单晶有着更为优异的绝缘性能,为未来电子和光电子器件微型化的发展注入了新的血液。

      研究团队还对基于银基底的缓冲控制生长超薄氧化物晶体这一策略的普适性进行了研究,发现该策略同样也适用其他超薄氧化物单晶的制备,例如:氧化锡、氧化锗与氧化铋,这为进一步发展超薄二元氧化物单晶的制备策略提供了新思路。




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