鉍是元素周期表中最重的非放射性元素,與(yu) 鄰近的其它重金屬元素相比,毒性最小,被認為(wei) 是一種“綠色”元素。鉍化物半導體(ti) 材料包括III-V化合物半導體(ti) 中摻入少量鉍原子形成的稀鉍材料、Bi2Te3和Bi2Se3等傳(chuan) 統熱電材料和新型拓撲絕緣體(ti) 材料以及以BiFeO3為(wei) 代表的含鉍氧化物材料等,具有很多新奇的物理特性,有望取代Cd、Pb、Sb、Hg等有毒重金屬元素,成為(wei) 信息、能源和醫學領域中新一代可持續的半導體(ti) 功能材料,近年來受到國際上的廣泛關(guan) 注,自2010年起,每年舉(ju) 辦一屆鉍化物物理、材料與(yu) 器件的國際專(zhuan) 題材料會(hui) 議。
中國科學院上海微係統與(yu) 信息技術研究所信息功能材料國家重點實驗室“千人計劃”研究員王庶民領導的團隊,與(yu) 瑞典Chalmers理工大學合作,在稀鉍化合物材料和Bi2Te3材料外延生長方麵取得了一係列突破,在世界上用分子束外延方法(MolecularBeamEpitaxy, MBE)首次生長了GaSbBi單晶,實現了GaAs基上InGaAsBi量子阱通訊波段1.3微米室溫發光,獲得了Bi2Te3薄膜室溫遷移率700 cm2/Vs和4.2 K低溫遷移率7000cm2/Vs的世界紀錄;自主采用重點實驗室氣態分子束外延係統V90在世界上首次生長了高質量InPBi、InGaPBi和InAlPBi薄膜單晶,430納米InPBi薄膜X雙晶衍射搖擺曲線半峰寬僅(jin) 為(wei) 42 arcsec,最高鉍原子濃度超過4%,發現了InPBi中室溫奇異寬光譜發光現象,部分成果已被Scientific Reports接收。1988年Berding等人預言分析了InPBi、InAsBi和InSbBi三種有潛力的新型中紅外材料,後兩(liang) 種材料已經被報道,稀鉍磷化物晶體(ti) 為(wei) 首次合成。
上海微係統所鉍化物半導體(ti) 材料研究已經受到國際關(guan) 注,王庶民團隊受邀撰寫(xie) 了由德國Springer出版社出版的世界上第一本鉍化物半導體(ti) 專(zhuan) 著BismuthContainingCompounds 的第一章,自2013年以來在包括第18屆國際分子束外延大會(hui) 、第5屆國際鉍化物半導體(ti) 材料會(hui) 議和第17屆國際透明光網絡會(hui) 議等序列國際會(hui) 議上代表該所獲得7次大會(hui) 邀請報告。目前團隊已經申請加入歐盟第七框架科技協作平台COST Action MP1204,作為(wei) 非歐盟成員國會(hui) 員,為(wei) 德國、荷蘭(lan) 、瑞典、芬蘭(lan) 、波蘭(lan) 等國10多個(ge) 研究組提供了鉍化物樣品材料,並提出申辦2016年在上海舉(ju) 辦第7屆國際鉍化物半導體(ti) 材料會(hui) 議。
作為(wei) 首席單位,王庶民團隊目前承擔了“973”項目“2.8-4.0微米室溫高性能半導體(ti) 激光器材料和器件製備基礎研究”和自然基金重點項目“應用於(yu) 非製冷激光器的新型稀鉍半導體(ti) 材料研究”,主要研究新型稀鉍材料及其在通訊波段和中紅外激光器方麵的應用。
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