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超宽禁带二维半导体材料与器件研究进展

中国科学：物理学、力学、天文学 2022年第9期52卷 2-31页

作者：辛凯耀杨文夏建白魏钟鸣中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室北京100083 中国科学院大学中丹学院北京100049 郑州大学材料科学与工程学院郑州450001

超宽禁带二维半导体作为二维材料研究领域的前沿之一,在紧跟第三、四代半导体朝着大带隙、大功率方向发展的同时,也为集成电路往小体积、高集成度方向的探索提供了思路.根据晶体堆积是否为范德华层状结构,超宽禁带二维半导体在材料层面... 详细信息

超宽禁带二维半导体作为二维材料研究领域的前沿之一,在紧跟第三、四代半导体朝着大带隙、大功率方向发展的同时,也为集成电路往小体积、高集成度方向的探索提供了思路.根据晶体堆积是否为范德华层状结构,超宽禁带二维半导体在材料层面的研究内容一方面是将已有的或成熟的非层状材料通过各种限制手段将第三维度压制在纳米量级,另一方面则是探索新型的范德华层状材料通过生长或剥离的方式得到其单层或少层结构.从器件层面看,超宽禁带二维半导体无论是以独立形式还是两两组合叠成异质结,形成的器件大多都以探测紫外波段的电磁辐射为目的,进一步可以做成包括成像系统、数字通讯等在内的光学传感器.若是辅助以柔性衬底,那么二维材料将发挥天然的可弯折优势,被广泛应用到柔性场效应晶体管、柔性紫外探测器、显示器等可穿戴电子器件中.而当材料有对外界刺激(如光照)表现出“记忆”特性时,说明可以将材料用于类神经突触传感或神经网络学习.此外,超宽禁带二维半导体中具有超大带隙的部分材料是极具潜力的电介质,它们往往拥有远比氧化硅大的介电常数与击穿电压,在减薄器件体积的同时也优化了器件的性能.最后,少数超宽禁带二维半导体是许多材料制备过程中的衬底,它们的简单易得和原子级洁净的表面为各种新材料的诞生提供了温床,是二维材料领域的重要基石.

关键词：超宽带隙二维半导体材料与器件

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Ⅳ–Ⅵ族低维半导体材料与器件研究进展

中国科学：化学 2022年第2期52卷 264-279页

作者：于雅俐魏钟鸣夏建白中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室北京100083

二维Ⅳ族金属硫属化合物作为二维层状材料的重要组成部分,由于其晶格结构具有较低的对称性且与核心半导体工艺具有很好的兼容性,在电学、光学、磁性等方面具有优异的性能,并且在地球上资源丰富且具有低成本、环保的特性,因此在光电器件... 详细信息

二维Ⅳ族金属硫属化合物作为二维层状材料的重要组成部分,由于其晶格结构具有较低的对称性且与核心半导体工艺具有很好的兼容性,在电学、光学、磁性等方面具有优异的性能,并且在地球上资源丰富且具有低成本、环保的特性,因此在光电器件领域具有很大的应用潜力.基于本课题组近年来的研究进展,本文首先介绍了二维Ⅳ族金属硫属化合物及相关异质结、三元合金等的晶体结构、制备方法与物理性能,然后对基于二维Ⅳ族金属硫属化合物的光电器件进行了重点分析,尤其是对具有面内各向异性的Ⅳ族金属硫属化合物将其应用拓展到了偏振敏感的光探测器,并对今后的研究方向进行了展望.

关键词： Ⅳ–Ⅵ族材料低维半导体光电器件偏振光探测器

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二维/三维硅基异质结光电应用研究进展

Science China Materials 2022年第4期65卷 876-895页

作者：周劲澍辛凯耀赵向凯李冬梅魏钟鸣夏建白 State Key Laboratory of Superlattices and Microstructures Institute of SemiconductorsChinese Academy of SciencesBeijing100083China School of Electronic Electrical and Communication EngineeringUniversity of Chinese Academy of SciencesBeijing100049China Optoelectronic System Laboratory Institute of SemiconductorsChinese Academy of SciencesBeijing10083China

以硅为基础的半导体技术在过去几十年随着摩尔定律取得了很大进展,但是它也正接近自己的物理极限.近年来,二维材料因其独特的结构和优越的性能,被认为是突破传统硅基光电器件限制的契机.本文针对二维材料探测器与三维硅基系统混合集成... 详细信息

以硅为基础的半导体技术在过去几十年随着摩尔定律取得了很大进展,但是它也正接近自己的物理极限.近年来,二维材料因其独特的结构和优越的性能,被认为是突破传统硅基光电器件限制的契机.本文针对二维材料探测器与三维硅基系统混合集成的研究现状,简述了几种用于光电探测器的二维材料的基本特性.随后,总结了基于二维材料的硅光子集成光电探测器的研究进展,并对其器件结构和主要性能进行了展述.其后,又补充介绍了结合其他传统材料为衬底的二维器件.最后,我们对二维/三维混合硅基异质结构的发展前景进行了展望.

关键词： silicon 2D/3D hybrid heterostructure optoelectronic application

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低维半导体偏振光探测器研究进展

物理学报 2019年第16期68卷 1-14页

作者：魏钟鸣夏建白中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室

偏振光探测在遥感成像、环境监测、医疗检测和军事设备等领域都具有很好的应用价值,目前已经有一系列偏振探测和成像产品.随着信息器件进一步小型化、集成化,基于新型低维材料的偏振光探测器可以直接利用材料本征的各向异性对偏振光进... 详细信息

偏振光探测在遥感成像、环境监测、医疗检测和军事设备等领域都具有很好的应用价值,目前已经有一系列偏振探测和成像产品.随着信息器件进一步小型化、集成化,基于新型低维材料的偏振光探测器可以直接利用材料本征的各向异性对偏振光进行感知,在未来偏振光探测领域有很好的应用前景.很多二维/一维半导体材料,例如:黑磷, ReS2, GaTe, GeSe, GeAs 及 ZrS3 等,都具有较强的本征面内各向异性,可以用于高性能偏振光探测器.基于此类低维半导体材料设计的不同结构类型的偏振光探测器已经覆盖了紫外、可见以及红外等多个波段.本文总结了近年来相关领域的研究进展和我们课题组的一些工作.

关键词：光探测器偏振低维半导体二维材料

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无辐射多声子跃迁: 经典理论的现代计算

中国科学：物理学、力学、天文学 2020年第6期50卷 123-124页

作者：夏建白中国科学院半导体研究所北京100083

黄昆先生在20世纪40‒50年代发展了多声子跃迁的系统理论,在半导体材料的光学性质和相关的器件研究中得到了广泛的应用.随着计算能力的提高,这些经典理论又得到了进一步的发展,最近的理论研究结合第一性原理计算,提出无辐射多声子跃迁理... 详细信息

黄昆先生在20世纪40‒50年代发展了多声子跃迁的系统理论,在半导体材料的光学性质和相关的器件研究中得到了广泛的应用.随着计算能力的提高,这些经典理论又得到了进一步的发展,最近的理论研究结合第一性原理计算,提出无辐射多声子跃迁理论的非谐修正,计算了半导体深能级缺陷的无辐射衰减,得到了与实验相符的结果.

关键词：无辐射多声子跃迁晶格弛豫第一性原理非谐修正

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非晶态硅的带隙态密度

Journal of Semiconductors 1983年第6期 515-525页

作者：夏建白中国科学院半导体研究所

本文提出了一个带悬键和饱和键的Bethe格子模型,计算了非晶态硅的带隙态密度,证明了Spear实验的带隙态Ex峰是由悬键产生的,E;峰是由饱和键产生的.还得出了:当饱和原子改变时,Ex峰保持不变,Ey峰位置随饱和原子与Si原子键的能量差而变化,... 详细信息

本文提出了一个带悬键和饱和键的Bethe格子模型,计算了非晶态硅的带隙态密度,证明了Spear实验的带隙态Ex峰是由悬键产生的,E;峰是由饱和键产生的.还得出了:当饱和原子改变时,Ex峰保持不变,Ey峰位置随饱和原子与Si原子键的能量差而变化,能量差越小,Ey峰与Ex峰的间距越大,峰的强度也随之改变.

关键词：态密度价带夏建白能带结构外来原子久期方程悬键非晶态硅