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中国铋化物半导体材料研究受到国际关注

2014-06-13 09:48
Hsiao Chen
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  铋是元素周期表中最重的非放射性元素,与邻近的其它重金属元素相比,毒性最小,被认为是一种“绿色”元素。铋化物半导体材料包括III-V化合物半导体中掺入少量铋原子形成的稀铋材料、Bi2Te3和Bi2Se3等传统热电材料和新型拓扑绝缘体材料以及以BiFeO3为代表的含铋氧化物材料等,具有很多新奇的物理特性,有望取代Cd、Pb、Sb、Hg等有毒重金属元素,成为信息、能源和医学领域中新一代可持续的半导体功能材料,近年来受到国际上的广泛关注,自2010年起,每年举办一届铋化物物理、材料与器件的国际专题材料会议。

  中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室“千人计划”研究员王庶民领导的团队,与瑞典Chalmers理工大学合作,在稀铋化合物材料和Bi2Te3材料外延生长方面取得了一系列突破,在世界上用分子束外延方法(MolecularBeamEpitaxy, MBE)首次生长了GaSbBi单晶,实现了GaAs基上InGaAsBi量子阱通讯波段1.3微米室温发光,获得了Bi2Te3薄膜室温迁移率700 cm2/Vs和4.2 K低温迁移率7000cm2/Vs的世界纪录;自主采用重点实验室气态分子束外延系统V90在世界上首次生长了高质量InPBi、InGaPBi和InAlPBi薄膜单晶,430纳米InPBi薄膜X双晶衍射摇摆曲线半峰宽仅为42 arcsec,最高铋原子浓度超过4%,发现了InPBi中室温奇异宽光谱发光现象,部分成果已被Scientific Reports接收。1988年Berding等人预言分析了InPBi、InAsBi和InSbBi三种有潜力的新型中红外材料,后两种材料已经被报道,稀铋磷化物晶体为首次合成。

  上海微系统所铋化物半导体材料研究已经受到国际关注,王庶民团队受邀撰写了由德国Springer出版社出版的世界上第一本铋化物半导体专著BismuthContainingCompounds 的第一章,自2013年以来在包括第18届国际分子束外延大会、第5届国际铋化物半导体材料会议和第17届国际透明光网络会议等序列国际会议上代表该所获得7次大会邀请报告。目前团队已经申请加入欧盟第七框架科技协作平台COST Action MP1204,作为非欧盟成员国会员,为德国、荷兰、瑞典、芬兰、波兰等国10多个研究组提供了铋化物样品材料,并提出申办2016年在上海举办第7届国际铋化物半导体材料会议。

  作为首席单位,王庶民团队目前承担了“973”项目“2.8-4.0微米室温高性能半导体激光器材料和器件制备基础研究”和自然基金重点项目“应用于非制冷激光器的新型稀铋半导体材料研究”,主要研究新型稀铋材料及其在通讯波段和中红外激光器方面的应用。

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