半导体ZnO与其他功能氧化物的界面物理性质

半导体材料是有源器件的基础，而功能氧化物功能材料在无源电子器件中有重要和广泛的应用.然而半导体和功能氧化物功能材料的复合薄膜的制备往往涉及异质和异构的界面耦合，使薄膜的生长方向经常发生转变.这种转变的详细机制尚未充分探讨.

(a)和(b)扫描透射电镜图;(c)和(d)原子模型.图1 六方ZnO 与立方MgO的界面原子结构[3]

王惠琼教授的课题方向侧重于研究氧化物的界面物理[1]，特别是具有六方结构的半导体ZnO和具有立方结构的氧化物之间的界面耦合行为，以及可能形成的新型物理性质和材料性能[2].近期，厦门大学物理科学与技术学院王惠琼教授、郑金成教授和美国布鲁克海文国家实验室朱溢眉教授为共同通讯作者的合作研究成果 “Interfaces between hexagonal and cubic oxides and their structure alternatives”在《Nature Communications》 上发表[3].该研究详细阐述了极性和非极性六方ZnO薄膜在同一立方体衬底上进行调控制备的生长机制和界面物理性质(图1).通过使用先进的扫描电镜、X射线衍射和第一原理计算，探究具有六方结构的ZnO薄膜在具有立方结构的(001)MgO晶面上的异质外延生长机制，揭示了两种不同的界面模型(001)ZnO/(001)MgO和(100)ZnO/(001)MgO.研究发现，两种结构之间的转变：从热力学的角度，受到成核模型的影响；从动力学的角度，则在发生相变后，由Zn吸附和O扩散行为进行调控.

这项研究不仅可以指导具有不同晶相的界面耦合，也在相同的立方衬底上实现了极性和非极性六角形的ZnO薄膜的可调控生长,对不同对称结构的功能材料的界面集成具有指导意义;并且通过可控生长的设计，有助于进一步拓展ZnO作为第三代宽禁带半导体的应用领域.