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我國科研團隊實證氧化鎵的室溫本征鐵電性
2026-02-26 16:15:36
來源:科技日報  作者: 何亮

記者25日從北京郵電大學(xué)獲悉,該校物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院吳真平教授團隊聯(lián)合香港理工大學(xué)、南開大學(xué)等單位,實驗驗證了主流寬禁帶半導(dǎo)體氧化鎵(Ga2O3)的室溫本征鐵電性,這標志著我國科研人員在寬禁帶半導(dǎo)體鐵電性研究領(lǐng)域取得重要進展。相關(guān)研究成果發(fā)表在《科學(xué)進展》期刊上。

半導(dǎo)體、集成電路和芯片是極其重要的信息技術(shù)基礎(chǔ)。氧化鎵作為新一代超寬禁帶半導(dǎo)體的“明星材料”,憑借其超寬禁帶和優(yōu)異的抗擊穿特性,在高功率電子器件與日盲探測領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

然而,要讓其具備類似“U盤”一樣的記憶存儲功能(即鐵電性),是一個科學(xué)難題。這是因為,寬禁帶半導(dǎo)體為了保證電學(xué)穩(wěn)定性,通常依賴于“剛性”的晶體結(jié)構(gòu);而鐵電材料為了實現(xiàn)極化翻轉(zhuǎn)即存儲信息,則需要原子具備“柔性”的位移能力。這種結(jié)構(gòu)上的天然矛盾,使得“寬禁帶特性”與“鐵電性”往往被認為難以兼得,也成為制約多功能電子系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。

面對這一挑戰(zhàn),北京郵電大學(xué)團隊利用工業(yè)兼容的金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)技術(shù),成功制備了純相外延氧化鎵(κ-Ga2O3)薄膜,并提供了其室溫本征鐵電性的確鑿證據(jù)——研究團隊通過精密的實驗表征,觀測到了穩(wěn)定的鐵電翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象,測得器件具有優(yōu)異的開關(guān)比和循環(huán)耐久性??偟膩碚f,上述發(fā)現(xiàn)證實了在不破壞化學(xué)鍵的前提下,寬禁帶半導(dǎo)體依然可以通過特殊的結(jié)構(gòu)相變實現(xiàn)鐵電功能。

據(jù)了解,該研究成果展現(xiàn)了寬禁帶半導(dǎo)體特性與鐵電性可以在單一材料中和諧共存,為解決長期以來的學(xué)術(shù)爭議提供了明確的實驗依據(jù)。此外,該研究進展也為未來的半導(dǎo)體技術(shù)開辟了新路徑,即利用單一材料平臺(氧化鎵),可同時滿足高功率、高耐壓以及非易失性存儲的需求。這為構(gòu)建高功率和極端環(huán)境下信息器件的多功能集成提供了全新的材料基礎(chǔ)和設(shè)計思路。

(圖片由北京郵電大學(xué)提供)

編輯:韓夢晨
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