六方氮化硼(hBN)是重要的超宽禁带半导体材料,具有类石墨烯层状结构和独特的光电特性,在深紫外发光器件和探测器领域具有重要的应用。
近期,西安交通大学电子与信息学部电子科学与工程学院李强团队制备出全球首款六方氮化硼同质结深紫外LED芯片,该研究成果以Deep-UV Light-Emitting Based on the hBN:S/hBN:Mg Homojunction为题发表在国际权威期刊《先进科学》(Advanced Science)上,西安交通大学为第一通讯单位。
(a)hBN薄膜和S掺杂hBN薄膜的光学照片;(b)hBN薄膜的SEM图;(c)S掺杂hBN薄膜的SEM图;(d)XRD图;(e)Raman图;(f)FTIR图
基于hBN材料展现出的优异紫外发光特性,近几年应用剥离单晶hBN与石墨烯材料结合,研制出了深紫外发光器件。然而,能制备出PN结型高效率半导体发光器件一直是本领域追求的目标,hBN薄膜的n/p掺杂问题一直是重大的科学和技术难题。
团队应用LPCVD系统在蓝宝石衬底进行大尺度hBN单晶薄膜的外延生长和掺杂研究。选用蓝宝石衬底直接外延生长大面积连续的hBN薄膜,通过超高温外延生长(~1400 °C)实现了hBN薄膜的高结晶度,随后应用S元素在hBN薄膜内进行了替位掺杂,成功突破了大面积hBN单晶薄膜的n型掺杂,S掺杂浓度达1.21%。结合Mg掺杂的p型hBN薄膜,制备了基于hBN材料体系的同质PN结。对构建的同质PN结进行PL测试,通过对结果的分析确定了同质结形成后,光生载流子会在内建电场作用下漂移至空间电荷区内,进而发生辐射复合发光,实现了深紫外光(261nm-300nm)的出射。
六方氮化硼同质结构与性能表征
hBN薄膜掺杂的突破,意味着六方氮化硼可以作为深紫外光电器件的主体材料,为后续半导体型更短波段深紫外发光器件的研制提供了一个新的研究方向。
李强课题组一直致力于六方氮化硼材料的外延生长与深紫外光电器件的研究,近期工作在Advanced Functional Materials, ACS Applied Materials & Interfaces, Applied Surface Science、Crystal Growth & Design等最具影响力期刊上发表了一系列文章。
电子与信息学部“五位一体”育人模式
优秀科研成果的取得,离不开学校电子与信息学部深厚底蕴与卓越实力的坚实支撑。西安交大电信学部源于1908年创设的交通大学电机专科,是中国近代科学技术史上最早建立的电子信息学科之一。经过百年的发展,学部已形成涵盖电子科学与技术、计算机科学与技术、控制科学与工程、信息与通信工程、网络空间安全、集成电路科学与工程等多个一级学科的完整学科体系。
作为规模最大、专业最多、课程最多、教学班最多、培养方案最多、教学单位最多的二级单位,学部下设计算机科学与技术学院、信息与通信工程学院、电子科学与工程学院、自动化科学与工程学院、微电子学院、网络空间安全学院和软件学院;拥有8个本科招生专业,377门课程,660个教学班,在读本科生4673人;拥有国家级、省部级科研基地和实验室20余个。
正是在优良学术传统与前沿科研平台的滋养下,创新之花得以绽放,探索之路愈发宽广。
管晓宏院士给学生上党课
在“新工科”建设浪潮下,学部打破学科界限,多学科融合,创建创新实验平台,提升学生解决实际问题的能力。同时,积极推进工程认证,多个专业已通过认证,以认证推动教学改革,实现以学生为中心的教学转变,持续提升教学质量。
为培养学生的基础科研能力和解决问题能力,学部为每位本科生配备“1对1”学业导师,积极引导学生从大一开始参与科研。通过“一生一科研”计划,学子们能够接触科研、了解科研,并满怀热忱地投身于科研探索的洪流之中。
学子在全国大学生电子设计大赛荣获金奖
2025年,欢迎广大学子加入西安交通大学电子与信息学部,在这片充满智慧与梦想的沃土上,一步步走进科学的深邃世界,在实践中点燃创新的火花,书写属于青春与探索并肩前行的华章。
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素材来源:西安交通大学官网,西安交通大学本科招生网等
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更新时间:2025-05-06
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