张嘉炜

1988年12月出生，教授、博士生导师。本科毕业于上海交通大学物理系，硕士、博士研究生分别毕业于英国曼彻斯特大学光子所与电子电气工程院。随后在英国曼彻斯特大学电子电气工程学院与英国国家石墨烯中心从事博士后工作。2019年9月加入到山东大学微电子学院任教授职位，并获得山东省泰山学者青年项目与山东大学齐鲁青年学者项目支持。   研究方向： 1. 基于氧化物半导体的薄膜三极管、高频器件、新型肖特基器件、以及互补型逻辑电路。     氧化物半导体作为一种新型半导体材料，其与传统块体半导体材料(单晶硅等)最大的不同在于，氧化物半导体可在室温下沉积，且可见光透光率可大于80 %。其以相对高的迁移率，高透光率以及低温生长等优点，在工业界和学术界都取得了极大关注，并迅速应用于显示器当中。但是目前氧化物半导体有四个方面的问题制约了其进一步在可穿戴电子，智慧医疗，柔性显示，物联网等方面的发展，一是缺乏高频整流器件来处理无线传输信号，目前日常使用的主要频率为13.56 MHz射频信号频率，800 MHz左右的2G手机通讯频率，2.45 GHz的无线及蓝牙信号频率以及最高5 GHz的4G手机通讯频率，缺少在相应频率工作的器件，使氧化物半导体器件无法进行无线信息通讯；二是缺少高性能p型氧化物半导体用于互补型集成电路，限制了其在数据处理方面的能力；三是缺乏低功率薄膜半导体器件用于未来的无线物联网系统；四是缺乏高性能的新型薄膜三极管来扩宽氧化物半导体的应用领域。本课题组针对以上问题，实现了目前工作频率最高的柔性氧化物半导体整流器件（>2.45 GHz）和工作频率高于1 GHz的氧化物半导体三极管（Nat. Commun. 6, 7561, 2015; IEEE Trans. Electron Devices 65，1377, 2018），并首次提出了薄膜肖特基二极管的工作原理及理论基础，填补了块体材料与二维材料之间的研究空白（ACS Appl. Electron. Mater. 2019, doi: 10.1021/acsaelm.9b00324, Accepted）；同时，课题组在p型氧化物半导体领域进行了详细的研究，对其载流子传输机理和带间缺陷性质有了深入理解（Appl. Phys. Lett. 108, 263503， 2016），并首次展示了基于氧化物半导体大规模互补型集成电路(IEEE Trans. Electron Devices 66，950, 2019)；课题组使用固体电解质和阳极氧化方法实现了1 V工作的氧化物薄膜三极管（Sci. Rep. 7, 809， 2017； IEEE Electron Device Lett. 39, 3, 375, 2018）；最近，课题组还提出了一种氧化物半导体源栅三极管（Source-gated transistor）新概念器件，使单个薄膜三极管的本征增益达到目前世界最高的29，000，远超传统三极管2-3个量级（PNAS 116, 4843, 2019），可用于下一代高分辨率显示器与生物传感器中。 2. 基于二维材料的太赫兹探测器、发生器、与能源采集器。   石墨烯是世界上首个制备出的二维材料，它的发现改变了整个半导体和材料领域，并且使其发现者，曼彻斯特大学Geim教授和Novoselov教授于2010年共同获得诺贝尔物理学奖。石墨烯的迁移率在室温条件下可以达到200,000 cm2/Vs以上，具有非常优异的电学性质。然而，作为半导体，其最大的缺点是没有禁带，这制约了其在传统半导体器件中的应用。因此，只有提出新型器件结构才能发挥石墨烯的优异特性。弹道整流器是一种基于载流子弹道输运的全波整流器件，其工作原理不基于势垒也不需要禁带，它的工作频率直接取决于载流子的迁移率。因此石墨烯非常适合用于弹道整流器。且由于其特殊的二维结构，石墨烯弹道整流器会具有非常低的寄生电容，从而能工作于太赫兹频段，并应用于太赫兹探测器中，填补从微波到可见光频段的“太赫兹空白”。目前，在室温条件，课题组在低频信号下使用石墨烯弹道整流器实现了世界上最高的响应率（23,000 V/W），并且达到了最低的等效噪声功率（0.64 pW/Hz1/2），类似的工作参数目前只有超低温超导热辐射仪才能达到（Nat Commun 7, 11670, 2016）。在整合了天线之后，实验中石墨烯整流器件被证实可以工作在0.45 THz以上，并且成功实现了室温下的太赫兹成像(Nano Letters. 17, 11, 7015， 2018)。本课题组同时首次研究了基于石墨烯的自开关二极管(self-switching diode)桥式整流器，未来也可用于太赫兹探测（Nanotechnology 30, 364004, 2019）。 科研项目： 1. 山东大学齐鲁青年学者项目 2. 山东省省级青年学者计划项目 3. 山东大学晶体材料实验室研究课题项目 招生招聘： 本课题组每年计划招收1-2名博士研究生，2-3名硕士研究生，欢迎具有微电子、物理、材料、化学等相关背景的同学报考。课题组长期与国内外顶尖高校/科研院所合作，优秀者可推荐加盟并进一步深造。有意加盟本课题组的同学请发送简历、成绩单以及科研成果等证明至Jiawei.Zhang@sdu.edu.cn。   代表性论文和专利： 目前发表论文40余篇，其中包括Nature Communications，PNAS，Nano Letters，Carbon，APL，IEEE EDL等国际主流期刊。 代表性论文如下：  1.    Brownless, J.#, J. Zhang#, A. Song, Graphene ballistic rectifiers: Theory and geometry dependence. Carbon, 2020.168: p.201 DOI: 10.1016/j.carbon.2020.06.058 （共同一作） 2.    Zhang, J.#, J. Wilson#, G. Auton, Y. Wang, M. Xu, Q. Xin, and A. Song, Extremely high-gain source-gated transistors. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2019: p. 201820756 DOI: 10.1073/pnas.1820756116 （共同一作） 3.    Zhang, J., J. Brownless, and A. Song, Graphene bridge rectifier based on self-switching diode arrays. Nanotechnology, 2019. 30(36): p. 364004 DOI: 10.1088/1361-6528/ab25fd. 4.    Zhang, J., L. Zhang, X. Ma, J. Wilson, J. Jin, L. Du, Q. Xin, and A. Song, Low-frequency noise properties in Pt-indium gallium zinc oxide Schottky diodes. Applied Physics Letters, 2015. 107(9): p. 093505 DOI: 10.1063/1.4930019. 5.    Zhang, J., X. Kong, J. Yang, Y. Li, J. Wilson, J. Liu, Q. Xin, Q. Wang, and A. Song, Analysis of carrier transport and band tail states in p-type tin monoxide thin-film transistors by temperature dependent characteristics. Applied Physics Letters, 2016. 108(26): p. 263503 DOI: 10.1063/1.4955124. 6.    Zhang, J., H. Wang, J. Wilson, X. Ma, J. Jin, and A. Song, Room Temperature Processed Ultrahigh-Frequency Indium-Gallium–Zinc-Oxide Schottky Diode. IEEE Electron Device Letters, 2016. 37(4): p. 389-392 DOI: 10.1109/led.2016.2535904. 7.    Zhang, J., J. Yang, Y. Li, J. Wilson, X. Ma, Q. Xin, and A. Song, High Performance Complementary Circuits Based on p-SnO and n-IGZO Thin-Film Transistors. Materials, 2017. 10(3) DOI: 10.3390/ma10030319. 8.    Zhang, J., Q. Xin, and A. Song, High performance Schottky diodes based on indium-gallium-zinc-oxide. Journal of Vacuum Science & Technology A, 2016. 34(4): p. 04C101 DOI: 10.1116/1.4945102. 9.    Zhang, J., Y. Li, B. Zhang, H. Wang, Q. Xin, and A. Song, Flexible indium-gallium-zinc-oxide Schottky diode operating beyond 2.45 GHz. Nature Communications, 2015. 6: p. 7561 DOI: 10.1038/ncomms8561. 10.    Auton, G., J. Zhang, R.K. Kumar, H. Wang, X. Zhang, Q. Wang, E. Hill, and A. Song, Graphene ballistic nano-rectifier with very high responsivity. Nature Communications, 2016. 7 DOI: 10.1038/ncomms11670. 11.    Pan, K., Y. Fan, T. Leng, J. Li, Z. Xin, J. Zhang, L. Hao, J. Gallop, K.S. Novoselov, and Z. Hu, Sustainable production of highly conductive multilayer graphene ink for wireless connectivity and IoT applications. Nature Communications, 2018. 9(1): p. 5197 DOI: 10.1038/s41467-018-07632-w. 12.    Auton, G., D.B. But, J. Zhang, E. Hill, D. Coquillat, C. Consejo, P. Nouvel, W. Knap, L. Varani, F. Teppe, J. Torres, and A. Song, Terahertz Detection and Imaging Using Graphene Ballistic Rectifiers. Nano Letters, 2017. 17(11): p. 7015-7020 DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b03625. 13.    Wilson, J., J. Zhang, and A. Song, Analytical Theory of Thin-Film Schottky Diodes. ACS Applied Electronic Materials, 2019. 1(8): p. 1570-1580 DOI: 10.1021/acsaelm.9b00324.   联系方式： 电子邮箱：Jiawei.Zhang@sdu.edu.cn 办公室：山东大学软件园校区3-B教研楼318室