[00137716]多元氧化物电子薄膜材料的结构可控生长及性能研究

本项目属于电子信息技术、材料科学的基础电子功能材料、理论和器件方向。本项目作为国家自然科学基金杰出青年科学基金项目，研究了多元氧化物电子薄膜材料的生长动力学机理与界面应力释放规律，揭示了生长行为与界面应力对薄膜微结构以及电性能的影响规律，提出通过合理选择薄膜和衬底的失配度来调整应力的影响，实现对界面应力的控制，有效地控制和改善了铁电薄膜、介电薄膜和热释电薄膜的微结构和性能。　　本项目以具有铁电、介电、热释电等特性的功能氧化物材料为研究对象，针对薄膜生长基本机理、界面控制以及对性能的作用等基础理论和关键技术问题，利用激光分子束外延和磁控溅射等薄膜制备技术，研究了在不同的工艺条件下氧化物薄膜的层状、层岛混合和岛状生长模式。并在优化的生长条件，实现了对薄膜生长模式的有效控制，绘制出SrTiO3等薄膜生长模式图谱，发现并提出了氧化物薄膜单胞生长动力学模型，即薄膜生长的主要单元是以Ti-O八面体为主体的单原胞基团。在此基础上，系统地研究了薄膜生长异质界面应力释放行为和对结构性能的影响。通过合理选择薄膜和衬底的失配度来调整应力的影响，实现对界面应力的控制，有效地控制和改善了铁电薄膜、介电薄膜和热释电薄膜的微结构和性能。本项目从氧化物薄膜材料的生长机理、材料的微结构控制、性能提高和薄膜原型器件的制备几个方面做了系统的探索性研究，对氧化物电子薄膜的应用具有重要意义。　　以上研究成果获得国际学术界的关注和认同，发表SCI论文137多篇，SCI引用次数达到370多次，申请国家发明专利10项。总之，本项目从理论和实验上揭示了氧化物电子薄膜的生长规律，以及对微观结构与电学性能的作用，可以通过界面结构的设计实现对薄膜结构与性能的控制，这将对已有和新型电子信息功能器件的研发产生深远的影响，对于促进我国在信息科学和氧化物功能器件的研发具有重要科学价值。