作者:Kena Yang, Tao Zhang et.al 来源:Nature Communications 发布时间:2020/5/27 10:32:45
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高绝缘新型超薄氧化锑单晶制备策略|Nature Communications

论文标题:Ultrathin high-κ antimony oxide single crystals

期刊:Nature Communications

作者:Kena Yang, Tao Zhang et.al

发表时间:2020/05/19

数字识别码:10.1038/s41467-020-16364-9

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具有高介电常数的超薄氧化物在电子器件中具有诱人的应用前景。目前,超薄氧化物的实际应用受制于高质量超薄单晶的制备,已报道的研究多限于非晶或多晶氧化物薄膜的合成,而非晶或多晶氧化物膜往往存在缺陷和界面态,尤其是在当氧化物厚度较小时,容易导致漏电,所以发展普适的超薄氧化物单晶制备策略很有必要。

武汉大学付磊教授与葡萄牙国际伊比利亚纳米技术实验室王中长教授的团队合作,于近期在Nature Communications上发表题为“Ultrathin high-κ antimony oxide single crystals”的研究论文,这项工作发展了一种以再固化的液态银为基底的缓冲控制策略,实现了新型超薄高介电常数氧化锑单晶的制备,提供了一种制备超薄氧化物单晶的普适方法。

图1. 超薄单晶氧化锑的制备示意图及其绝缘性能

本研究以再固化的液态银作为生长基底,将过量的锑前驱体缓冲在基体中,这个过程对表面锑的完全氧化和超薄氧化锑单晶的后续生长起到关键作用。随着进一步的探究,研究团队通过同步辐射掠入射X射线衍射技术发现所获得的氧化锑单晶具有类β相锑烯的晶体结构,结合结构解析拟合得到其锑氧元素比为1:1.93(即SbO1.93)。同时,对于这样新奇的结构,研究团队对于其绝缘性能进行了探索,发现该结构具有高达100的介电常数。相较于在二维电子器件中常用的绝缘层材料(例如h-BN与HfO2等),该氧化锑单晶有着可观的绝缘性能,为未来电子和光电子器件微型化的发展注入了新的血液。

在这项工作中,研究团队还对基于银基底的缓冲控制策略的普适性进行了拓展,发现该策略同样也适用其他超薄氧化物单晶的制备(例如:氧化锡,氧化锗与氧化铋),为进一步发展超薄二元氧化物单晶的制备策略提供了新思路。

摘要:Ultrathin oxides have been reported to possess excellent properties in electronic, magnetic, optical, and catalytic fields. However, the current and primary approaches toward the preparation of ultrathin oxides are only applicable to amorphous or polycrystalline oxide nanosheets or films. Here, we successfully synthesize high-quality ultrathin antimony oxide single crystals via a substrate-buffer-controlled chemical vapor deposition strategy. The as-obtained ultrathin antimony oxide single crystals exhibit high dielectric constant (~100) and large breakdown voltage (~5.7 GV m−1). Such a strategy can also be utilized to fabricate other ultrathin oxides, opening up an avenue in broadening the applicaitons of ultrathin oxides in many emerging fields.

(来源:科学网)

 
 
 
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