基于石墨烯衬底van der Waals薄膜气-液-固外延生长的高质量氧化锌制备

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61604062
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    19.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0401.半导体材料
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Due to the lattice mismatch and difference of coefficient of thermal expansion between epilayer and substrate, the epitaxial films suffered from strains, resulting in the formation of high concentration of defects, which greatly hindered the development of semiconductor doping and the improvement of devices performance. In this research project, van der Waals epitaxy was proposed to grow high-quality defect-free ZnO films. It was found that only a weak van der Waals interaction exists at the ZnO/substrate interface that cannot cause the mismatch-induced strain in the van der Waals epitaxy, which helped lower the formation of dislocations and point defects in the ZnO epilayers. Owing to its superior properties, graphene was used as substrate in the experimental. Before growth, zinc and polycrystalline layers were pre-deposited in sequence to prevent graphene layer being destroyed by oxygen and to facilitate two dimensional growth. This research project will explore the mechanism of the initial nucleation and the film formation, and the growth kinetics with the assistance of first principle calculations. Our goal is to obtain high-quality strain-free ZnO epilayers with ultralow concentration of dislocations and point defects. With these solid cornerstones, stable and reproducible p-type ZnO materials, and furthermore, development of flexible graphene-based semiconductor microelectronic and optoelectronic devices, will have more chance.
常规外延生长模式中由于晶格失配和热失配作用,导致外延薄膜出现应变并因此形成大量缺陷,严重制约半导体掺杂技术和光电器件性能的提升。本项目提出采用新型van der Waals外延生长模式(范式生长)制备高质量ZnO薄膜。范式生长中ZnO与衬底界面处只存在范德瓦耳斯力作用,这种弱作用力不会造成薄膜内出现由失配引起的应变,有效减少缺陷的形成。我们选择石墨烯作为衬底材料,采用薄膜气-液-固生长方法克服石墨烯材料在氧气气氛下易被破坏难题,并通过预沉积覆盖层保证ZnO以二维薄膜形态生长。本项目将结合第一性原理计算,探索ZnO薄膜材料在石墨烯表面的成核机理和成膜机制,弄清ZnO薄膜生长的动力学过程,并在此基础上优化生长工艺参数,制备出高质量无应变、低缺陷密度的ZnO单晶薄膜。研究结果将为解决p型ZnO材料难题、提升光电器件工作性能提供前提条件,同时为发展石墨烯基柔性微电子、光电子器件技术打下坚实的基础。

结项摘要

常规外延生长模式中由于晶格失配和热失配作用,导致外延薄膜出现应变并因此形成大量缺陷,严重制约半导体掺杂技术和光电器件性能的提升。本项目提出采用新型van der Waals外延生长模式,利用石墨烯材独特的表面性质,避免和消除外延生长这ZnO/石墨烯界面的热应力,制备高质量ZnO薄膜。本项目研究内容包括探索ZnO薄膜材料在石墨烯表面的成核机理和成膜机制,弄清ZnO薄膜生长的动力学过程,在此基础上优化生长工艺参数,制备出高质量无应变、低缺陷密度的ZnO材料。研究发现,在石墨烯表面形成较强的C-O键及O在石墨烯表面可以进行无势垒的迁移,是ZnO成核的基础。同时,研究还发现在石墨烯表面形成的C-O-Zn结构可以转换为热力学更加稳定的graphene/ZnO结构,是形成范德瓦尔斯外延生长获得高质量ZnO的前提。利用CVD方法,获得了高质量的ZnO微米线阵列。本项目研究成果为发展高质量半导体薄膜材料的外延生长提供借鉴,为发展石墨烯基微电子、柔性光电子器件技术打下坚实的基础。在本项目的资助下,项目负责人及成员还开展了钙钛矿材料微纳激光器件、氮掺杂石墨烯材料等制备及应用等方面的研究工作。在本项目的资助下,发表SCI学术论文6篇。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Fluorination of graphene oxide at ambient conditions
氧化石墨烯在环境条件下的氟化
  • DOI:
    10.1016/j.diamond.2018.11.010
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Diamond and Related Materials
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Yuan Liu;Jia-Ni Chen;Xiang Li;Yu-Ting Shi;Ming-Ming Chen;Dawei Cao
  • 通讯作者:
    Dawei Cao
The naked-eye NH3 sensor based on fluorinated graphene
基于氟化石墨烯的裸眼NH3传感器
  • DOI:
    10.1016/j.snb.2018.11.018
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Sensors and Actuators B: Chemical
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yuan Liu;Tian-Tian Shi;Tao Chen;Wei-Jia He;Ming-Ming Chen;Dawei Cao
  • 通讯作者:
    Dawei Cao
Mutual modulation of F-distribution and N-configuration in F and N dual-functionalized graphene
F、N双功能化石墨烯中F分布和N构型的相互调节
  • DOI:
    10.1016/j.apsusc.2018.09.245
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Applied Surface Science
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Liu Yuan;Shen Peng;Feng Lai-he;Wu Yan;Chen Ming-ming;Sun Yuan-yuan;Feng Qian;Cao Dawei
  • 通讯作者:
    Cao Dawei
Synergistical Dual Strategies Based on in Situ-Converted Heterojunction and Reduction-Induced Surface Oxygen Vacancy for Enhanced Photoelectrochemical Performance of TiO2
基于原位转换异质结和还原诱导表面氧空位的协同双重策略增强 TiO2 的光电化学性能
  • DOI:
    10.1021/acsami.9b12537
  • 发表时间:
    2019-10-09
  • 期刊:
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    He, Yanfang;Wang, Peipei;Yan, Xiaohong
  • 通讯作者:
    Yan, Xiaohong
Lasing behaviors in solution processed all-inorganic CsPbBr3 perovskite microsized crystals
溶液加工的全无机 CsPbBr3 钙钛矿微晶晶体中的激光行为
  • DOI:
    10.1016/j.optcom.2019.124354
  • 发表时间:
    2019-12-15
  • 期刊:
    OPTICS COMMUNICATIONS
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Shen, Xuemin;Chen, Mingming;Xu, Chunxiang
  • 通讯作者:
    Xu, Chunxiang

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其他文献

溴素改性ESP飞灰脱汞机理的实验研究
  • DOI:
    10.13334/j.0258-8013.pcsee.161588
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中国电机工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈明明;段钰锋;李佳辰;周强;柳帅;刘猛
  • 通讯作者:
    刘猛
家蝇抗真菌肽衍生物 MAF - 1C 抗白色念珠菌活性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    生物技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈明明;王涛;林小金;胡红元;罗振华;吴建伟
  • 通讯作者:
    吴建伟
陶瓷基与碳/碳复合材料拉伸性能试验研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    硅酸盐通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王浩伟;张大旭;陈明明
  • 通讯作者:
    陈明明
城市轨道交通列车开行方案的优化理论及方法
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国铁道科学
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    --
  • 作者:
    牛惠民;陈明明;张明辉
  • 通讯作者:
    张明辉
极性蛋白Par3在小鼠胚胎着床子宫内膜中的表达
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    国际生殖健康/计划生育杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈明明;徐望明;肖卓妮
  • 通讯作者:
    肖卓妮

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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