材料学院本科生在国际权威期刊发表研究成果

刊发文章（部分）

Ag/Al球壳阵列（A）p-n结结构和测试示意图和（B）室温下的I-V曲线，插图为局部放大

李志刚教授（中）与李季腾（右）、周雍瑞（左）同学

近日，我校材料学院2020级材料物理专业学生李季腾、周雍瑞，在学院李志刚教授指导下，于国际上首次基于金属纳米阵列合成具有半导体特性的p-n结。研究论文Near Zero-threshold Voltage P-N Junction Diodes Based on Super-semiconducting Nanostructured Ag/Al Arrays，以16877太阳集团为第一单位，在国际权威期刊Advanced Materials（IF：32.086）发表。

半导体器件是生活中最常见的耗能器件之一，功耗也是制约半导体芯片性能提升的关键瓶颈之一。与传统半导体相比，金属在相同电流下通常功耗更低，但因金属中自由电子数量较多，较难制备出完全基于金属的功能器件，如p-n结二极管、晶体管和芯片等。近年来，李志刚教授团队和美国特拉华大学魏秉庆教授紧密合作，首次发现双金属纳米球壳阵列呈现超低电阻率的半导体输运行为，并成功构建了纯金属纳米阵列的P-N结二极管。团队通过胶体晶体模板刻蚀，利用磁控溅射构筑了Ag/Al双金属球壳结构（其中Ag为等离子共振层，Al为电子输运层）。同时，在衬底上沉积一层Ag薄膜，以防止球壳阵列和硅衬底之间形成肖特基接触。与传统半导体p-n结相比，基于金属等离子共振的p-n结有两大优势：①超低功耗。在Ag/Al双金属p-n结中，可以实现近零开启电压，从而实现超低功耗的p-n结二极管。如工作电压为1V时，Ag/Al阵列功耗约为3瓦/万亿个二极管；当工作电压为0.1V时，功耗约为30 毫瓦/万亿个二极管。与现有Intel单一功能器件相比，功耗降低3个数量级。②高击穿场。基于等离子共振光吸收产生的内建电场，可以使p-n结二极管的击穿场高达1.1×10⁶V/cm, 与SiC和GaN同一个数量级。（相关链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202210612）

学院高度重视学生科研能力提升，鼓励学生深度融入教师科研团队，输出科研成果。据统计，2022年度材料学院学生以第一作者或参与发表SCI 1区及Top刊论文6篇。