中国科学院固体物理研究所材料应用技术研究室研究方向以半导体薄膜、热电、储能、高阻尼、超轻多孔（泡沫）金属及单晶等特殊结构及功能材料的设计、制备与应用为主要研究方向

研究小组一、半导体功能材料及器件的设计与制备⒈学术带头人：王玉琦（研究员、博士生导师、中国科学院“百人计划”入选者）⒉近期主要研究工作进展⑴宽禁带半导体材料与稀磁半导体材料的制备与物性研究通过对衬底温度、As/Ga束流比等参数的实验考察，发现稀磁半导体材料GaMnAs单晶薄膜在约250℃生长时，可得到较高质量的单晶薄膜，其反射式高能电子衍射（RHEED）图为明显的再构图样

衬底温度或Mn源温度过高，都会形成MnAs多晶，不利于GaMnAs单晶的形成

利用霍尔测试方法对材料载流子浓度、电阻率及载流子迁移率等电性质进行了研究

结果表明，在GaMnAs材料中存在MnGa-MnI反铁磁耦合作用及Mn杂质引起的局域磁矩，退火处理可使铁磁性增强

在260℃以下，载流子迁移率随退火温度升高而增加，但退火温度过高，则使载流子浓度下降，这是因为此时Mn离子不再提供载流子，而是形成了MnGa、MnAs等磁性第二相

通过测量Mn电子由2p到3d跃迁的X射线吸收谱及输运性质，证明合适的退火处理可提高代位Mn原子的浓度，从而可改善材料的输运性质

⑵GaN基整流器件的设计与制作研究出制备宽禁带半导体器件所需的等离子体化学气相沉积系统、高密度等离子体反应离子刻蚀系统、超高真空磁控溅射靶、霍尔型离子源等关键装备，解决了现有设备存在的不足或空缺，为相关材料的制备研究提供了基本保证

对GaN半导体器件制备工艺进行了系统研究

通过对比实验和分析，获得了有关光刻、氮化硅介质膜沉积与刻蚀、金属化等主要工艺的优化技术参数，这些参数对制备高质量GaN半导体器件具有重要的参考价值

研究了AlGaN/GaN异质结制备欧姆接触和肖特接触的方法

通过不同的等离子体处理、热处理或腐蚀处理，使金属膜与GaN欧姆接触电阻显著下降，肖特接触势垒高度显著上升，为提高异质结质量奠定了良好的基础

探索了AlGaN/GaN异质结材料制作肖特基势垒二极管的方法

通过理论分析和实验研究，研制出横向带有场板结构的异质结整流器件，该器件主要性能指标达到了很高的水平

⑶氮化镓中持续光电导相关的深能级缺陷研究对分子束外延生长的GaN持续光电导谱进行了研究

通过考察入射光波长、强度及温度对光生电流衰减的影响，以及对持续光电导谱的分析，发现光生电流衰减不符合扩展指数公式和双指数公式，而光生电流衰减对剩余载流子的依赖性则说明点缺陷模型也不适用

因此，作者提出了一个新的模型即扩展缺陷模型，证明分子束外延生长GaN的持续光电导现象与扩展缺陷有关

该模型与实验结果吻合得很好

提出了一种测量GaN深能级缺陷光离化截面的方法，利用该方法测量了光离化截面随温度和入射光子能量的变化规律，发现引起GaN产生持续光电导现象的扩展缺陷具有类似DX中心的双稳性质，扩展缺陷电子态与声子态存在较强的耦合作用

二、新型热电材料及储能技术⒈学术带头人：秦晓英（研究员、博士生导师、中国科学院“百人计划”入选者）⒉近期主要研究工作进展⑴热电材料研究：对MxTiS2夹层化合物体体系、Mg3Sb2/Mg3Bi2和Zn4Sb3金属间化合物合金体系，以及Ca3Co4O9、YCoO3氧化物体系等材料的热电性能进行了探索和研究，取得的主要进展如下：（a）针对TiS2具有准二维结构的特点，提出将重金属和稀土元素引入其范德瓦尔斯层，利用其与主体弱耦合的特性，产生原子低频振动，散射传热声子，从而使其热导率下降

实验结果证明，将重金属Bi和稀土元素Nd、Gd等引入TiS2范德瓦尔斯层后，热导率大大降低，热电性能得到显著提高

（b）在Zn4Sb3体系的研究中，通过改进制备方法，成功实现了Al、Ga、In等元素原子对Zn原子的替代掺杂

结果表明，适量的Al和Ga元素掺杂，可明显提高Zn4Sb3体系室温以上的热电性能，而Ga和In的替代掺杂则能有效抑制Zn4Sb3的β－α相变

（c）通过Ca等元素替代YCoO3中的Y，可以明显提高其热电性能

⑵纳米材料研究：成功制备出高致密（相对密度98%）、超细微结构的 NiFe/Al2O3复合材料体系

通过对不同NiFe合金成分和不同合金含量的研究发现，该复合材料体系的韧性随合金含量的提高而提高，断裂强度在合金含量为5vol.%时达到最大

最为重要的是，在Al2O3基体中引入铁磁性的γ-Ni-Fe后，体系呈现铁磁性，其饱和磁化率随合金含量的提高线性增大

这种兼有良好机械性能和磁性能的复合材料在未来机械与电子工业领域具有重要的应用价值

三、高阻尼及金属多孔材料⒈学术带头人：韩福生（研究员、博士生导师）⒉近期主要研究工作进展⑴与CuAlNiMnTi形状记忆合金马氏体相变相关的内耗现象：（a）双峰现象：通过不完全逆相变法，在CuAlNiMnTi形状记忆合金热弹性马氏体相变中发现了两个内耗峰

其中低温内耗峰表现出宽而平缓的性质，对应于相对动力学模量的最小值，峰位与频率的关系不明显，当频率增加约两个数量级时，该内耗峰仅向高温移动几度；高温内耗峰表现出窄而尖锐的性质，对应于相对动力学模量的拐点，其峰位与频率无关

如果将高温峰的最大值和相对动力学模量的最小值相对于频率的对数作图，则可以看到一个由高温峰最大值组成的峰形分布，该分布对频率峰的最大值是对称的

在这个频率谱上，内耗频率峰与相对动力学模量最小值曲线有良好的对应关系

该频率峰的半宽度比Debye峰的大，它是一个具有弛豫时间分布的连续谱

因此，可以认为低温内耗峰是一个新内耗峰，该内耗峰对时间的依赖性较强，它起因于热弹性马氏体相变时相界面粘滞运动所引起的软模效应

与频率谱上的低温内耗峰的变化趋势不同，高温内耗峰的最大值在测量频率范围内与频率成反比，这一结果与Belko和Delorme模型一致

高温内耗峰通常只出现在非热弹性合金中，与软模效应无关，因此归因于相界面上原子协同式剪切位移所引起的相界面的法向迁移

到目前为止，在热弹性马氏体相变的形状记忆合金中尚未发现过

（b）反常内耗峰现象：在CuAlNiMnTi形状记忆合金逆马氏体相变中发现了反常内耗峰现象，即当测量频率较低时，在该相变过程中出现了“负”内耗现象

初步分析后认为，该现象缘于马氏体变体和正、负损耗弹性模量的相互作用

⑵超轻型泡沫金属制备技术：超轻型泡沫金属是一种结构-功能一体化材料，其中开孔型超轻型泡沫铝在催化剂载体、传热、吸波及缓冲等领域有广泛的应用前景

经过多年的研究，中国科学院固体物理研究所在熔体发泡法、渗流法及粉末烧结法等制备工艺的研究方面均取得了一定的进展，并发展了一些新方法和新技术，在国内外享有较高的声誉

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