[發明專利]基于晶格偶極子與載流子相互作用調節電傳輸性能的方法

有效

• 申請號: 201710429845.6
• 申請日: 2017-06-09
• 公開（公告）號: CN107316799B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 陳吉堃;姜勇;徐曉光;苗君;吳勇;孟康康
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

1.一種基于晶格偶極子與載流子相互作用調節電傳輸性能的方法，其特征在于，通過在重摻雜半導體材料中引入晶格偶極子，利用偶極子與重摻雜半導體材料中的載流子的相互作用控制材料電導率、載流子濃度、載流子遷移率載流子電輸運性能；在此基礎上,通過改變溫度、光觸發外加條件對載流子與偶極子的庫倫作用程度，從而在不改變材料組分的前提下通過外界條件實現對重摻雜半導體材料電傳輸性能的調節；

所述重摻雜半導體材料具有兩個特點：1)在使用條件下具有電荷非中心對稱晶體結構；2)通過元素摻雜方法使材料具有一定的電子或空穴載流子,載流子濃度在室溫下大于等于10¹⁹cm^-3；

所述晶格偶極子與載流子相互作用為晶格偶極子正電荷中心對電子的庫侖吸引,對孔穴的庫侖排斥作用；晶格偶極子負電荷中心對電子的庫侖排斥,對孔穴的庫侖吸引作用；

所述具有電荷非中心對稱晶體結構與一定載流子濃度的重摻雜半導體材料體系選擇以下材料體系：

1)、晶格畸變電子摻雜鈦酸鍶，A_ySr_1-yTi_1-xB_xO_3±δ(0≤x≤0.8；0≤y≤0.8；0≤δ≤1)，上式中Sr,Ti,O分別代表鍶、鈦、氧元素；A代表正3價或正2價摻雜元素，取代Sr的晶格位置；B為正4價、正5價或正6價摻雜元素；A元素選擇：Mg、Ca、Ba、Al、Ga、In、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Fe；B選擇Zr、Sn、Ge、Pb、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W；所述取代原子用一種元素取代或多種元素同時取代；所述晶格畸變指晶包的晶體結構不同于熱力學穩定的鈦酸鍶立方晶包結構，通過施加外界條件出發或通過元素取代摻雜實現；所述電子摻雜通過元素摻雜或施加極化電場或磁場引起電荷富集實現；

2)、電子摻雜鈦酸鉛：A_yPb_1-yTi_1-xB_xO_3±δ(0≤x≤0.8；0≤y≤0.8；0≤δ≤1)，上式中Pb,Ti,O分別代表鉛、鈦、氧元素；A代表正3價或正2價摻雜元素，取代鉛的晶格位置；B為正4價、正5價或正6價摻雜元素；A元素選擇Mg、Ca、Ba、Al、Ga、In、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Fe；B選擇Zr、Sn、Ge、Pb、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W；所述電子摻雜通過元素摻雜或施加極化電場或磁場引起電荷富集實現；

3)、電子摻雜鈦酸鋇：A_yBa_1-yTi_1-xB_xO_3±δ(0≤x≤0.8；0≤y≤0.8；0≤δ≤1)，上式中Ba,Ti,O分別代表鋇、鈦、氧元素；A代表正3價或正2價摻雜元素，取代鋇的晶格位置；B為正4價、正5價或正6價摻雜元素；A元素選擇Mg、Ca、Ba、Al、Ga、In、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Fe；B元素選擇Zr、Sn、Ge、Pb、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W；所述電子摻雜通過元素摻雜或施加極化電場或磁場引起電荷富集實現；

4)、摻雜氧化鋅：A_xZn_1-xO_1-yB_y(0≤x≤0.8；0≤y≤1.5)，上式中Zn,O分別代表鋅、氧元素；A代表正3價或正5價摻雜元素，取代鋅的晶格位置；A元素選擇Al、Ga、In、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Fe、Sb；B元素選擇F、N，取代氧的晶格位置；所述摻雜通過元素摻雜或施加極化電場或磁場引起電荷富集實現。

2.如權利要求1所述一種基于晶格偶極子與載流子相互作用調節電傳輸性能的方法，其特征在于，對于晶格畸變電子摻雜鈦酸鍶中Ti⁺→O^-極化子中Ti對材料中的自由電子有吸引作用，而O對自由電子有排斥作用；對于電子摻雜鈦酸鋇中Ti⁺→O^-極化子中Ti對材料中的自由電子有吸引作用，而O對自由電子有排斥作用。