半導(dǎo)體材料是有源器件的基礎(chǔ)，而功能氧化物功能材料在無(wú)源電子器件中有重要和廣泛的應(yīng)用.然而半導(dǎo)體和功能氧化物功能材料的復(fù)合薄膜的制備往往涉及異質(zhì)和異構(gòu)的界面耦合，使薄膜的生長(zhǎng)方向經(jīng)常發(fā)生轉(zhuǎn)變.這種轉(zhuǎn)變的詳細(xì)機(jī)制尚未充分探討.

(a)和(b)掃描透射電鏡圖;(c)和(d)原子模型.圖1 六方ZnO 與立方MgO的界面原子結(jié)構(gòu)[3]

王惠瓊教授的課題方向側(cè)重于研究氧化物的界面物理[1]，特別是具有六方結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體ZnO和具有立方結(jié)構(gòu)的氧化物之間的界面耦合行為，以及可能形成的新型物理性質(zhì)和材料性能[2].近期，廈門(mén)大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院王惠瓊教授、鄭金成教授和美國(guó)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室朱溢眉教授為共同通訊作者的合作研究成果 “Interfaces between hexagonal and cubic oxides and their structure alternatives”在《Nature Communications》 上發(fā)表[3].該研究詳細(xì)闡述了極性和非極性六方ZnO薄膜在同一立方體襯底上進(jìn)行調(diào)控制備的生長(zhǎng)機(jī)制和界面物理性質(zhì)(圖1).通過(guò)使用先進(jìn)的掃描電鏡、X射線衍射和第一原理計(jì)算，探究具有六方結(jié)構(gòu)的ZnO薄膜在具有立方結(jié)構(gòu)的(001)MgO晶面上的異質(zhì)外延生長(zhǎng)機(jī)制，揭示了兩種不同的界面模型(001)ZnO/(001)MgO和(100)ZnO/(001)MgO.研究發(fā)現(xiàn)，兩種結(jié)構(gòu)之間的轉(zhuǎn)變：從熱力學(xué)的角度，受到成核模型的影響；從動(dòng)力學(xué)的角度，則在發(fā)生相變后，由Zn吸附和O擴(kuò)散行為進(jìn)行調(diào)控.

這項(xiàng)研究不僅可以指導(dǎo)具有不同晶相的界面耦合，也在相同的立方襯底上實(shí)現(xiàn)了極性和非極性六角形的ZnO薄膜的可調(diào)控生長(zhǎng),對(duì)不同對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的功能材料的界面集成具有指導(dǎo)意義;并且通過(guò)可控生長(zhǎng)的設(shè)計(jì)，有助于進(jìn)一步拓展ZnO作為第三代寬禁帶半導(dǎo)體的應(yīng)用領(lǐng)域.