我系方志来教授团队在国际上首次成功制备了具有高电子迁移率和开关比的超薄单晶（010）β-氧化镓纳米片

    我系方志来教授研究组在国际上首次成功地制备了生长取向可控的超薄单晶（010）β-氧化镓纳米片。其研究结果以“Nanowire-Seeded Growth of Single-Crystalline (010) β-Ga₂O₃ Nanosheets with High Field-Effect Electron Mobility and On/Off Current Ratio”为题，于2019年4月10日在《Small》上在线发表（DOI: 10.1002/smll.201900580；2019年即时影响因子为10.6）。             

    β-氧化镓作为一种新型超宽禁带氧化物半导体具有高介电常数、高击穿电场、良好的热稳定性和化学稳定性、优异的电学和光学性能，在紫外透明电极、高温气体传感器、日盲探测器和功率电子器件应用中具有巨大潜力。超薄β-氧化镓纳米片可用于制备高电流密度、高开关比、低亚阈值摆幅的场效应晶体管和快速反应、强光响应能力的日盲探测器。遗憾的是，已报道的β-氧化镓纳米片生长方向不可控、晶体质量一般，很难用于相关器件制备。现阶段，国际上通常采用机械剥离的方法来获得可裂解的（100）或（001）面的β-氧化镓纳米片并用于原型器件制备，获得的纳米片的厚度通常在100 nm以上。

    我系方志来教授研究组巧妙地利用氮化镓纳米晶外延取向可控的单晶（-201）β-氧化镓纳米线，再以该纳米线为籽晶，在其侧面上分层同质外延单晶（010）β-氧化镓纳米片（如图所示）。研究人员在（010）单晶β-氧化镓纳米片上制备的场效应晶体管具有38 cm²/V×s的场效应电子迁移率，10⁷的电流开关比，和150 mV/dec的平均亚阈值摆幅。这些器件结果也是目前已报道的相同条件下的最好水平之一。这种从纳米线到纳米片的分层生长技术为单晶纳米片的可控生长提供了一种新方法，这对纳米材料制备和纳米电子学研究具有重要的借鉴意义。相关技术已申请3项发明专利。

    该研究工作是方志来教授课题组和上海大学张统一院士、厦门大学康俊勇教授和复旦大学刘冉教授课题组合作完成的。复旦大学为论文的第一单位，吴征远和蒋卓汛为论文的共同第一作者，方志来为论文的通讯作者。方志来教授的博士生吴征远已入选2019年度“博新”计划，即将进入复旦大学电子科学与技术博士后流动站（吴远征的博士后合作导师为张国旗教授）；蒋卓汛为方志来在复旦大学指导的第一位硕士生（研二），已申请氧化镓发明专利3项。

    以氧化锌、碳化硅、氮化镓、氧化镓等为代表的第三代宽禁带半导体材料是固态光源、探测器、太阳能电池、微波射频以及功率器件的新一代“核芯”，在超越照明、5G通信、高铁、智能电网、新能源汽车等领域具有广阔应用前景。

    本工作得到了上海市自然科学基金（No. 18ZR1402500）和国家自然科学基金（No. 11544008）的资助。