近日，北京郵電大學物理科學與技術學院吳真平教授團隊聯合香港理工大學、南開大學等單位，在寬禁帶半導體鐵電性研究領域取得重要進展。團隊實驗驗證了主流寬禁帶半導體氧化鎵（Ga2O3）的室溫本征鐵電性，為解決長期以來的學術爭議提供了明確的實驗依據，相關成果發(fā)表于Science Advances。

氧化鎵作為新一代超寬禁帶半導體的“明星材料”，憑借約4.8 eV的超寬禁帶和優(yōu)異的抗擊穿特性，在高功率電子器件和日盲探測領域具有廣闊的應用前景。然而，寬禁帶半導體為保證電學穩(wěn)定性，通常依賴于“剛性”的晶體結構；而鐵電材料為了實現極化翻轉（也就是存儲信息），則需要原子具備“柔性”的位移能力。這種結構上的天然矛盾，使得“寬禁帶特性”與“鐵電性”往往被認為難以兼得，這也是制約多功能電子系統發(fā)展的關鍵瓶頸。

鐵電κ-Ga2O3的外延穩(wěn)定與結構表征

面對這一挑戰(zhàn)，北郵科研團隊迎難而上。團隊利用工業(yè)兼容的MOCVD技術，成功制備了純相外延κ-Ga2O3薄膜，并提供了其室溫本征鐵電性的確鑿證據。同時，通過精密的實驗表征，觀測到了穩(wěn)定的鐵電翻轉現象，測得器件具有優(yōu)異的開關比（>105）和循環(huán)耐久性（>107次）。

鐵電極化翻轉的原子級機制

為了探究這背后的原因，第一性原理計算與原子級成像進一步揭示了其獨特的微觀機制：極化翻轉是通過GaO4四面體與GaO6八面體之間的協同結構畸變來實現的。這一發(fā)現證實了在不破壞化學鍵的前提下，寬禁帶半導體依然可以通過特殊的結構相變實現鐵電功能。

該進展不僅促進了半導體物理與鐵電物理的交叉融合，更為未來的半導體技術開辟了新路徑：即利用單一材料平臺，同時滿足高功率、高耐壓以及非易失性存儲的需求。為構建高功率和極端環(huán)境下信息器件的多功能集成提供了全新的材料基礎和設計思路。

本次帶領團隊取得重要進展的吳真平教授，現任中國物理學會固體缺陷專業(yè)委員會委員，高等學校固體物理研究會常務理事等學術職務。研究方向以寬禁帶半導體氧化鎵、鐵電鈦酸鋇為代表的功能氧化物薄膜/異質結的外延生長、界面構筑與性能精確調控，并探索其在探測傳感、電光調控、數據存儲等領域的應用。

吳真平教授已主持國家自然科學基金面上項目、青年項目等國家/省部級項目十余項。以第一/通訊作者在Science Advances，Nature Communications，Advanced Materials等知名學術期刊上發(fā)表SCI論文100余篇，論文累計被引用9000余次。

2020年，團隊成果獲北京市自然科學二等獎

吳真平教授團隊以原創(chuàng)成果，在半導體前沿刻下北郵印記。這不僅是物理機理的一次澄清，更折射出一代科研人于材料深處探尋可能、于教學相長中點亮未來的執(zhí)著。