【研究室总体介绍】
本研究室拥有教授2名、副教授1名，一直秉承面向前沿科学和国家战略需求的团队建设理念，重点开展新型半导体及其光电器件研究，如量子点/钙钛矿发光二极管、新一代太阳能电池、面向信息存储的铁电薄膜与器件等。承担了国家重点研发计划、国家自然科学基金、国家级人才计划项目等50多项科研任务，累计在Science, Adv. Mater.等期刊发表学术论文200多篇，授权中国发明专利30多件。部分研究成果产生了显著的经济效应和国际影响力，累计荣获省部级科学技术一等奖2项、二等奖1项，中国专利银奖1项等。指导团队学生多次获得北京科技大学优秀博/硕学位论文、十佳学术之星、校长奖章、北京市“挑战杯”一等奖和国家奖学金等。
【研究室成员介绍】
田建军 张林兴 黄菲
【研究室主要研究方向】
1. 新型半导体材料及其电子器件
2. 量子点和钙钛矿发光二极管
3. 新一代太阳能电池
4. 新型光电子薄膜与探测器件
5. 新结构铁电薄膜及其器件
【研究室代表性科研成果】
1. 胶体工程可控制备低维类单晶和外延半导体薄膜
胶体工程制备低维半导体薄膜及其新型电子器件是实现低成本和超越电子器件尺寸微缩极限的有效途径之一，但是该技术易于导致大量晶界和缺陷的形成，致使载流子迁移率低。本团队提出了“类单晶薄膜”的设计思想以便消除缺陷富集，实现高质量低维半导体薄膜，该思想获得了国家重点研发计划的支持。在该项目支持，本团队开发了一种多分子配位体系调控晶体取向生长的方法（如图2A），成功制备出ABX3钙钛矿结构类单晶半导体薄膜，载流子迁移率超过30 cm2/V•S（Adv. Energy Mater., 2017, 7, 1602017. ESI高被引和热点论文），基于该薄膜构筑了高效率的光电/电光转换器件（Adv. Mater. 2021, 33, 1905245; Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2209070；Adv. Funct. Mater. 2024, 34, 2312209; Adv. Mater. 2024, 36, 2313981）。
本团队发明了一种胶体工程外延生长新型层状铋氧化物薄膜方法，引入Sm离子稳定氧化铋的萤石结构，获得1-50 nm厚度的Bi1.8Sm0.2O3外延薄膜，在原子尺度（1 nm薄膜）下依然保持稳定的宏观铁电性，是目前原子尺度下最高的铁电性能（图2B），为原子尺度电子元件制备提供新路径，该研究成果以北京科技大学为第一单位发表在Science（Science, 2023, 379, 1218.）。上述工作被中科院、国家基金委、中国科学网和美国化学会等进行了亮点报道，获得中国芯片十大研究进展提名奖。
2. 强限域高色纯度卤化物半导体纳米晶及其发光二极管
新型卤化物半导体纳米晶具有优异的发光效率和色彩饱和度，引起显示领域的广泛关注。然而，该材料体系的纯蓝和纯红色，也是两种必要的显示基色，性能低和稳定性差。为此，本团队建立了一种卤素离子抑制奥斯瓦尔德熟化的纳米晶可控生长工艺（图3A），实现纳米晶的尺寸均匀和生长可控。建立了一种卤素离子抑制形核熟化的纳米晶可控生长工艺，实现了尺寸分散度为9%的强限域0维蓝光纳米晶，荧光量子产率接近100%（Adv. Mater. 2021, 33, 2006722. ESI高被引论文）。在此基础上，进一步提出了极性分子刻蚀调控取向生长技术，获得荧光量子产率超过90%的2维量子阱（Angew. Chem. Int. Ed., 2023, 62, e20230014 (VIP); Adv. Sci. 2019, 6, 1900462）和1维量子线（Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 2005990）。而且发展了多种抑制俄歇复合和离子迁移的策略，获得电致效率25%以上的纯红光二极管（Nano Lett. 2024, 24, 6410; Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2300116; ACS Energy Lett. 2024, 9, 4003）和10%以上的纯蓝光二极管（Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2207069; Nano Lett. 2023, 23, 2405; ACS Energy Lett. 2023, 8, 731）。上述研究成果被国际同行评价为最先进性能（state-of-the-art），并获得北京市自然科学二等奖（排名第一）。
3. 环保型量子点及发光二极管
量子点发光二极管因其色纯度高、色域宽在新型显示中应用前景巨大，但常用量子点以镉基、铅基成分为主，其毒性极大限制了发展。ZnTe、InP等体系环保型量子点存在合成难度大、缺陷多和性能低等问题。本团队围绕这些问题展开研究，提出球形量子阱结构设计策略，通过构建相干应变异质结构，减少界面缺陷，成功制备了荧光量子产率超过60%的ZnTe量子点，刷新了ZnTe量子点的发光效率纪录。基于这种球形量子阱设计思路，进一步制备了ZnSeTe量子点，获得了窄而对称的蓝光发射，半峰宽低至18 nm，展现出超高色纯度。进一步开发了一种壳层的分步注入动力学生长方法，有效克服表/界面缺陷引发的非辐射复合，将ZnSeTe量子点的荧光量子产率提升至90%以上，发光二极管效率超过15%。针对InP量子点合成危险性和成本高等问题，本团队发展了氨基磷、次磷酸盐等绿色合成路线，提出过渡层辅助壳层生长策略，实现取向外延生长，获得高荧光量子产率（98%）。结合空穴传输层优化设计，获得外量子效率超过20%的发光二极管。上述研究成果持续发表在Nano Lett., Adv. Funct. Mater., ACS Energy Lett.等期刊。