新型半导体压力传感器！一种将应变转移到半导体材料上的新技术

在诸如高性能红外传感器和能量转换装置等应用中，使用压力来改变半导体性能显示出越来越大的前景。美国伦斯勒理工学院的研究人员利用一种新颖、非传统的晶体界面，对这种方法进行了更为强大和动态的调整。

“在功能材料中引入应变或压力的传统方法是在基板上生长这种材料，这种材料在材料化学上与薄膜材料相似，但在晶格常数上有所不同。在我们的工作中，我们打破了这种传统的思维”，Rensselaer理工学院材料科学与工程助理教授Jian Shi说。

这项研究在最近一期的《Science Advances》（非均匀软晶体应变工程中的缺陷外延VO2±δ界面）中进行了详细的介绍。

以前利用应变来改变半导体性能的研究主要集中在薄膜和基板之间形成相干外延界面，以将应变从衬底转移到薄膜上。例如，在弹性应变工程中，人们在硅上生长锗、氧化物、硫族类的硫化物。

《Science Advances》介绍了一种新的先进的方法，将一种不同，但技术上很重要的半导体材料——卤化物钙钛矿——沉积到二氧化钒衬底上。卤化物钙钛矿对二氧化钒基底的化学性质影响不大。但是，当二氧化钒和卤化物钙钛矿结合在一起时，会形成异质界面，使得应变能够有效地转移到半导体材料上。

这项研究使用了一种特殊设计的基材——二氧化钒，它能够进行结构的相转变，这意味着它在不同的温度下可改变结构。研究人员利用结构相变对化学气相沉积在其表面上的薄膜半导体施加应变。

为了在半导体层中产生大的应变，Shi实验室的研究生Yiping Wang对二氧化钒进行了改性，通过控制二氧化钒在化学气相沉积过程中氧的分压来添加和除去材料中的氧原子。

由此产生的“缺陷工程”的二氧化钒纳米团簇阵列在温度刺激下具有大的结构变化，并且可以通过三个相变移动，允许它们更精确地调节施加在半导体上的压力量。

这种非常规的方法表明，半导体晶体的机械柔软性可能是应变工程成功的关键。使用较软的半导体、适中的界面和更动态的衬底，研究人员能够在纳米尺度上以可逆的方式动态地改变半导体的物理性质。所传递的压力足够大，足以触发半导体晶体中的结构和电子相变。在高压下，用不同但技术上不切实际的方法证明了这种晶体中的这种转变。