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木虫 (正式写手)

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[交流] 【科研新闻】科学家首次培育出六角对称的氮化铟纳米花结构（图）!

9月1日，《自然》杂志网站的《纳米技术》专栏上，由中国科学院半导体研究所材料科学重点实验室刘祥林研究员领导的研究组（MOCVD组）在关于宽禁带半导体氮化铟低维结构研究的科研成果，被作为研究亮点进行重点评论报道。这是在中科院创新工程、国家自然科学基金的支持下，中国科学家做出的又一项重要成果。

纳米花开

“这一成果的重要意义是我们首次提出了一种氢致‘自催化’方法，并在蓝宝石衬底上生长出氮化铟的六角对称纳米花结构。此种新结构以前从未被人们所知，更未见在其他宽禁带半导体材料研究中生长出类似的结构。”刘祥林说。

“我们的研究之所以会被《自然》网站作为9月的亮点，而受到同行的关注，主要有两方面的原因，一是采用了新的合成方法，二是发现新结构。”研究小组成员康亭亭博士说，“我们发现了氮化铟材料的一种新生长模式，并建立了一个氢致‘自催化’生长机制。在实验环境下，用通入氢气的方式，让先生成的金属铟催化氮化铟规则纳米结构的稳定形成。”研究小组成员杨少延介绍说，氮化铟具有优良电子输运性能和窄的能带，是制作新型高频太勒赫兹通信光电子器件的理想材料。经过几年争论，氮化铟(InN)禁带宽度应该在0.7到0.9电子伏特之间已成为目前科学界共识之后，能否制备出高质量的低维结构材料，并探索其新的独特性质和实现其光电器件应用，一直是人们普遍关心的问题。特别是高质量InN纳米结构的生长，可使其用于制作量子效应器件成为可能。

“过去InN纳米材料的生长多是利用铟的氧化物或氯化物来实现，但这将导致InN纳米材料混入许多杂质，进而使其光学、电学性能大大降低。我们这种方法是利用金属有机物化学气相沉积技术，采用氢致‘自催化’的方法，可以生长出纯度和一致性很高的InN纳米结构材料。”刘祥林说。

这一成果在美国《应用物理快报》上发表后，在学术界产生了巨大影响。《自然》杂志的网站在其《自然—纳米技术》栏目中将其作为2006年9月第一周的研究亮点，并以《纳米结构：说它是花》（Nanostructures：Say it with flowers）为题专门撰写评论进行了重点报道。在10月份即将创刊的《自然》子刊——《自然—纳米技术》也将对这一成果进行报道。

不轻易放过异常现象

刘祥林研究小组去年10月份开始转入氮化铟方面的研究，年底康亭亭就得到了六角对称的氮化铟纳米花结构。“当时我并没太在意，认为没长出东西来，没有进一步细致测试就随手放在一边了。”康亭亭说，“今年3月份，我在分析另外一个相关样品时也发现有这样的趋势，但不明显。当时忽然想起曾经做过这样一个‘片子’，就把它找出来重新测试，同时又补了一个实验，验证了它的可重复性后，才确信发现种新的纳米结构。”

刘祥林说，科学研究是不要轻易放过一个小小的异常现象，同时还要勇于尝试一些别人否定的或认为“不可能”的东西。在反应室中通入氢气实际上是一种前人否定过的方法，传统上认为氢会抑制半导体材料InN的生长，所以也很少有人去做这样的实验。

“这一点我们和国家自然科学基金鼓励的精神是完全一致的。我们非常感谢科学基金对我们的支持。”刘祥林说，“科研工作就是去探索一些不可预见的东西，一开始研究小组也没想到会出什么成果，就是以基础研究可以自由探索的观念，抱着试试看的心态去做的。”

在研究小组使用的方法中，氢气被打破常规地有意引入反应室，以促使金属铟的形成，从而使金属铟将作为催化剂来催化InN纳米结构的生长。研究小组发现，尽管氢气的引入会阻碍InN生长，经过认真观察，所生长出的InN呈纳米结构。而且，由于没有使用铟的氧化物、氯化物以及其他任何外来催化剂，从而从根本上避免了外来杂质的引入。该项研究成果不仅对于深入认识InN的生长机理、光学和电学物理性质有重要的科学意义，同时对于合成InN新颖的纳米器件结构具有实用价值。

基础研究做好“I”和“T”

1990年，中科院半导体所半导体材料科学重点实验室MOCVD小组成立时，刘祥林刚大学毕业，就进入该研究小组。“虽然我们从去年10月份才开始从事氮化铟低维结构方面的研究，但实际上这个小组在宽禁带半导体材料领域已经有了多年的研究积累。1993年刚开始做氮化镓材料研究时，我们就已经开始自己研制设备，并用于氮化铟同类材料的研究。现在除氮化铟外，我们在氧化锌和氮化铝的材料生长和设备制造方面也取得了非常好的进展。”

“美国的自然科学基金支持三个部分，P(people人才)、I(idea思想)和T(tools工具、设备)，我们国家自然科学基金以前非常注重P和I两方面，现在也开始重视T了。我们小组的特点就是非常重视T，我们研究半导体材料、材料生长方法，同时还研究生长这种材料的设备。”刘祥林说，“从1993年开始独立研制设备以来，我们一直没有停止材料研究。这期间国家自然科学基金给予了很大支持，MOCVD小组承担过多个重点和面上基金项目。”

刘祥林认为，实验“炉”的性能也会影响到材料的品质。国际上MOCVD设备制造厂商有德国、美国、英国（后被德国收购）和日本，日本的公司只卖给本国，实际提供设备的只有美国和德国，但这都是商业化的公司。而美国克里公司和日本日亚公司所制造的一流设备并不外售，也不允许人参观，连淘汰设备也会销毁掉。

工欲善其事，必先利其器。刘祥林说：“就像炒菜，别人是只重视油盐等调料的使用和关注火候的把握，但实际上，锅的好坏对菜的质量有时也起到关键性的作用。我们就是把‘锅’作为一个要素来考虑的，在思想上就把实验‘炉’也作为研究工作的一部分，利用材料与设备的相互促进，从整体上进行研究和改进。” 转自：科学时报

[ Last edited by mainpro on 2006-9-21 at 23:32 ]

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