獲獎項目簡介
2022年CAIA獎一等獎：多頻率原子力顯微術(shù)及其在新材料和器件研究中的應(yīng)用
完成單位：暨南大學(xué)理工學(xué)院；中山大學(xué)測試中心；中山大學(xué)物理學(xué)院；廣州中源儀器技術(shù)有限公司
完成人：謝偉廣，龔力，丁喜，周洋，時婷婷，黎晉良，陳科，羅永震，劉彭義，陳建
成果簡介：闡明材料在力、熱、光、電等物理場作用下，微納尺度性質(zhì)與宏觀物理、化學(xué)特性及器件性能的關(guān)聯(lián)是當(dāng)前分析測試領(lǐng)域的一個關(guān)鍵科學(xué)問題。本成果以掃描探針顯微技術(shù)為主體，基于多頻率調(diào)制的原理，以靜電和磁作用為例實現(xiàn)了大氣環(huán)境下長程相互作用亞10 nm的空間分辨成像，并應(yīng)用于材料和器件中多場相互作用的研究。本成果研究了低維氧化物半導(dǎo)體、鈣鈦礦材料和有機分子框架三種材料體系中力、熱、電、光等物理場相互耦合行為，揭示了以極性氧化物天然低損耗雙曲聲子極化激元、低維穩(wěn)定光電/鐵電極化及分子力誘導(dǎo)構(gòu)效關(guān)聯(lián)行為為代表的一系列新現(xiàn)象。進一步我們將原子力顯微技術(shù)與器件測試技術(shù)結(jié)合，在器件層面揭示了多物理場作用下缺陷誘導(dǎo)的結(jié)構(gòu)失穩(wěn)與鈍化機制，界面的光電轉(zhuǎn)換及電輸運作用機制。研究成果推動了太陽能電池、場效應(yīng)晶體管、光電探測及存儲器件和電化學(xué)電池新工藝的開發(fā)和新結(jié)構(gòu)的設(shè)計，給器件性能帶來了大幅度的提升。
研究成果在Advance Materials，Nature Communications等高水平期刊發(fā)表SCI論文100篇，獲授權(quán)專利15項，獲授權(quán)軟件著作權(quán)3項，多項研究成果被國內(nèi)外權(quán)威研究人員在Nature、 Science等高水平期刊上多次正面評述，被認為推動了領(lǐng)域的實質(zhì)性進展。
創(chuàng)新點及科學(xué)價值：
項目致力于提高大氣環(huán)境下原子力顯微鏡（AFM）物性測量的空間分辨率；應(yīng)用AFM技術(shù)揭示微納尺度多物理場作用、耦合與材料物性的關(guān)聯(lián)；進一步結(jié)合多種表征、測試技術(shù)實現(xiàn)跨尺度表征能力，揭示微觀過程與宏觀效應(yīng)的關(guān)聯(lián)；最后應(yīng)用于新器件的研發(fā)及性能改善。具體創(chuàng)新點如下：
創(chuàng)新點1：提出并實現(xiàn)了大氣環(huán)境電、磁力亞10納米空間分辨的成像。
創(chuàng)新點2：揭示了半導(dǎo)體材料中微納尺度的多物理場耦合行為新現(xiàn)象，代表性的，首次發(fā)現(xiàn)層狀MoO3極低損耗的雙曲聲子極化激元；示了鈣鈦礦中巨光致伸縮行為的機制以及低維體系中缺陷釘扎穩(wěn)定鐵電極化的機制。
創(chuàng)新點3：通過原位/準原位的表征揭示了PN結(jié)、FET中缺陷及界面對光電轉(zhuǎn)化、載流子及離子輸運的作用機制，籍此發(fā)展了有效的缺陷和界面處理工藝，實現(xiàn)了器件性能的提升。
該項目發(fā)展了現(xiàn)有的AFM技術(shù)，獲得了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的表面分析技術(shù)；應(yīng)用相關(guān)技術(shù)在材料和器件研究中開展了深入的工作，揭示了新的科學(xué)現(xiàn)象，充分闡明了科學(xué)原理并應(yīng)用于改善半導(dǎo)體及新能源器件性能，獲得具有國際領(lǐng)先水平的研究成果。
社會經(jīng)濟效益：掃描探針顯微鏡是納米科技的核心技術(shù)支撐，是一個國家和地區(qū)的納米科技甚至整個高科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。本項目突破了大氣環(huán)境原子力顯微鏡高空間分辨率的物性測量技術(shù)瓶頸，相關(guān)技術(shù)已經(jīng)在廣州塞恩科學(xué)儀器有限公司、廣州本原納米儀器有限公司和廣州中源儀器技術(shù)有限公司完成了初期的推廣應(yīng)用并實現(xiàn)了生產(chǎn)銷售，產(chǎn)生經(jīng)濟效益。
應(yīng)用前景：技術(shù)應(yīng)用可打破國外廠商的壟斷局面，進而參與國際競爭，將極大地提升國產(chǎn)掃描探針顯微鏡核心技術(shù)水平和國際競爭力。
