中国科学院物理研究所
北京凝聚态物理国家研究中心
SF3组供稿
第62期
2013年11月08日
大温区内恒电阻率单一固体
电阻是材料的一个重要物理性质。单一固体材料的电阻率通常是一个关于温度的复杂函数，电阻率随温度的动态变化范围可达数个数量级。在较大温区内电导率恒定的单一固体，不仅有重要的用途，其本身也是有趣的研究对象。恒定电阻率材料可广泛用于制备电子器件和电路中的精密电阻和标准电阻，此前都是通过材料结构设计或电路中的补偿机制得以实现的。
中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室（筹）表面物理国家重点实验室SF3组长期从事热稳定性很差的Cu3N基薄膜材料的生长和物性研究。2006年纪爱玲博士、李超荣教授和曹则贤研究员首次在Cu3NPd0.238薄膜中观察到在5-245K大温区内的恒电阻率 (APL 89, 252120 (2006))。其可能的机理为杂质金属原子随机占据Cu3N之立方单胞的中心位置，造成能隙的变窄直至出现能带重叠，导致半导体－半金属相变。这时载流子浓度和迁移率随温度的变化会发生相互补偿，从而实现较大温区内恒定的电阻率。最近，SF3组博士生鲁年鹏在纪爱玲副研究员、曹则贤研究员指导下，经过大量艰苦的努力，获得了不同程度掺杂的Cu3NMx (M= Cu, Ag, Au)薄膜，并观察到了大温区内恒电阻率现象。其中，Cu3NAg0.76样品的归一化电阻率在55－300K的范围内，方差仅为8.0 × 10-4 . 研究结果发表在近期的Scientific Reports上(Scientific Reports 3, 3090 (2013))。
Cu3N是一种具有反ReO3晶格结构的间接带隙半导体，传统上可以用作光记录材料，近年来也广泛用作锂离子电池的电极材料、碱性燃料电池的阴极催化材料及低阻磁隧穿结的阻拦层等。Cu3N基固体中的Cu-N键较弱，因此具有很差的热稳定性，这为该类材料的合成和物性研究带来了极大的困难，Cu3N的性能参数，包括带隙、晶格常数、室温电阻率、分解温度等，都长期存在争议。SF3组针对该类材料的相关问题开展了系统的研究，第一个满足化学计量比的样品，第一张Cu3N晶格照片等，都是SF3组获得的。此外，在Cu3N薄膜生长过程中还观察到通过造山运动形成的海星状浮雕结构。
此项工作得到了科技部和国家自然科学基金委的支持。
文章链接http://www.nature.com/srep/2013/131030/srep03090/full/srep03090.html
http://scitation.aip.org/content/aip/journal/apl/89/25/10.1063/1.2422882
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1. Ailing Ji, Chaorong Li and Zexian Cao, Ternary Cu3NPdx Exhibiting Invariant electrical resisitivity over 200 K, Appl. Phys. Lett. 89，252120 (2006).
2. Nianpeng Lu, Ailing Ji, and Zexian Cao, Nearly Constant Electrical Resistance over Large Temperature Range in Interstitially Doped Cu3NMx (M=Cu, Ag, Au) Compounds, Scientific Report 3, (2013).
中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室（筹）表面物理国家重点实验室SF3组长期从事热稳定性很差的Cu3N基薄膜材料的生长和物性研究。2006年纪爱玲博士、李超荣教授和曹则贤研究员首次在Cu3NPd0.238薄膜中观察到在5-245K大温区内的恒电阻率 (APL 89, 252120 (2006))。其可能的机理为杂质金属原子随机占据Cu3N之立方单胞的中心位置，造成能隙的变窄直至出现能带重叠，导致半导体－半金属相变。这时载流子浓度和迁移率随温度的变化会发生相互补偿，从而实现较大温区内恒定的电阻率。最近，SF3组博士生鲁年鹏在纪爱玲副研究员、曹则贤研究员指导下，经过大量艰苦的努力，获得了不同程度掺杂的Cu3NMx (M= Cu, Ag, Au)薄膜，并观察到了大温区内恒电阻率现象。其中，Cu3NAg0.76样品的归一化电阻率在55－300K的范围内，方差仅为8.0 × 10-4 . 研究结果发表在近期的Scientific Reports上(Scientific Reports 3, 3090 (2013))。
Cu3N是一种具有反ReO3晶格结构的间接带隙半导体，传统上可以用作光记录材料，近年来也广泛用作锂离子电池的电极材料、碱性燃料电池的阴极催化材料及低阻磁隧穿结的阻拦层等。Cu3N基固体中的Cu-N键较弱，因此具有很差的热稳定性，这为该类材料的合成和物性研究带来了极大的困难，Cu3N的性能参数，包括带隙、晶格常数、室温电阻率、分解温度等，都长期存在争议。SF3组针对该类材料的相关问题开展了系统的研究，第一个满足化学计量比的样品，第一张Cu3N晶格照片等，都是SF3组获得的。此外，在Cu3N薄膜生长过程中还观察到通过造山运动形成的海星状浮雕结构。
此项工作得到了科技部和国家自然科学基金委的支持。
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| 图. (a) 不同金属掺杂水平Cu3NMx薄膜室温电阻率的变化；(b-d) Cu3NCux、Cu3NAgx、Cu3NAux薄膜样品归一化电阻率的温度依赖关系。绿色彩带表示的变化范围为1 ± 0.002。 |
http://scitation.aip.org/content/aip/journal/apl/89/25/10.1063/1.2422882
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1. Ailing Ji, Chaorong Li and Zexian Cao, Ternary Cu3NPdx Exhibiting Invariant electrical resisitivity over 200 K, Appl. Phys. Lett. 89，252120 (2006).
2. Nianpeng Lu, Ailing Ji, and Zexian Cao, Nearly Constant Electrical Resistance over Large Temperature Range in Interstitially Doped Cu3NMx (M=Cu, Ag, Au) Compounds, Scientific Report 3, (2013).