过渡金属氧化物异质结中的二维电子气（2DEG）因其较高的迁移率及存在超导等物理性质，近些年来被广泛研究。目前，氧化物异质结一般是在晶格参数相近的单晶衬底上外延生长而成。由于晶格参数相差较大且生长条件不兼容，氧化物异质结的优异性能难以与硅等半导体材料相集成，从而大大限制了其商业应用前景。
本工作利用先进的氧化物分子束外延（OMBE）结合湿法刻蚀转移技术，制备出了原子精度厚度可控的自支撑氧化物薄膜，并实现界面二维电子气与硅基衬底的集成。实验利用水溶性Sr3Al2O6牺牲层的方法首先将具有单一TiO2截止面的高质量自支撑SrTiO3薄膜转移至硅衬底上，随后在上面进一步沉积非晶Al2O3薄膜，在非晶Al2O3/SrTiO3界面处获得了高迁移率电子气(如图a所示)。而直接利用OMBE制备出自支撑非晶Al2O3/SrTiO3再整体转移至硅基片上则因为氧原子从SrTiO3薄层渗透造成氧空位的回填而无法获得电子气。
亚原子分辨电子能量损失谱（EELS）表征的Ti离子随空间分布的价态变化和输运测试结果证实了非晶-Al2O3/SrTiO3界面处的高迁移率二维电子气成功与硅基衬底相集成（如图b所示）。
图(a)硅基衬底上制备自支撑非晶Al2O3/SrTiO3异质结流程图；(b) 硅基衬底上非晶Al2O3/SrTiO3异质结界面微观结构表征与输运测试。
本工作利用分步转移合成法在硅基衬底上成功制备了高质量的氧化物界面2DEG，为氧化物功能界面与半导体材料的集成提供了新思路。该工作近日发表于ACS Applied Materials & Interfaces上：https://doi.org/10.1021/acsami.2c18934
课题组博士生年乐颜为论文第一作者，聂越峰教授、郝玉峰教授和邓昱教授为论文通讯作者。张婷婷、孙浩滢、高天一和李月莹同学对薄膜制备、输运表征及机理解释等方面提供了重要的支持。邓昱老师以及李嘉祎、王志超同学为本工作提供了电镜表征支持。
