原文出自 Journal of Advanced Ceramics (先进陶瓷) 期刊

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Wang K, Liu C, Zhang Y, et al. Pushing the high-k scalability limit with a superparaelectric gate layer. Journal of Advanced Ceramics, 2024, 13(4): 539-547. https://doi.org/10.26599/JAC.2024.9220876

https://doi.org/10.26599/JAC.2024.9220876

1、研究背景

近年来，由于其广泛的技术应用，包括高密度动态随机存储器(DRAMs)、薄膜晶体管(TFTs)中的嵌入式电容器和栅极层，以及具有高介电常数(k)的介电材料，即高k电介质，吸引了大量研究人员的关注。特别是随着IC芯片日趋小型化，人们在寻找一种k值远大于3.9的高k电介质来取代传统的SiO₂栅极层，从而在实现更高比电容的同时，不会产生破坏性的隧穿电流。一个重要的参数“等效氧化物厚度”(EOT)被用来评价这些高k电介质。它是指与高k电介质具有相同比电容的SiO₂层的等效厚度，EOT的计算公式为EOT=(k_SiO2/k_high-k)·t_high-k，式中k_SiO2为SiO₂的介电常数(= 3.9)；k_high-k和t_high-k分别为高k电介质的介电常数和物理厚度。由上式可知，高介电常数k（即强的“极化性”）和低物理厚度t (即良好的“可缩微性”）是在栅极电介质中实现低EOT的两个关键因素。同时，为了满足栅极工作和低功耗的要求，对其最大漏电流密度是有限制的，这就约束了栅极电介质可达到的最低物理厚度t。这种绝缘鲁棒性是上述两个因素之外影响EOT的第三个因素，对CMOS栅极性能至关重要。硅上原生的SiO₂层有着随膜厚缩微而保持稳定的低k值和优异的绝缘性，EOT/物理厚度t低至约~1.2 nm。但是，SiO₂栅极层的进一步变薄将诱发直接隧穿电流，导致电击穿和栅极损坏(图1(a))。

二元高k氧化物，如HfO₂、ZrO₂和Ta₂O₅，已被深入研究并广泛应用为栅极电介质。与SiO₂类似，它们是良好的绝缘体，并在其k值(~10-25)上表现出良好的膜厚稳定性。然而，由于击穿强度E_bd降低，其最低可达到的物理厚度约为3-10 nm，对应EOT值为几个纳米(图1(a))。另一方面，极性复杂氧化物(极性氧化物)，包括(Hf,Zr)O₂和钙钛矿氧化物(BaTiO₃, SrTiO₃等)，在纳米级厚度(< ~100 nm)的薄膜中显示出更大的介电常数(k值范围从~40到几百)。使用这些材料作为栅极电介质的代价包括非线性场响应，热失稳，以及较差的k值膜厚稳定性。非线性介电响应和热失稳是铁电或反铁电等电极性结构的特征。此外，长程极化有序对晶体尺寸的本征依赖性、表面/界面死层效应和退极化效应，这些因素共同导致了高k极性氧化物中，其介电常数随膜层厚度减小而急剧下降的现象(图1(b))。在小尺度极化结构的构建过程中，局部缺陷的形成降低介电常数并增大漏电流，这加剧恶化了k值的膜厚稳定性问题。而对这些材料理论预测和实验证实的低击穿强度（E_bd）值，只会将事情变得更糟。

对于高k值，膜厚缩微时的k值稳定性和绝缘鲁棒性之间的三难困境，我们提出的解决方案，是用处于尺寸驱动超顺电态(SPE)的铁电氧化物作为栅介质。如图1(c)所示，该状态的微观结构由分散良好的纳米极性团簇(NPCs)和非晶态基体组成，具有较大的介电常数和稳定的准线性介电响应。根据SPE态的定义，NPCs的平均直径小于铁电材料的极化关联长度。在最近的实验研究中，我们发现这个直径小至只有数纳米。这种极小的特征尺寸，保证了膜厚缩微时k值的良好稳定性。此外，因其内部缺乏介观尺度的晶体缺陷，包括晶界和界面位错，这种由分散的纳米晶和非晶态基体组成的“绝缘复合体”，有助于消除载流子重组和漏电路径。这将有助于形成具有高击穿强度的鲁棒绝缘。

图1.(a) SiO₂和类似简单氧化物的介电常数（k）随膜厚缩微的变化。其k值低而稳定。膜厚缩微/EOT极限为其隧穿厚度极限（~1nm）; (b) 复杂极性氧化物k值随膜厚缩微的变化，其k值高而不稳定。膜厚缩微极限为其栅极漏导厚度极限（~3-10 nm）；(c) 超顺电铁电氧化物k值随膜厚缩微的变化，其k值高而稳定。膜厚缩微极限为其超顺电下限尺寸（2R_cr≈1.6 nm for BSZT）。

2、文章亮点

在这项工作中，高k超顺电(Ba_0.95,Sr_0.05)(Zr_0.2,Ti_0.8)O₃ (BSZT)超薄膜(厚度为45、24、13、7和4 nm)被成功地溅射沉积在商用的镀铂Si衬底上。该成分的选择是基于其块体材料的实验结果(在室温下显示最高k值之一)和热力学计算。此外，Sr和Zr加入BaTiO₃会增大其带隙，提高其绝缘性能。此外，溅射技术的选择，是基于其具备调整薄膜纳米晶结构的优越能力。与其他常用的制备高k栅极层的实验方法相比，包括外延热生长、原子层沉积、液态金属化学和蒸发驱动组装等方法，溅射是一种物理气相沉积过程，其薄膜的微观结构可以很容易地由生长温度(T)来决定。通过使用导电钙钛矿LaNiO₃作为缓冲层，我们在室温溅射过程中，成功沉积了这些对NPC尺寸控制良好的超顺电薄膜。在这些薄膜中，无论是在原位长成状态(45、24、13和7 nm薄膜)，还是在退火状态(4 nm薄膜，通过快速热退火/RTA)，其纳米极性团簇（NPC）的平均直径都被调控到1.8 nm左右。这些薄膜的k值基本相同(~37±3@1 kHz)，并且在不同电场下展示出准线性介电响应。最薄的薄膜，经历过快速热退火的4nm膜, 其EOT值较低，约为0.46 nm。而在原位长成状态的4nm膜中，由于室温溅射过程中的缓慢动力学，导致其沉积时间内NPC未能充分生长，NPC尺寸较小(~1.3 nm)， k值下降到~24，（同比下降~33%）。因此，其EOT值增长到~0.65 nm。这些观察结果表明，SPE电介质的k值随厚度缩微保持稳定的主要因素是其NPC尺寸，而不是通常研究的薄膜厚度。正因为其超小的特征尺寸，SPE超薄膜的k值才具有良好的膜厚稳定性，而相应铁电薄膜的k值则呈现出糟糕的膜厚稳定性。此外，通过研究介电常数的温度依赖性 (k-T曲线)，我们估算了BSZT薄膜从超顺电态转变到顺电态(SPE-PE)的临界NPC尺寸，即其作为栅极层的理论可缩微极限。该极限在1.3 ~ 1.8 nm之间，与相关热力学预测结果一致。最后，这些超顺电BSZT薄膜展示了优异的耐电疲劳性能，即高度的充放电稳定性-在1V电压下，它们经受住了2×10⁹次交流电场循环测试。

正所谓：“缩微已至隧穿限，高介低漏难两全。

虽有铁电能储荷，长程滞回应用艰。

室温镀膜降尺寸，变作超顺意豁然。

巧用短程强极化，铺就薄栅解倒悬。”

3、研究结果及结论

3.1材料设计和结构表征

采用尺寸修正的Landau-Ginsberg-Devonshire热力学势和“球形纳米颗粒”模型进行了热力学计算，预测了(Ba_0.95,Sr_0.05)(Zr_0.2,Ti_0.8)O₃中稳定超顺电态的尺寸极限。该极性纳米颗粒半径R的上限，对应其长程极化有序的破坏阈值，即铁电关联长度- R_c，可以通过将该颗粒的吉布斯自由能F(T, R_c)等于其热扰动能k_BT来估算，其中k_B为玻尔兹曼常数，T为开尔文温度。另一方面，在半径R 等于临界半径R_cr的纳米颗粒中，F(T, R)趋近于零，其极化序完全消失。R_c和R_cr分别是超顺电态存在的上限和下限。如图2所示，以T和颗粒半径R为纵横坐标，构建了Ba(Zr_0.2,Ti_0.8)O₃和(Ba_0.95,Sr_0.05) (Zr_0.2,Ti_0.8)O₃的铁电态(FE)/超顺电态(SPE)/顺电态(PE)相图。随着纳米颗粒半径R的减小，由于极化关联效应，其FE®SPE和SPE®PE的转变温度降低。类似地，随着温度的升高，超顺电/SPE态区域也会拓宽。与Ba(Zr_0.2,Ti_0.8)O₃ (BZT)相比，BSZT中FE®SPE转变对应的关联长度R_c从4.1 nm增加到5.3 nm，而SPE®PE转变对应的临界半径R_cr从0.5 nm增加到0.8 nm。(图2)。Sr的加入使稳定的SPE区域沿颗粒半径R轴上移并得以扩展(0.8 nm≤R≤5.3 nm)，这可归因于掺锶后大幅增强的介电常数k，使得更大体积的极性团簇变得稳定。这种SPE态区域的扩展，使得≲10 nm的超顺电特征尺寸(2R）能在实验中实现，可用于纳米制造超顺电体。此外，该特征尺寸的下限 (2R≈1.6 nm) 仍远低于异质生长氧化物薄膜的厚度下限(~3 - 5 nm)，因此满足了纳米极性团簇在超顺电态下的分散/无相互作用要求。因此，使用(Ba_0.95, Sr_0.05)(Zr_0.2,Ti_0.8)O₃这一成分，不仅可以促进纳米晶薄膜中形成稳定的超顺电/SPE态，而且可以使该薄膜具有高极化率和k值的膜厚稳定性。实现这种材料设计的关键，是沉积纳米晶(Ba_0.95,Sr_0.05)(Zr_0.2,Ti_0.8)O₃薄膜，以缓慢的生长动力学来实现对纳米极性团簇尺寸和分布的良好控制。

图2 (a) Ba(Zr_0.2,Ti_0.8)O₃和(b) (Ba_0.95,Sr_0.05) (Zr_0.2,Ti_0.8)O₃的铁电态(FE)/超顺电态(SPE)/顺电态(PE)相图。(b)中的插图为计算所用的“球形纳米颗粒”模型。(a)(b)中等温线（T=298 K）与SPE区域的相交点，由大到小依次为室温下FE®SPE和SPE®PE相转变的临界颗粒半径R_c和R_cr。

在此设计的基础上，我们在一个高真空磁控溅射系统里，于LaNiO₃缓冲的Pt(111)/Ti/SiO₂/(100)Si衬底上室温溅射沉积了厚度分别为45、24、13、7和4 nm的BSZT超薄膜。图3(a)是7 nm厚BSZT薄膜的高分辨透射电子显微镜(TEM)图像，显示了在非晶态基体中存在分散良好的{110}取向的纳米极性团簇 (2R≈ 1.8 nm)。这些BSZT薄膜宏观无定形和局部纳米晶的结构特性，亦通过X射线衍射(XRD) 2θ扫描和掠射X射线衍射(GIXRD)而得以揭示（见电子补充材料中的图S1和S2)。通过详细的TEM分析，在7 nm及更厚的薄膜中发现了平均直径接近的纳米极性团簇 (见电子补充材料中的图S3-S5)。在相同条件下沉积的4nm厚的薄膜中，观察到了类似的NPC结构(图3(b)和电子补充材料中的图S6)，但其平均直径明显减小(2R≈1.3 nm)。这是由于室温溅射生长的缓慢动力学，导致其沉积时间不充分(4nm薄膜为30秒）。调整生长时间/溅射功率并没有导致4nm薄膜中NPC的明显生长(电子补充材料中的图S7)。然而，在经过快速退火的4nm薄膜中，观察到了其NPC尺寸的可观增长(2R从~1.3 nm到~1.8 nm) (该薄膜标记为4nm-RTA, 见电子补充材料中的图S8)。

图3 超顺电态BSZT薄膜的纳米结构和表面形貌。(a) 7 nm和(b) 4 nm 厚原位长成状态BSZT薄膜的高分辨TEM图像。其均匀分散的纳米极性团簇的平均直径分别为~1.8 nm和1.3 nm。(c)-(h) 为(b)中薄膜的表面分析，(c)扫描电镜和原子力显微镜（插图）图像, (d)-(h)为其组成元素的EDS能谱面扫。

通过表面分析，我们发现BSZT薄膜具有光滑致密的形貌。原位长成状态4 nm BSZT薄膜的扫描电镜(SEM)图像(图3(c))显示，其表面形貌致密均匀，没有任何可见的孔洞或裂纹。此外，该超薄膜的代表性原子力显微镜(AFM)图像（图3(c)内插图）中，显示其均方根粗糙度为~0.66 nm。这些表面特征在溅射沉积氧化膜中比较普遍，对其器件性能有重要影响。例如，为实现可靠的薄膜晶体管（TFT）器件性能，具有光滑表面的致密介电层是至关重要的，而粗糙多孔的介电层将使TFT性能变差。电子补充材料中的图S9为不同厚度BSZT膜的表面AFM图像，它们显示了相似的均方根粗糙度 (~ 0.5-0.6 nm)。此外，对原位长成状态4 nm BSZT薄膜的能量色散谱(EDS能谱)表面扫描结果(图3(d) -3 (h))显示，其组成元素Ba, Sr, Zr, Ti和O皆在薄膜面内呈均匀分布。为了进一步确认这些薄膜内的化学键合状态，我们采集了原位长成状态4 nm BSZT薄膜的高分辨X射线光电子能谱(XPS)，并进行了对比分析(见电子补充材料中的图S10)。金属元素Ba、Sr、Zr和Ti在BSZT薄膜中分别以Ba²⁺、Sr²⁺、Zr⁴⁺和Ti⁴⁺的天然氧化态存在。此外，通过XPS仅检测到晶格氧和表面吸附氧(见电子补充材料中的图S10(b))，表明在这些溅射BSZT薄膜中，氧空位的形成受到了抑制。组成元素的均匀分布和稳定价态有利于在这些薄膜中获得优异的介电性能。

3.2介电性能和可缩微极限

图4(a)显示了BSZT薄膜的介电常数-直流偏置电压(k-V)曲线和极化强度-电场(P-E)电滞回线(@10 kHz)。对于原位长成状态的薄膜，它们的k值(~37)显示出了良好的膜厚稳定性，直到膜厚缩微至~7 nm。同时，快速退火的4 nm薄膜显示出了与更厚的薄膜接近的k值，这是由于其与后者的极性团簇（NPC）尺寸相似。此外，由于具有较小的NPC尺寸(R < 0.5R_c)，这些BSZT薄膜具有优异的k值线性度和电场稳定性。从k - V曲线上看，原位长成状态薄膜的k值变化在±5%以内，快速退火的4 nm薄膜的k值变化在±10%以内。当使用交流电压测量时，k值的变化大大减小。图4(a)中插入的P-E电滞回线显示了这一点(k为P-E回线的斜率)。此外，所有的BSZT薄膜都没有显示出极化饱和(见电子补充材料中的图S11)，它们的翻转电流-电场(I_sw-E)曲线也没有显示出任何可翻转的电极化(见电子补充材料中的图S12)。这些观察表明，在这些薄膜中没有长程极性有序，这与它们的XRD (电子补充材料中的图S1和S2)以及TEM结果(图3(a)和3(b);电子补充材料中的图S3-图S8)是一致的。

图4 超顺电态BSZT薄膜的介电性能。(a)介电常数-偏压电压 (k–V) 曲线 (@1 kHz); (b)不同厚度BSZT薄膜的零场介电常数和纳米极性团簇的平均直径。(a)中的内插图展示了这些薄膜的P-E电滞回线(@10 kHz), 高分辨TEM图像。(c)不同测量温度下的归一化介电常数k/k_rm (@5 kHz, k_rm为室温介电常数)，即归一化的介电温谱; (d)原位长成状态45 nm, 13 nm, 7 nm和4 nm BSZT薄膜, 以及快速退火后4 nm BSZT薄膜介电温谱的居里-外斯拟合。

图4(b)显示了k值和纳米极性团簇(NPC)尺寸2R的膜厚依赖性。随着膜厚t的减小，k - t和2R - t曲线展示了相同的趋势，即k和2R值都表现出了良好的膜厚稳定性 (k≈37, 2R≈1.8 nm)，直到膜厚缩微至7 nm。这是一种超顺电态的特征，即其介电性能由其高极化率纳米极性团簇（NPC）的平均直径来决定。对于4 nm厚的原位长成薄膜，其k值减小至~24，这与其减小的NPC尺寸（~1.3 nm）是一致的。然而，快速退火工艺促进了NPC在4 nm膜中的生长(2R增大至~1.8 nm)，并使其k值恢复到~34。这些观察结果揭示了k值对超顺电薄膜特征尺寸（即其NPC平均直径2R）的依赖性。

通过双参数威布尔分布模型分析(基于10 kHz的P-E测试，见电子补充材料中的图S13)，45、24、13、7和4 nm厚的BSZT薄膜的击穿场强E_bd分别达到了~7.0、~7.0、~7.2、~8.5和~10.5 MV·cm⁻¹。这些超高的击穿场强可归因于其小尺寸的纳米极性团簇，即在超薄非晶膜中(厚度接近常用沉积方法的下限)分散良好的纳米晶粒，以及较低的能抑制电缺陷增殖的沉积温度。此外，这些薄膜的E_bd随薄膜厚度的减小而增加，这与参考文献所报道的趋势是一致的。另一方面，与原位长成状态的7 nm和4 nm薄膜相比，快速退火4 nm薄膜的E_bd降低至~8.0 MV·cm⁻¹，这可以归因为快速退火过程中产生的热致电缺陷。电子补充材料中的图S14展示了作为测量频率函数的介电性能，即k值和损耗正切tanδ。该结果支持了图4(a)和图4(b)中显示的k值的膜厚稳定性结果，并证实了快速退火4 nm薄膜比其原位长成状态具有更多的缺陷。

如图4(c)所示，通过测量随温度变化的介电常数(k-T)，揭示了这些BSZT薄膜中短程极性结构的热演变过程，即纳米极性团簇(NPCs)如何随着温度的升高最终失去其稳定性，使整个薄膜变成顺电态。对应于薄膜介电常数最大值的温度点(T_m)可以被认为是其从超顺电态到顺电态转变的“居里温度”。当临界半径R_cr(随温度升高而增大)达到NPC的平均直径R_avg时(R_cr≈R_avg)，这种转变就发生了，薄膜里的这些短程极性结构亦因之而失稳。从图4(c)的k-T曲线来看，随着薄膜厚度的减小，可以观察到三个明显的特征。首先，T_m转移到更低的温度。其次，介电常数峰值k_m变小。最后，围绕T_m的介电峰变宽。在其他BaTiO₃基材料中也发现了这些与厚度相关的特性。此外，在T_m附近的k-T曲线的高温侧能用居里-外斯定律拟合(图4(d))，验证了这些薄膜从低温超顺电态到高温顺电态的转变。由于纳米极性团簇和薄膜厚度都比较小，拟合的居里-外斯温度T₀从T_m向更低的温度偏移。45 nm、13 nm和7 nm厚薄膜的T₀值分别为410℃(接近T_m)、- 51℃和- 262℃(接近0 K，即- 273℃)。然而，对于原位长成状态的4nm薄膜，拟合的居里-外斯温度T₀为−789℃，已经失去了物理意义。就像Cross团队研究的CaTiO₃和(Ln_1/2Na_1/2)TiO₃的k-T关系一样，这一与经典模型的拟合失败，表明原位长成状态的4 nm薄膜可能具有与模型定义不同的晶体结构或状态。同时，经过快速退火处理后的4 nm薄膜，其k-T曲线上移，T_m值变高。拟合该k-T曲线得到的T₀温度为−112℃，介于7 nm和13 nm原位长成状态薄膜的T₀温度之间。这些观测结果揭示了，在纳米极性团簇（NPC）直径约1.8 nm处，存在其尺寸驱动的一个极化态，即超顺电态，该状态在加热后能转变为非极性的顺电态。对应超顺电态 BSZT薄膜失稳的临界NPC尺寸，即临界半径的两倍(2R_cr)，在1.3 ~ 1.8 nm之间。这一结果与热力学计算预测(2R_cr≈1.6 nm，图2(b))相当一致。这种（保持稳定高k值的）膜厚可缩微极限，是对典型的高k极性氧化物(如SrTiO₃和Ba(Sr,Ti)O₃)的显著改进。

3.3漏电流和循环稳定性

图5(a)显示了，在外电场从零变化到2.5 MV·cm⁻¹（常用的栅极电场范围），BSZT薄膜的代表性漏电流密度结果(J-E曲线)。首先，所有原位长成状态薄膜的漏电流都远低于低功率极限(1.5×10⁻² A·cm⁻²)。具体来说，对于7 nm和更厚的原位长成的薄膜，它们的漏电流密度相对较低(J < 1.0×10⁻⁴ A·cm⁻²)并且不随厚度变化，这可归因于它们集成在Si上的低溅射温度。另一方面，快速退火过程增大了漏电流，这是种常见的现象（见参考文献52）。尽管如此，快速退火后的4 nm 薄膜仍然显示了远低于MOSFET栅极极限(10A·cm⁻²)的漏电流密度(~1.5或5.6× 10⁻² A·cm⁻² @ 2.5 MV·cm⁻¹)。此外，在相同的电场下，我们的溅射BSZT薄膜的漏电流密度(~10⁻⁶ A·cm⁻² @1 MV·cm⁻¹)与最近报道的通过低温原子层沉积(ALD)制备的HfO₂栅极层的漏电流密度相当。

图5 超顺电态BSZT薄膜的漏电流密度和（充放电）循环稳定性测试结果。(a)漏电流密度-外加电场 (J–E) 曲线，(b) 快速退火后4 nm薄膜的（充放电）循环稳定性测试结果，具体表现为其面电荷密度和比电容在一个2.5 MV·cm⁻¹双极循环交变电场下的测试结果。

此外，本文还展示了超顺电BSZT薄膜在外加电场下的高循环稳定性和抗疲劳性。如图5(b)所示，在振幅为2.5 MV·cm⁻¹的循环交流电场作用下，快速退火后的4 nm薄膜经过2×10⁹次双极充放电后，其面电荷密度和比电容没有明显的下降趋势。基于其介电性能，该薄膜的室温EOT值为0.46 nm。该值在上述交变电场循环测试下呈现鲁棒性。在3 MV·cm⁻¹的交流电场下，原位长成状态的4 nm薄膜(EOT≈0.65 nm)也展示了类似的高循环稳定特性(见电子补充材料中的图S15)。值得注意的是，栅极层厚度稳定的k值对应于一个与其厚度成反比例的比电容(C_s)。快速退火后的4nm薄膜的C_s值高达~6.9 μF·cm⁻²，在1V电压下的面电荷密度高达~6.9 μC·cm⁻²。

3.4结论

综上所述，我们在LaNiO₃缓冲的Pt(111)/Ti/SiO₂/(100)Si衬底上成功制备了由分散良好的纳米极性团簇(NPCs)构成的宏观无定形(Ba_0.95,Sr_0.05)(Zr_0.2,Ti_0.8)O₃ (BSZT)超薄膜。通过对其纳米结构和介电性能的分析，这些薄膜处于超顺电态。当膜厚从45 nm减小到4 nm时，这些薄膜很好地保持了其高介电常数(~37±3)。这导致了以其为栅极层的等效氧化物厚度(EOT)的大幅降低 (从4.7 nm降到0.46 nm)。由于其超顺电特性和较低的制备温度，这些高k薄膜表现出近线性介电响应，高电循环稳定性/抗疲劳性和低漏电电流。这项工作揭示了高k超顺电体良好的厚度可缩微性的起源，即小至数纳米量级的特征尺寸(其纳米极性团簇的平均直径)。在BSZT薄膜中形成稳定超顺电态时，其纳米极性团簇直径的下限(2R_cr, 即临界半径的两倍)约为1.6 nm。这一数值来源于我们的理论计算预测，并被本文的实验结果所证实。

（文章全文和补充材料详见https://doi.org/10.26599/JAC.2024.9220876）

4、作者及研究团队简介

欧阳俊，齐鲁工业大学化工学院教授，“新能源材料化学与功能器件”科研团队负责人，2013年11月入选教育部新世纪优秀人才，2021年12月入选湖南省“芙蓉学者”讲座教授。2005年在美国马里兰大学获得材料科学与工程博士学位（铁电压电材料方向，师从美国工程院院士R. Ramesh教授和铁性畴理论专家A. Roytburd教授）。2005.06–2010. 04期间在美国希捷科技任职，先后担任电子设计高级工程师和电子材料研发主管工程师。2010.04-2019.12期间在山东大学材料学院任教授和博士生导师。主持承担包括国家基金和省重大基础研究项目在内的科研课题30余项。主要研究方向包括：（1）高能量密度、高功率密度储能材料技术及其应用; （2）换能和能量采集技术领域的铁电压电陶瓷材料，及其厚薄膜、低维结构和原型器件的设计、制备、表征和应用；（3）与半导体技术和柔性电子兼容的中低温薄膜材料制备和集成技术，包括多种室温镀膜技术；（4）光电、光热、防护和耐磨涂层的PVD制备，陶瓷-金属结合技术。目前担任中国硅酸盐学会特种陶瓷分会理事和山东硅酸盐学会电子陶瓷专家委员会常务委员。在Nat. Commun., Adv. Energy Mater., Energy Storage Mater., Adv. Fun. Mater., Acta Mater.等国际期刊上发表论文约130篇,在国际会议上做大会和分会邀请报告30余次，并多次组织国际会议或担任国际会议分会主席。主编英文学术专著一本“Nanostructures in Ferroelectric Films for Energy Applications”（2019. 06, Elsevier, https://www. elsevier.com/books/ nanostructures-in-ferroelectric-films-for-energy-applications/ouyang/978-0-12- 813856-4），获专利授权12项含国际专利1项，获中国硅酸盐学会特种陶瓷学术奖、电子元器件关键材料与技术专委会青年才俊奖和优秀论文奖、中国硅酸盐学会优秀博士论文提名奖（导师）等多项奖励。最近担任开源期刊《Nanomaterials》专刊: “Dielectric, Ferroelectric and Piezoelectric Properties of Nanomaterials”的客座主编，http://mdpi.com/si/201568 （投稿截止：2024/11/20），欢迎同仁联系赐稿。

本课题组在“研精究微”公众号发表文章的专辑：https://mp.weixin.qq.com/mp/appmsgalbum?action=getalbum&__biz=MzkyMTM4ODE5Mg==&scene=1&album_id=3375117141208924160&count=3&uin=&key=&devicetype=Windows+10+x64&version=63090a13&lang=zh_CN&ascene=0

王坤博士，毕业于山东大学材料科学与工程学院，现任山东中烟工业有限责任公司工程师。在Adv. Energy Mater., Energy Storage Mater., ACS Appl. Mater. & Interfaces, J. Adv. Ceram等期刊上发表学术论文10篇。主持和参与了国家基金、教育部新世纪人才、山东大学重点培育和学科交叉项目、山东中烟重大专项和重点项目等近10项科研课题。

刘超博士，齐鲁工业大学化工学院讲师，主要研究铁电、多铁性薄膜或单晶材料的制备及性能测试，二维材料的制备与场效应晶体管的构建，多场调控功能氧化物材料的催化、光（电）催化和光电化学作用机理及应用。主持和参与大小科研项目近10项。

“新能源材料化学与功能器件”科研团队成员还包括成宏卜副教授，朱汉飞副教授，王立博士和梁珍雁博士。本课题组积极进取，团结和谐，在齐鲁工大精英人才科研启动基金的支持下，已建设了完整的材料制备、测试平台，包括陶瓷制备、电池制备\测试成套设备, 物理气相沉积（PLD、磁控溅射、自制气溶胶镀膜仪）,化学溶液沉积+快速退火炉, 纳米功能材料制备及表征, 四轴XRD（带倒易空间和原位变温测试功能），桌面扫描电镜+扫描探针显微镜联动测试系统（后者含原子力，开尔文、PFM、MFM等多个功能模块），最新的Radiant Technology 电学综合测试仪（Multiferroic II，内置500V，放大4kV），LCR表（C-f，C-V，可至400V），变温探针台（液氮到600度），压电d₃₃表和国内独有的激光实时测距压电横梁测试系统等先进设备。科研团队目前与国内外多个顶尖课题组建立了良好的合作关系，有利于年轻人的科研生涯发展。欢迎勤奋、踏实、有学术理想的年轻人加入我们课题组！

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Journal of Advanced Ceramics (先进陶瓷)期刊简介

Journal of Advanced Ceramics (先进陶瓷)期刊是由中华人民共和国教育部主管、清华大学出版社主办、清华大学出版社出版的国际学术期刊。2022年期刊影响因子为16.9，在SCI“材料科学：陶瓷”分类的28本期刊中排名第1。本刊就此成为SCI“材料科学：陶瓷”分类中首个影响因子突破15.0的期刊。

期刊中文网页：http://www.ccs-cicc.com/index.html

期刊英文网页：https://www.sciopen.com/journal/2226-4108