团队介绍

本团队主要从事自旋存储器件、柔性可穿戴传感器、微波介质基板和半导体MEMS气体传感器等方向的科学研究及其相关产业应用。

团队负责人

  赵旭鹏，男，博士，特聘副研究员。2018年于中国科学院大学获得博士学位，2018年至2020年为中国科学院半导体研究所博士后。2020年至2022年为中国科学院半导体研究所助理研究员，2022年5月加入太阳集团www0638。长期从事自旋电子学材料和器件物理研究，专长于磁性异质结构的分子束外延生长技术、微纳器件加工、亚铁磁物理和自旋轨道力矩效应研究。已承担青年基金项目“强垂直磁各向异性亚铁磁薄膜电流诱导磁化翻转研究”（2021-2023年），近年来参与国家重点研发计划“高密度磁存储材料及集成技术研究”（2018-2022年）和中科院战略性先导科技专项（B类）项目“存算一体基础器件与系统前沿科学”（2020-2024年）等重大项目。在Physical Review Applied、Applied Surface Science和Applied Physics Letters等期刊上发表SCI论文30余篇，获授权发明专利3件。主要讲授集成电路制造工艺、电介质物理和半导体制程设备技术等课程。

邮箱：zhaoxupeng@dgut.edu.cn， 办公地点: G2栋205

团队成员

艾远飞 男，博士，校聘副研究员 2018年博士毕业于电子科技大学。2021年入职0638太阳集团。主要从事柔性电子皮肤、可穿戴传感器、运动与生物监测传感器等方向研究，在Nano Energy, ACS Nano等高水平期刊上, 发表学术论文20余篇，他引800余次。主持广东省基础与应用基础研究基金委员会青年基金、东莞市东莞市社会发展科技项目、广东省科技创新战略专项资金等4项。

邮箱: aiyf@dgut.edu.cn，办公地点: G2栋205

牛高强，男，博士，讲师，2023年毕业于南方科技大学，物理学专业。主要从事MEMS工艺开发、半导体传感器设计、半导体光伏等方向的研究工作。近年来，在相关研究领域以第一作者发表多篇SCI论文；在IEEE MEMS、Transducers、NEMS、ICEPT等国际会议发表论文多篇，此外申请并获批中国专利2项，国际专利1项。

邮箱：niugaoqiang@dgut.edu.cn，办公地点：G2栋205

罗福川，男，博士，讲师。2020年毕业于电子科技大学，材料科学与工程专业博士，加州大学伯克利分校访问学者。主要从事柔性复合介质基板的研究工作。主持广东省粤莞联合基金1项，发表SCI论文10余篇，授权国家专利1项。

邮箱：luofuc@dgut.edu.cn，办公地点：创新楼G2 202

在读研究生：

2024级：张博文；陈景泉

2023级：李健城

科研方向

1. 面向非易失性磁性存储器的全电学写入机理

为了实现SOT驱动垂直磁矩的确定性翻转，通常需要施加平行于电流方向的面内磁场。这一辅助磁场的作用是用来打破垂直磁化矢量相对于面内自旋极化电子的对称性。本团队利用分子束外延设备在GaAs衬底上制备了高晶体质量、良好垂直磁各向异性的Co₂MnSi/D0₂₂-Mn₃Ga双层膜。通过密度泛函理论计算表明，该双层材料界面处存在显著的磁化梯度，从而诱导产生强烈的层间Dzyaloshinskii−Moriya相互作用（DMI）。这种对称性破缺使得在霍尔桥器件中实现了高效的零场SOT翻转。直流电流下反常霍尔曲线的横向偏移证实了零场下较高的SOT效率χ_SOT。此外，通过分析SOT翻转行为对平面磁场H_x的依赖性，发现DMI有效场H_g-DMI的强度高达60 Oe。这项研究证明利用面外磁化强度梯度实现全电学SOT翻转具有可行性，并为下一步通过增大组分变化范围或设计磁性双层膜，从而构建更高磁化强度梯度以实现零场下高SOT翻转比例奠定了初步实验基础。

图1. (a,b)磁性双层膜异质结构及非共线自旋结构示意图；(c-e) SOT翻转曲线。

2. 高性能PTFE基体复合微波介质基板的优化调控

随着5G中后期和6G通讯时代的到来，高频介质基板必须同时满足具有极低tanδ和近零τε值，而且复合基板的εr大小可以根据需要调节。传统的无机陶瓷材料由于具有优异的微波介电性能和良好的力学性能，近年来被作为填充物掺杂到PTFE基体中制备复合微波介质基板，以实现对复合基板介电性能的优化调控，从而为PTFE基介质基板的大规模商用提供了可行性。本团队对无机填充物表面氟化改性流程及基板内部微结构致密化过程进行了研究。研究发现，决定无机填充物能否与PTFE形成致密微观结构的关键因素是填充物表面特征键的氟化改性处理流程。根据硅烷偶联剂作用于无机填充物表面的化学反应机理，决定改性效果的关键因素是填充物表面有效-OH的含量。通过XPS分析对F原子的自旋轨道吸收峰进行比较，研究偶联剂表面的-CF₃官能团；并通过对样品在C_1s自旋轨道的吸收峰进行分峰拟合处理，研究C原子的化学成键状态。通过FTIR红外图谱确定偶联剂中有机官能团是否被成功的嫁接到无机填充物表面，最终实现了对改性效果的有效表征。

图2 无机填充物表面氟化改性流程及基板内部致密微结构的化学机理

3. 高选择性高性能半导体MEMS气体传感器研究

本团队深入研究了金属氧化物半导体气体传感器的传感机理，构建“制备方法-材料结构-气敏性能-传感机理”的研究路线。前期研究实现了对部分目标气体的高灵敏高选择性检测（甲醛，丙酮，酒精，H₂S，SO₂，NO₂，H₂…）；除此之外致力于MEMS微加热器件设计的设计，实现传感器的规模化制备及低功耗设计，同时探索基于MEMS气体传感器阵列的智能化应用。

图3 MEMS气体传感芯片及相关应用

团队代表性科研成果

[1] Zhao X P, Zhang S, Han R, et al. Field-free spin–orbit torque switching in a perpendicularly magnetized bilayer with a large interfacial saturation magnetization gradient[J]. Applied Surface Science, 2025, 688: 162388.

[2] Zhao X P, Sun H, Han R, et al. Enhanced interlayer Dzyaloshinskii–Moriya interaction and field-free switching in magnetic trilayers with orthogonal magnetization[J]. APL Materials, 2024, 12(4): 041103

[3] Zhao X P, Sun H, Tong S, et al. Manipulation of perpendicular magnetic anisotropy and spin–orbit torque switching behavior in ferrimagnetic D022-Mn3Ga based multilayers[J]. Applied Physics Letters, 2023, 123(4): 042407

[4] Han R K, Liu L, Sun H L, et al. Large tunable perpendicular magnetic anisotropy in ultrathin co-based ferromagnetic films induced by antiferromagnetic δ-Mn[J]. Physical Review Applied, 2023, 19(2): 024033.

[5] Zhao X P, Mao S, Wang H, et al. Antiferromagnet-mediated spin–orbit torque induced magnetization switching in perpendicularly magnetized L1-MnGa[J]. Applied Physics Letters, 2021, 118(9): 092401

[6] Zhao X P, Lu J, Mao S W, et al. Spin-orbit torque induced magnetization switching in ferrimagnetic Heusler alloy D22-Mn3Ga with large perpendicular magnetic anisotropy[J]. Applied Physics Letters, 2019, 115(14): 142405.

[7] Zhao X P, Lu J, Mao S W, et al. Spontaneous perpendicular exchange bias effect in L1-MnGa/FeMn bilayers grown by molecular-beam epitaxy[J]. Applied Physics Letters, 2018, 112(4):042403.

[8] Niu G., Zhuang Y., Hu Y., Liu Z., Wu B., Wang F. Selective discrimination of VOCs gases at ppb-level using mos gas sensor in temperature-pulsed operation mode with modified hill equation [J]. Surfaces and Interfaces, 2024, 44: 103761.

[9] Niu G., Zhang M., Wu B., Zhuang Y., Ramachandran R., Zhao C., Wang F. Nanocomposites of pre-oxidized Ti₃C₂T_x mxene and SnO₂ nanosheets for highly sensitive and stable formaldehyde gas sensor [J]. Ceramics International, 2023, 49(2): 2583-2590.

[10] Niu G., Wang F. A review of MEMS-based metal oxide semiconductors gas sensor in mainland China [J]. Journal of Micromechanics and Microengineering, 2022, 32(5): 054003.

[11] Niu G., Zhao C., Gong H., Yang Z., Leng X., Wang F. NiO nanoparticle-decorated SnO₂ nanosheets for ethanol sensing with enhanced moisture resistance [J]. Microsystems & Nanoengineering, 2019, 5(1): 21.

[12] Niu G., Gong H., Zhao C., Wang F. H₂S sensor based on MEMS hotplate and on-chip growth of CuO-SnO₂ nanosheets for high response, fast recovery and low power consumption; proceedings of the 2020 IEEE 33rd International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS), F 18-22 Jan. 2020, 2020 [C].

[13] Niu G., Zhuang Y., Hu Y., Liu Z., Wang F. Selective discrimination of ppb-level vocs using mos gas sensor in pulse-heating mode with the modified hill's model; proceedings of the 2023 IEEE 36th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS), F 15-19 Jan. 2023, 2023 [C].

[14] Luo F, Tang B, Fang Z, et al. Polytetrafluoroethylene based, F8261 modified realization of Li2SnMg0. 5O3. 5 filled composites[J]. Applied Surface Science, 2020, 503: 144088.

[15] Luo F, Tang B, Fang Z, et al. Effects of coupling agent on dielectric properties of PTFE based and Li2Mg3TiO6 filled composites[J]. Ceramics International, 2019, 45(16): 20458-20464.

[16] Luo F, Zhang S, Tang B, et al. Newly developed polytetrafluoroethylene composites based on F8261-modified Li2Mg2. 88Ca0. 12TiO6 powder[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2019, 803: 145-152.

[17] Luo F, Tang B, Yuan Y, et al. Microstructure and microwave dielectric properties of Na1/2Sm1/2TiO3 filled PTFE, an environmental friendly composites[J]. Applied Surface Science, 2018, 436: 900-906.

[18] Luo F, Tang B, Yuan Y, et al. Fabrication of 0.8 BaTi4O9-0.2 BaZn2Ti4O11 filled and glassfiber reinforced polytetrafluoroethylene composites with near-zero temperature coefficient of dielectric constant[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2018, 769: 1034-1041.

[19] Luo F, Tang B, Yuan Y, et al. Evaluation of surface treatment on Li2Mg3SnO6 ceramic powders and the application of Li2Mg3SnO6 powders filled polytetrafluoroethylene composites[J]. Applied Surface Science, 2018, 456: 637-644.

[20] Ai Y, Wu S C, Zhang F, et al. Bifunctional TiN@ N-doped-graphene catalyst based high sulfur content cathode for reversible Aluminum-Sulfur batteries[J]. Energy Storage Materials, 2022, 48: 297-305.

[21] Ai Y, Zhang X, Li R, et al. Reversible Intercalation of Al‐Ions in Poly (3, 4‐Ethylenedioxythiophene): Poly (4‐Styrenesulfonate) Electrode for Aqueous Electrochemical Capacitors with High Energy Density[J]. Energy Technology, 2021, 9(4): 2001036.