无真空、低成本Mist-CVD外延制备高质量单晶NiO/Ga2O3 p-n异质结与器件(英文)

在氧化镓(Ga₂O₃)材料p型掺杂困难的背景下,Ga₂O₃ p-n异质结器件在氧化镓器件的应用中起着重要作用.因此,寻找一种高效、经济的制备方法制备Ga₂O₃异质结对器件应用具有重要意义.在这项工作中,我们成功基于低成本、无真空的雾化学气相沉积(Mist-CVD)外延制备了单晶氧化镍(NiO)和β-Ga₂O₃异质结.其中,NiO(111)和β-Ga₂O₃(-201)的XRD摇摆曲线半高宽分别为0.077°和0.807°.NiO与β-Ga₂O₃之间的能带表现为Ⅱ型异质结构.基于此异质结,我们制备了准垂直器件,器件具有明显的p-n结整流特性,反向击穿电压为117 V.本工作为β-Ga₂O₃异质p-n结的制备提供了一种低成本、高质量的方法.     

p型ZnO薄膜研究进展

ZnO薄膜是一种应用广泛的半导体材料.近几年来,随着对ZnO的光电性质及其在光电器件方面应用的开发研究,ZnO薄膜成为研究热点之一.制备掺杂的p型ZnO是形成同质p-n结以及实现其实际应用的重要途径.近来已在p型ZnO及其同质结发光二极管(LED s)研究方面取得了较大的进展.目前报道的p型ZnO薄膜的电阻率已降至10-3Ω.cm量级.得到了具有较好非线性伏安特性的ZnO同质p-n结和紫外发光LED.本文就其最新进展进行了综述.     

超声喷雾热解法生长氧化锌同质p-n结及其电致发光性能研究

采用超声喷雾热解法在单晶GaAs(100) 衬底上生长ZnO同质p-n结. 以醋酸锌水溶液为前驱体, 分别以醋酸铵和硝酸铟为氮(N)源和铟(In)源, 通过氮--铟(N-In)共掺杂沉积p型ZnO薄膜, 以未故意掺杂的ZnO薄膜做为n型层获得ZnO基同质p-n结. 采用热蒸发工艺在ZnO层和GaAs衬底上分别蒸镀Zn/Au和Au/Ge/Ni电极而获得发光二极管原型器件, 在室温下发现了该器件正向电流注入下的连续发光现象.     

基于化学掺杂的碳纳米管二极管

本文制备了一种基于局部化学掺杂的单壁碳纳米管(SWCNT) p-i-n结二极管。在此器件中,单根SWCNT沟道的两端分别被掺杂成p型和n型,沟道中段保留为本征状态,从而在SWCNT中形成具有较强内建电场的p-i-n结,表现出二极管特性。所制二极管器件具有高的器件性能,其整流比可达10~3数量级、反向饱和电流仅为23 p A。此外,简要探讨了该结构二极管的工作原理。     

P型透明导电SnO2薄膜的研究进展

SnO2薄膜是一种应用广泛的宽禁带半导体材料.近几年来,随着对SnO2的光电性质及其在光电器件方面应用的开发研究,SnO2薄膜成为研究热点之一.制备掺杂的p型SnO2是形成同质p-n结以及实现其实际应用的重要途径.近年来,国内外在p型SnO2薄膜研究方面取得了较大的进展.目前报道的p型SnO2薄膜的最高电导率为5.952Ω-1cm-1.并且得到了具有较好非线性伏安特性的铟锡氧化物的透明p-n结.本文就其最新进展进行了综述.     

ZnO同质p-n结的研究

调节反应气体中O2的比例和RF电源的功率可以增加本征施主V0的形成焓,降低本征受主VZn和Oi的形成焓,制备出p型ZnO薄膜;采用掺杂金属Al制备出低电阻n型ZnO薄膜,在此基础上得到性能可观的ZnO同质p-n结.     

氧化锌薄膜的p型掺杂及光学和电学性质研究

为了实现氧化锌薄膜的p型掺杂,从而制备氧化锌同质p-n结,采用化学气相沉积法,以二水合醋酸锌为前驱,醋酸铵为氮源,在氧气氛下制备了氮掺杂的p型氧化锌薄膜.利用X射线光电子能谱和X射线衍射分析,表征了氧化锌薄膜的化学成分.通过霍尔效应测量证实了薄膜的p型导电特性.探讨了制备过程中温度、压强、源物质等条件对反应产物的影响,研究了薄膜的光学和电学特性,得到了p型氧化锌薄膜的吸收光谱和光致发光光谱,以及氧化锌p-n结的伏安特性曲线.     

β-Ga2O3/p-SiNWs异质结光学特性与电学性质研究

氧化镓(Ga₂O₃)是一种宽禁带的半导体材料,超大的禁带宽度(4.9eV)、较高击穿电场强度和高热稳定性,使其成为一种很有应用前景的材料。本文以p型硅纳线阵列(p-SiNWs)为衬底,使用磁控溅射法制备了β-Ga₂O₃/p-SiNWs异质结,探究了其光学与电学性质。与纯Si相比,p-SiNWs表现出优良的“陷光”特性,其反射系数约为纯Si的1/6,且随着p-SiNWs长度的增加,反射系数逐渐降低。室温下光致发光光谱(PL)测试发现,异质结在551nm附近出现典型的绿色发射峰。β-Ga₂O₃/p-SiNWs异质结具有明显的整流特性,在V=1.40V时其整流系数高达1724,随着p-SiNWs长度增加异质结理想因子逐渐增加,最佳理性因子为1.98。通过计算logI-logV图对其电荷传输机制进行了探究。退火可以提高β-Ga₂O₃薄膜的结晶度,从而提高异质结的电学特性。     

原子尺度控制全氧化物p-n结的制备和特性研究

采用替位掺杂的方法,使用激光分子束外延技术,成功地制备出钛酸锶、钛酸钡、钛酸锶/钛酸钡、YBCO/钛酸锶和钛酸锶/锰酸镧等全氧化物p-n结.X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、高分辨透射电镜(HRTEM)等测量分析结果均表明,p-n结构的表面与界面均达到原子尺度的光滑,p-n结的I-V曲线显示了很好的整流特性.首次观测到全氧化物p-n结电流和电压的磁调制特性与正的巨磁电阻效应,在290 K和255 K条件下,外磁场变化5398A/m时,磁电阻的最大灵敏度分别达到85Ω/79.6 A·m-1和246Ω/79.6A·m-1;在一个多层p-n结构上,磁电阻的变化率△R/R0达到517%.     

NiO/Ga2O3 p+-n异质结功率二极管中陷阱介导双极型电荷输运研究(英文)

构筑NiO/Ga₂O₃ p+-n异质结是克服Ga₂O₃ p型掺杂瓶颈从而实现双极型功率电子器件的有效途径,然而限制器件性能的缺陷行为与双极型电荷输运等物理机制尚不明晰.本论文研究了NiO/Ga₂O₃ p⁺-n异质结中陷阱介导的载流子输运、俘获和复合动力学之间的内在关联特性.变温电流-电压特性的量化分析表明,在正偏亚阈值区,陷阱辅助隧穿占据主导地位,符合多数载流子陷阱介导的Shockley-Read-Hall复合模型,其陷阱激活能为0.64 eV,与深能级瞬态谱测试的陷阱能级位置(EC-0.67 eV)非常吻合;当正向偏压大于器件开启电压时,器件输运特性由少数载流子扩散所主导,器件理想因子接近于1.在反向偏置的高场作用下,器件漏电机制则由β-Ga₂O₃体材料中的陷阱引起的PooleFrenkel (PF)发射所导致. PF发射的势垒高度为0.75 eV,与等温变频深能级瞬态谱测得的陷阱能级位置...     

高压PLD法生长p型钠掺杂氧化锌纳米线阵列

采用高压脉冲激光沉积法(HP-PLD)研究了压强、金催化层厚度对钠掺杂氧化锌纳米线(ZnO:Na)生长的影响, 并制备了ZnO:Al薄膜/ZnO:Na纳米线阵列同质pn结器件。实验发现, 当金膜厚度为4.2 nm, 生长压强为3.33×10⁴ Pa, 生长温度为875℃时, 可在单晶Si衬底上生长c轴取向性良好的ZnO纳米线阵列。X射线衍射和X射线光电子能谱综合分析证实了Na元素成功掺入ZnO纳米线晶格中。在低温(15 K)光致发光谱中, 观测到了一系列由Na掺杂ZnO产生引起的受主光谱指纹特征, 如中性受主束缚激子峰(3.356 eV, A0X)、导带电子到受主峰(3.312 eV, (e, A0))和施主受主对发光峰(3.233 eV, DAP)等。通过在ZnO:Al薄膜上生长ZnO:Na纳米线阵列形成同质结, 测得I-V曲线具有明显的整流特性, 证实了ZnO:Na纳米线具有良好的p型导电性能。     

P型SnO TFTs制备及其电学性能研究

采用直流磁控溅射结合光刻工艺,在室温下制备了p型SnO薄膜及薄膜晶体管器件。研究了直流磁控制备过程中的关键工艺问题。研究发现预溅射5 min、氧气比例为13%、生长压强为0.96 Pa、200℃退火1.5 h可制备高开关比的p型SnO薄膜晶体管。器件开关比可达到6.2×10³,亚阈值摆幅为9.96 V·dec^-1。通过延长退火时间至2 h,可以大幅提高线性区迁移率至1.61 cm²·V^-1·S^-1,且亚阈值摆幅仅增大了0.54 V·dec^-1。通过延长预溅射时间至8 min,可以大幅提高p型SnO薄膜晶体管的载流子迁移率,器件线性区迁移率为5.25 cm²·V^-1·S^-1,饱和区迁移率为0.43 cm²·V^-1·S^-1。     

碳纳米管和镓掺杂碳纳米管场发射性能研究

采用催化热解方法分别 制备出碳纳米管和镓掺杂碳纳米管, 并利用丝网印刷工艺将其制备成纳米管薄膜. 对此薄膜进行低场致电子发射测试表明, 碳纳米管和镓掺杂纳米管开启电场分别为2.22和1.0V/μm, 当外加电场为2.4V/μm, 碳纳米管发射电流密度为400μA/cm², 镓掺杂纳米管发射电流密度为4000μA/cm². 可见镓掺杂碳纳米管的场发射性能优于同样条件下未掺杂时的碳纳米管. 对镓掺杂纳米管场发射机理进行了探讨.     

非晶氧化镓基日盲紫外探测器的研究进展

日盲紫外探测在空间安全通信、臭氧空洞监测、导弹来袭告警等民用与军事领域有着广阔的应用场景和特定的市场价值。氧化镓(Ga₂O₃)具有超宽的带隙(4.4~5.3 eV),几乎覆盖整个日盲波段,被认为是构筑日盲紫外探测器的理想材料之一。相较于单晶和外延氧化镓材料,非晶氧化镓(a-Ga₂O₃)的制备温度更低,工艺相对简单,且衬底的适用范围更广,因此近些年成为Ga₂O₃基日盲紫外探测领域新的研究热点。本文旨在对a-Ga₂O₃基日盲紫外探测器的研究进展与现状进行介绍。首先介绍了a-Ga₂O₃的基本特性以及几种常见的制备方法,进而介绍了各种适用的器件类型、结构及性能。目前,a-Ga₂O₃基日盲紫外探测器主要分为MSM型、结型、TFT型和阵列型等几大类,通过器件结构优化,进一步提升探测性能。其中,MSM型器件结构简单,响应度高,应用最为广泛;结型器件通过构建肖特基结和异质结等,具有响应速度快、暗电流低和自供电的特点;TFT型器件能够在抑制暗电流的同时放大增益,且可以通过施加栅压脉冲来提升响应速度;阵列型器件主要用于大面积成像。最后,本文对a-Ga₂O₃日盲紫外探测器未来的发展趋势进行了总结和展望。

     

由原子薄横向异质结构建的可调谐肖特基二极管（英文）

本研究利用一步化学气相沉积技术制备了Sn_xMo_1-xS₂/MoS₂横向异质结高性能二极管.通过选择性掺杂Sn原子到单层MoS₂的边缘,形成了与MoS₂相同晶格常数的Sn_xMo_1-xS₂.在边缘的Sn_xMo_1-xS₂和内部的MoS₂上分别沉积铬/金电极,形成肖特基势垒,其中势垒高度不同导致载流子仅在一个方向上传输.通过控制掺杂浓度和栅极电压,可实现MoS₂和Sn_xMo_1-xS₂之间费米能级的对齐调节,实现了可调整的整流比,最高达到10⁴.令人印象深刻的是,该二极管还表现出优异的光伏特性,该器件在λ=400 nm处实现了40%的外量子效率值.此外,我们在无外部偏压条件下实现了自供电光电探测,该异质结二...     

1D1R型阻变存储器的研究进展

本文从二极管类型、器件组成和单元结构综述了1D1R型阻变存储器的研究进展。二极管可分为硅基二极管、氧化物二极管(p-n结型、肖特基型)和聚合物二极管。硅基二极管性能优异,但制备温度高,不利于集成;氧化物二极管易制备,且与CMOS工艺兼容,但正向电流密度不足;聚合物二极管虽然性能较差,但易于大面积制备,柔性好。单元结构可分为1D1R、1D2R和Bi-1D1R。1D1R研究最为广泛,但不适用于双极型阻变介质,1D2R和Bi-1D1R型可适用于双极型阻变介质。分析静态和柔性下的器件表明:阻变介质和制备方法对于存储器的性能有较大影响,柔性1D1R型阻变存储器已经具备了一定的抗弯扭、卷绕能力,其柔性主要受到基底性质、膜层间粘附力、杨氏模量差、材料属性等影响。     

Co掺杂GaFeO3陶瓷的结构、导电及磁性能研究(英文)

GaFeO₃因其磁电耦合效应成为目前极具潜质的多铁性材料之一。本工作采用固相烧结法制备了不同钴掺杂浓度的铁酸镓陶瓷,并研究了钴的掺杂浓度对铁酸镓陶瓷的相组成,微观结构形貌,漏电流及磁性的影响。XRD及Rietveld精修结果显示除了主相GaFeO₃,还存在第二相,且随着钴含量的增加,第二相含量逐渐增加,晶体的畸变程度增大;因为掺入二价阳离子Co²⁺并引入了第二相,样品的漏电性能和纯GaFeO₃陶瓷相比显著改善;当钴掺杂浓度为2at%时,样品的漏电流密度相较于GaFeO₃降低了7个数量级;掺入Co²⁺引入第二相且晶格畸变程度增加使得GaFeO₃的磁性增强。研究结果表明:铁酸镓中掺杂微量的钴可以改善磁性,并使漏电流大幅降低而磁转变温度无明显下降。     

二维有机单晶p-n结用于双极晶体管（英文）

有机二维单晶半导体p-n结(pn-2DCOS)因其单晶性质和出色的双极性电荷传输特点,在有机逻辑电路领域具有巨大的应用潜力.然而,在p-n结中获得高度有序的单晶结构异常困难,因此关于pn-2DCOS的文献报道很少.本文基于简单滴注法和有效的二次转移技术成功得到基于C8-BTBT (p型)和TF T-CN (n型)的pn-2DCOS器件.这种具有几个分子层厚度的超薄pn-2DCOS的高性能双极场效应晶体管具有良好的平衡双极电荷传输性质,空穴迁移率高达0.43 cm^2V^-1s^-1,电子迁移率高达0.11 cm^2V^-1s^-1.这项工作为研究有机p-n结的固有特性提供了有效方法,并可为实现高性能有机互补电路提供借鉴.     

对非晶硅薄膜进行快速磷扩散以获得本征薄层异质结

本征薄层异质结(HIT)太阳能电池具有优异的性能,包括效率高、成本低、稳定性好、制备温度低等。本研究利用磁控溅射技术在p型单晶硅(pc-Si)衬底上制备一定厚度的本征非晶硅薄膜(i-a-Si),以磷纸为扩散源,通过快速热扩散(RTD)方法进行扩散得到具有p-n结的掺杂非晶硅层(n+-a-Si),最终得到n+-a-Si/i-a-Si/c-Si的异质结结构。系统地研究了扩散过程对a-Si膜(包括i-a-Si和n+-a-Si)晶化程度以及p-n结深度的影响,利用拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)仪、台阶仪、扫描电镜(SEM)等对a-Si膜进行表征,并利用金相显微镜测量p-n结(采用磨角染色法染色)深度,从而获得制备p-n结的最佳扩散温度和时间。     

ZnO薄膜的磁电光性质研究进展

ZnO薄膜是一种具有优良性质的材料,如光电、p-n结特性等,并有多种制备方法,其性质取决于不同的掺杂组分.概述了ZnO薄膜的制备方法、晶格特性、光电特性、p-n结特性及其磁性掺杂.