具有高光开关比和高响应度的单根In2O3纳米线紫外光电晶体管

In_2O_3纳米线由于其独特性质而成为紫外光电探测器的潜力候选者,目前,In_2O_3纳米线基紫外光电探测器已被广泛研究,但较大的暗电流限制了其进一步应用。本文制备了In_2O_3纳米线紫外光电晶体管,通过背栅电压的调制作用,器件中的暗电流几乎被全部耗尽,同时,由于光照下的阈值偏移,栅压对光电流的影响较小。最终得到具有高光开关比(1.07×10~8)和高响应度(5.58×10~7 A/W)的单根In_2O_3纳米线紫外光电晶体管,性能明显优于之前报道的In_2O_3纳米结构光电探测器。本工作促进了In_2O_3纳米线在下一代纳米光电子器件和集成电路中的应用。     

基于垂直晶体管结构的低电压并五苯光电探测器

并五苯(Pentacene)具有优良的场效应晶体管特性及在可见光区的高吸收系数, 被广泛应用于光敏(电)晶体管中. 垂直晶体管的沟道长度可做到纳米量级, 能有效提高器件的性能和工作频率, 同时降低能耗. 本文制备了一种基于垂直晶体管结构的低电压并五苯光电探测器ITO(S)/Pentacene/Al(G)/Pentacene/Au(D). 实验发现, 在工作电压低至-3 V时, 并五苯光电探测器ITO/Pentacene (80 nm)/Al(15 nm)/ Pentacene(80 nm)/Au 的阈值电压为-0.9 V, “开/关”电流比为10⁴, 表现出了良好的P型晶体管特性以及低电压调控性能. 在350-750 nm的不同波长单色光照射下, 器件的“明/暗”电流比和响应度随入射波长而变化; 在350 nm单色光照射下, 该光电探测器的“明/暗”电流比的最大值达到308, 其对应的响应度为219 mA·W^-1, 大于标准硅基探测器在350 nm 单色光照射下的探测率. 这为制备低电压下工作的高灵敏度全有机光电探测器提供了一种可行的方法.     

片上制备横向结构ZnO纳米线阵列紫外探测器件

将纳米技术与传统的微电子工艺相结合, 片上制备了横向结构氧化锌(ZnO)纳米线阵列紫外探测器件, 纳米线由水热法直接自组织横向生长于叉指电极之间, 再除去斜向的多余纳米线, 其余工艺步骤与传统工艺相同. 分别尝试了铬(Cr)和金(Au)两种金属电极的器件结构: 由于Cr电极对其上纵向生长的纳米线有抑制作用, 导致横向生长纳米线长度可到达对侧电极, 光电响应方式为受表面氧离子吸附控制的光电导效应, 光电流大但增益低, 响应速度慢, 经二次电极加固, 纳米线根部与电极金属直接形成肖特基接触, 光电响应方式变为光伏效应, 增益和速度得到了极大改善; 由于Au电极对其上纵向生长的纳米线有催化作用, 导致溶质资源的竞争, 相同时间内横向生长的纳米线不能到达对侧, 而是交叉桥接, 但却形成了紫外光诱导的纳米线间势垒结高度调控机理, 得到的器件特性为最优, 在波长为365 nm的20 mW/cm²紫外光照下, 1 V电压时暗电流为10^-9 A, 光增益可达8×10⁵, 响应时间和恢复时间分别为1.1 s和1.3 s.     

基于Pt/GaN/AlGaN异质结高响应度双波段紫外探测器

提出一种在AlGaN基PIN器件的p-GaN表面上沉积Pt,形成肖特基势垒(SB)-PIN异质结器件,器件的能带和载流子的输运发生了变化,这种新型光电探测器实现了双波段紫外探测,可分别工作在光伏和光电导模式下。器件在275 nm波长的紫外光照射的负偏置电压下,工作模式为光伏探测,当入射光功率密度为100μW/cm²,偏置电压为-10 V时,器件得到最大响应度(0.12 A/W);当偏置电压为-0.5 V时,器件得到最大探测率(1.0×10¹³ cm·Hz^1/2·W^-1)。器件在正偏置电压工作模式下可作为高响应、高增益的光电导探测器,当偏置电压为+10 V时,用275 nm和365 nm波长的紫外光照射(光功率密度为100μW/cm²),器件的响应度分别为10 A/W和14 A/W,外量子效率分别为4500%和4890%。所设计的双波段多功能器件将极大地扩展基于AlGaN的紫外探测器的用途。     

双向生长直径突变银纳米线表面的SERS偏振光谱研究

银纳米线作为典型的一维贵金属纳米材料,具有优异的局域表面等离子体共振(LSPR)特性和表面等离子体传导(SPP)特性,使它作为纳米光电器件最重要和最基本的构件在传感器^[1]、信息存储、微纳光电子器件^[2]等方面有着广阔的应用前景。然而,目前纳米线体系的组装,特别是对不同直径银纳米线体系的组装主要是通过物理机械耦合,而不是直接生长结合。这样会在纳米线耦合处引起不可避免的能量损耗,并导致纳米器件的低效性和不稳定性,直接影响了其性能和实际应用。因此通过另辟蹊径直接将直径不同的银纳米线生长在一起,可以大幅度提高它的传输效率、降低损耗,这对其的实际应用有着重要的意义。     

基于Au纳米岛修饰的CdSSe纳米带光电探测器

三元合金CdS_xSe_1–x兼具CdS和CdSe的物理性质,其带隙可以通过改变元素的组分来调节.该合金具有优异的光电性能,在光电器件方面具有潜在的应用价值.本文首先通过热蒸发法制备了单晶CdS_0.42Se_0.58纳米带器件,在550 nm光照及1 V偏压下,器件的光电流与暗电流之比为1.24×10³,光响应度达60.1 A/W,外量子效率达1.36×10⁴%,探测率达2.16×10¹¹ Jones,其上升/下降时间约为41.1/41.5 ms.其次,通过Au纳米岛修饰该CdS_0.42Se_0.58纳米带后,器件的光电性能显著提升,在550 nm光照及1 V偏压下,器件的光开关比、响应度、外量子效率及探测率分别提高了5.4倍、11.8倍、11.8倍和10.6倍,并且上升/下降时间均缩短了近一半.最后基于Au纳米岛的局域表面等离子共振解释了器件光电性能增强的微观物理机制,为在不增大器件面积的前提下,...     

单载流子传输的双异质结光敏晶体管探测器的研究

基于器件仿真器Atlas, 建立了InP/InGaAsP单向载流子传输的双异质结光敏晶体管(UTC-DHPT)的二维模型, 分析讨论了器件性能与外延结构参数的关系. 设计出同时具有高响应度(≥17.93 A/W)和高特征频率(≥121.68 GHz)的UTC-DHPT, 缓解了传统的异质结光敏晶体管光电探测器中探测效率和工作速度的矛盾. 关键词： 单向载流子 光敏晶体管 电流放大倍数 响应度     

低温透明非晶IGZO薄膜晶体管的光照稳定性

采用室温射频磁控溅射非晶铟镓锌氧化合物(a-IGZO), 在相对低的温度(<200 ℃)下成功制备底栅a-IGZO 薄膜晶体管器件, 其场效应迁移率10 cm^-2·V^-1·s^-1, 开关比大于10⁷, 亚阈值摆幅 SS为0.4 V/dec, 阈值电压为3.6 V. 栅电压正向和负向扫描未发现电滞现象. 白光发光二极管光照对器件的输出特性基本没有影响, 表明制备的器件可用于透明显示器件. 研究了器件的光照稳定性, 光照10000 s后器件阈值电压负向偏移约0.8 V, 这种漂移是由于界面电荷束缚所致. 关键词： 非晶铟镓锌氧化合物 薄膜晶体管 光照稳定性 电滞现象     

基于聚合物共混的有机场效应晶体管光电性能研究

采用聚合物共混的方法制备了体异质结薄膜,将其作为光敏半导体层制备了有机场效应光晶体管.利用原子力显微镜表征了共混薄膜的分相情况,探究了器件提高激子解离效率的机理,并对比了聚合物共混前后有机场效应晶体管的光电性能变化和相分离情况.结果表明：制备的聚合物共混光晶体管在微弱光线条件下(0.038 mW/cm²,808 nm)具有较高的光敏性(为10⁶).通过共混聚合物半导体材料制备体异质结薄膜可以有效地提高激子解离的效率,通过双层绝缘层能进一步降低光晶体管的暗电流,从而提高器件的光敏性.     

SiO2纳米线簇、C-Si-O纳米球的制备及形貌、红外光谱和光致发光光谱研究

以二茂铁和硅油作为催化剂和原料,利用高温裂解硅油为C,Si,O源,在常压N₂和H₂混合气氛的化学气相沉积管式炉中制备了大量直径为5—40 nm、长数百纳米的非晶SiO₂纳米线簇及粒径为100—300 nm的C-Si-O实心纳米球. 利用透射电子显微镜、扫描电子显微镜对产物形貌进行表征.Fourier红外吸收谱显示出非晶SiO₂所具有的474,802和1100 cm^-1三个特征峰;SiO₂纳米线簇的光致发光光谱具有较强440 nm蓝光发光峰;而C-Si-O（原子数之比为1.13∶1∶2.35）纳米球具有奇特的红绿蓝（625,540,466 nm）三色光致发光谱. 关键词： 2纳米线簇')" href="#">SiO₂纳米线簇 C-Si-O纳米球 高温裂解 Fourier红外谱     

Horizontal InAs nanowire transistors grown on patterned silicon-on-insulator substrate

High-density horizontal InAs nanowire transistors are fabricated on the interdigital silicon-on-insulator substrate. Hexagonal InAs nanowires are uniformly grown between face-to-face (111) vertical sidewalls of neighboring Si fingers by metal-organic chemical vapor deposition. The density of InAs nanowires is high up to 32 per group of silicon fingers, namely an average of 4 nanowires per micrometer. The electrical characteristics with a higher on/off current ratio of 2×10⁵ are obtained at room temperature. The silicon-based horizontal InAs nanowire transistors are very promising for future high-performance circuits.     

Electronic transport properties of silicon junctionless nanowire transistors fabricated by femtosecond laser direct writing

Silicon junctionless nanowire transistor(JNT) is fabricated by femtosecond laser direct writing on a heavily n-doped SOI substrate.The performances of the transistor,i.e.,current drive,threshold voltage,subthreshold swing(SS),and electron mobility are evaluated.The device shows good gate control ability and low-temperature instability in a temperature range from 10 K to 300 K.The drain currents increasing by steps with the gate voltage are clearly observed from 10 K to50 K,which is attributed to the electron transport through one-dimensional(1D) subbands formed in the nanowire.Besides,the device exhibits a better low-field electron mobility of 290 cm~2·V~(-1)·s~(-1),implying that the silicon nanowires fabricated by femtosecond laser have good electrical properties.This approach provides a potential application for nanoscale device patterning.     

基于微芯片的透射电子显微镜的低温纳米精度电子束刻蚀与原位电学输运性质测量

利用微芯片制备技术制备了带有电极的原位电学薄膜芯片,并结合自制的原位透射电镜样品台,实现了低温下透射电子显微镜聚焦电子束对InAs纳米线的精细刻蚀以及不同温度下的原位电学性能测量.研究发现,随着刻蚀区域截面积的减小,纳米线的电导率也随之减小.当纳米线的截面积从大于10000 nm2刻蚀至约800 nm2时,纳米线电导的减小速率与截面积的减小具有线性关系.同时利用低温聚焦电子束刻蚀,在InAs纳米线上原位制备了一个10 nm的纳米点,并在77与300 K下对该纳米点进行了电学性能测量.通过测量发现在77 K时出现库仑阻塞效应,发生了电子隧穿现象;而300 K时,热扰动提供的能量使这种现象消失.     

基于P掺杂SiO2为栅介质的超低压侧栅薄膜晶体管

在室温下利用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)制备的颗粒膜P掺杂SiO₂为栅介质, 使用磁控溅射方法利用一步掩模法制备出一种新型结构的侧栅薄膜晶体管. 由于侧栅薄膜晶体管具有独特的结构, 在射频磁控溅射过程中, 仅仅利用一块镍掩模板, 无需复杂的光刻步骤, 就可同时沉积出氧化铟锡(ITO)源、漏、栅电极和沟道, 因此, 这种方法极大地简化了制备流程, 降低了工艺成本. 实验结果表明, 在P掺杂SiO₂栅介质层与沟道层界面处形成了超大的双电层电容(8 μF/cm²), 这使得这类晶体管具有超低的工作电压1 V, 小的亚阈值摆幅82 mV/dec、高的迁移率18.35 cm²/V·s和大的开关电流比1.1×10⁶. 因此, 这种P掺杂SiO₂双电层超低压薄膜晶体管将有望应用于低能耗便携式电子产品以及新型传感器领域. 关键词： 2')" href="#">P掺杂SiO₂ 侧栅薄膜晶体管 双电层(EDL) 超低压     

Optically-controlled resistive switching effectsof CdS nanowire memtransistor

Since it was proposed, memtransistors have been a leading candidate with powerful capabilities in the field of neural morphological networks. A memtransistor is an emerging structure combining the concepts of a memristor and a field-effect transistor with low-dimensional materials, so that both optical excitation and electrical stimuli can be used to modulate the memristive characteristics, which make it a promising multi-terminal hybrid device for synaptic structures. In this paper, a single CdS nanowire memtransistor has been constructed by the micromechanical exfoliation and alignment lithography methods. It is found that the CdS memtransistor has good non-volatile bipolar memristive characteristics, and the corresponding switching ratio is as high as 10⁶ in the dark. While under illumination, the behavior of the CdS memtransistor is similar to that of a transistor or a memristor depending on the incident wavelengths, and the memristive switching ratio varies in the range of 10 to 10⁵ with the increase of the incident wavelength in the visible light range. In addition, the optical power is also found to affect the memristive characteristics of the device. All of these can be attributed to the modulation of the potential barrier by abundant surface states of nanowires and the illumination influences on the carrier concentrations in nanowires.     

高质量单层二硫化钼薄膜的研究进展

作为一种新型的二维半导体材料,单层二硫化钼薄膜由于其优异的特性,在电子学与光电子学等众多领域具有潜在的应用价值.本文综述了我们课题组在过去几年中针对单层二硫化钼薄膜的研究所取得的进展,具体包括:在二硫化钼薄膜的制备方面,通过氧辅助化学气相沉积方法,实现了大尺寸单层二硫化钼单晶的可控生长和晶圆级单层二硫化钼薄膜的高定向外延生长;在二硫化钼薄膜的加工方面,发展了单层二硫化钼薄膜的无损转移、洁净图案化加工、可控结构相变与局域相调控的方法,为场效应晶体管等电子学器件的制备与性能优化提供了基础;在二硫化钼异质结方面,研究了二硫化钼薄膜与其他二维材料形成的异质结的电学以及光电性质,为二维材料异质结的构筑和器件特性研究提供了实验参考;在二硫化钼薄膜功能化器件与应用方面,构筑了全二维材料、亚5 nm超短沟道场效应晶体管器件,验证了单层二硫化钼对短沟道效应的有效抑制及其在5 nm工艺节点器件中的应用优势;此外,利用制备的高质量单层二硫化钼和发展的器件洁净加工技术,实现了高性能柔性薄膜晶体管的集成,获得了超高灵敏度与稳定性的非接触型湿度传感器.我们在二硫化钼薄膜的制备、加工以及器件特性研究方面所取得的进展对于二硫化钼及其他二维过渡金属硫属化合物的基础和应用研究均具有指导意义.     

合成温度和N2/O2流量比对碳纤维衬底上生长的SnO2纳米线形貌及场发射性能影响

采用化学气相沉积法系统研究了合成温度和N₂/O₂流量对生长在碳纤维衬底上的SnO₂纳米线形貌及场发射性能的影响规律. 利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM), X射线衍射(XRD)及能谱仪(EDS)对产物细致表征, 结果表明, SnO₂纳米线长径比随反应温度的升高而增大; 随N₂/O₂流量比值的增大先增大后变小, 场发射测试表明, 合成温度780 ℃, N₂/O₂流量比为300 : 3 时SnO₂纳米线阵列具有最佳的场发射性能, 开启电场为1.03 V/μm, 场强增加到1.68 V/μm时, 发射电流密度达0.66 mA/cm², 亮度约2300 cd/m².     

玉米淀粉固态电解质质子\电子杂化突触晶体管

随绿色可持续发展观念的深入人心,研究人员致力于寻找天然有机材料应用于功能性电子器件.淀粉以其低廉的价格、丰富的来源和优异的机械性能进入了科研人员的视野.淀粉可由玉米、马铃薯、甘薯和葛根等含淀粉的物质中提取而得,一般不溶于水,在和水加热至一定温度时,则糊化成胶状溶液.本文通过旋涂法将玉米淀粉的胶状溶液旋涂至氧化铟锡玻璃表面,然后在30?C恒温环境中晾干制备成固态胶合状薄膜.以此薄膜作为固态电解质制备了氧化铟锌突触晶体管,并实现了生物神经突触的双脉冲易化、学习记忆能力、高通滤波等可塑性行为的仿真.本研究以玉米淀粉固态胶合薄膜作为电解质大大降低了氧化物薄膜晶体管固态电解质的成本,且该电解质无毒性、来源丰富,将为人工神经网络的开发提供一种可选择的元件.     

沟道层厚度对室温制备的In2O3薄膜晶体管器件性能的影响

在室温下采用直流磁控溅射以SiO₂/Si为衬底制备了不同沟道层厚度的底栅式In₂O₃薄膜晶体管,讨论了沟道层厚度对底栅In₂O₃薄膜晶体管的电学性能的影响。实验结果表明:器件的特性与沟道层厚度有关,最优沟道层厚度的In₂O₃薄膜晶体管为增强型,其阈值电压为2.5 V,开关电流比约为10⁶,场效应迁移率为6.2 cm²·V^-1·s^-1。