基于KH550-GO固态电解质中电容耦合作用的双侧栅IZO薄膜晶体管

本文利用旋涂技术在氧化铟锡塑料衬底上,制备了硅烷偶联剂(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)-氧化石墨烯固态电解质;以此固态电解质作为栅介质,进一步研究了双侧栅耦合电场质子/电子杂化氧化铟锌薄膜晶体管的电学特性.研究发现γ-氨丙基三乙氧基硅烷-氧化石墨烯固态电解质的双电层电容和质子电导率分别高达2.03μF/cm~2和6.99×10~(-3)S/cm;由于γ-氨丙基三乙氧基硅烷-氧化石墨烯复合固态电解质具有较大的双电层电容和质子电导率,利用其作为栅介质的质子/电子杂化氧化铟锌薄膜晶体管功耗低(其工作电压仅为约2 V),其开关比和场效应迁移率分别为1.23×10~7和24.72 cm~2/(V·s).由于γ-氨丙基三乙氧基硅烷-氧化石墨烯固态电解质的电容耦合作用,氧化铟锌薄膜晶体管在双侧栅电压刺激下,可有效地调控器件的阈值电压、亚阈值摆幅和场效应迁移率,并可实现"与"门逻辑运算功能.     

SiO2固态电解质中的质子特性对氧化物双电层薄膜晶体管性能的影响

本文采用等离子体增强化学气相沉积技术(PECVD)在室温条件下制备了具有双电层效应的二氧化硅(SiO₂) 固体电解质薄膜, 并以此SiO₂薄膜作为栅介质制备了氧化铟锌(IZO)双电层薄膜晶体管. 本文系统地研究了SiO₂固体电解质中的质子特性对双电层薄膜晶体管性能的影响, 研究结果表明, 经过纯水浸泡的SiO₂固体电解质薄膜可以诱导出较多的可迁移质子, 因此表现出较大的双电层电容. 由于SiO₂固体电解质薄膜具有质子迁移特性, 晶体管的转移特性曲线呈现出逆时针方向的洄滞现象, 并且这一洄滞效应随着栅极电压扫描速率的增加而增大. 进一步对薄膜晶体管的偏压稳定性进行测试, 发现晶体管的阈值电压的变化遵循了拉升指数函数(stretched exponential function)关系.     

紫外增强Lumogen薄膜旋涂法制备及其性能表征

Lumogen薄膜用于固态硅基探测器件CCD紫外增强具有显著的成本和工艺优势。研究旋涂法制备Lumogen薄膜的CCD紫外增强技术,通过对薄膜的光谱分析得到优化的制备工艺。制备的薄膜在可见光波段透过率较高,对紫外波段的光具有较强的吸收,其发射峰位于525 nm,并且激发谱较宽, 涵盖200～400 nm。实验结果表明使用旋涂法制备的紫外增强薄膜,能将紫外光转化为可见光,并且在增强紫外响应的同时,不削弱可见波段的响应,是一种有效增强固态检测器紫外响应的紫外增强薄膜。     

透明导电氧化铟锡薄膜的特殊应用

阐述了氧化铟锡（ＩＴＯ）薄膜的气敏特性及其导电扩散阻挡作用，对ＩＴＯ气敏薄膜及扩散阻挡层薄膜的制备过程、测试方法和应用进行了研究讨论。     

氧对IZO低压无结薄膜晶体管稳定性的影响

本文在室温下制备了无结结构的低压氧化铟锌薄膜晶体管, 并研究了氧分压对其稳定性的影响. 氧化铟锌无结薄膜晶体管具有迁移率高、结构新颖等优点, 然而氧化物沟道层易受氧、水分子等影响, 造成稳定性下降. 在室温下, 本文通过改变高纯氧流量制备氧化铟锌透明导电薄膜作为沟道层、源漏电极, 分析了氧压对于氧化物无结薄膜晶体管稳定性的影响. 为使晶体管在低电压(<2 V)下工作, 达到低压驱动效果, 本文采用具有双电层效应和栅电容大的二氧化硅纳米颗粒膜作为栅介质; 通过电学性能测试, 制备的晶体管工作电压仅为1 V、 开关电流比大于10⁶、亚阈值斜率小于100 mV/decade以及场效 应迁移率大于20 cm²/V·s. 实验研究表明, 通氧制备的氧化铟锌薄膜的电阻率会上升, 导致晶体管的阈值电压向正向漂移, 最终使晶体管的工作模式由耗尽型转变为增强型. 关键词： 薄膜晶体管 无结 氧化铟锌 氧分子     

气相辅助刮刀涂布法制备钙钛矿薄膜

由于具有高效率以及可溶液法制备等优点,钙钛矿太阳能电池受到了广泛关注。溶液法制备钙钛矿薄膜通常使用旋涂法。然而,溶液旋涂法具有厚度不均匀、原料浪费严重等缺点,因而不适合制备大面积钙钛矿薄膜。目前,制备大面积均匀的钙钛矿太阳能电池仍是一项挑战。为此,本文使用一种新方法(气相辅助刮刀涂布法)来克服这一问题。该方法能够制备出大面积、高结晶度的均匀钙钛矿薄膜。此外,通过改变前驱液的浓度,能够得到不同厚度的钙钛矿薄膜。进一步研究发现,当前驱溶液浓度为1. 0 M时,可以制备出光伏性能最佳的钙钛矿太阳能电池。当电池活性面积分别为0. 112 5 cm~2和1. 0 cm~2时,在AM1. 5G(100 mW/cm~2)模拟太阳光下,其光电转化效率的最高值为17. 76%(平均效率16. 9%)和16. 3%。这为大面积钙钛矿太阳能电池的制备提供了新思路。     

旋涂法制备WO3薄膜电致变色性能

"智能窗"大规模推广顺应可持续发展潮流,三氧化钨(WO_3)是生产"智能窗"的一种重要电致变色材料,但调控WO_3薄膜电致变色性能机制仍待进一步研究。采用旋涂法制备WO_3薄膜,重点研究了溶液浓度和旋涂次数对调控WO_3薄膜电致变色性能的影响。通过表面轮廓仪测量薄膜厚度,X射线衍射(XRD)测量薄膜结晶情况,原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)分析薄膜表面形貌,光谱仪测量薄膜初始态、着色态和褪色态的透射率。实验结果表明,随着溶液浓度增加(0. 2～1. 0 mol/L),薄膜厚度从9. 7 nm增加到33. 3 nm,透射率调制能力从0%提升到37. 0%;多次旋涂薄膜厚度线性增长,线性拟合优度(R~2)达0. 98,5次旋涂后透射率调制能力达51. 3%。改变溶液浓度和旋涂次数都是调控薄膜透射率调制能力的有效手段,精准调控薄膜透射率调制能力对设计不同应用场景的电致变色器件具有重大意义。     

半导体薄膜在航天器上的应用

本文简述了在控制航天器表面充电状态中,若干种半导体薄膜的应用,讨论了应用平面磁控反应溅射方法制备氧化铟和氧化铟锡薄膜的工艺,对其透光性与制备时的气氛条件及膜厚的关系也作了说明。     

高活性氧化亚铜薄膜材料的绿色合成研究

本文采用一步脉冲雾化化学气相沉积法在250℃下制备了氧化亚铜薄膜催化剂.实验研究了前驱体中掺杂水对氧化铜薄膜表面形貌、拓扑结构、表面成分和光学特性的影响规律.结果表明所制得的催化剂为纯相的氧化亚铜.前驱体溶液中掺杂水会导致氧化亚铜的晶粒变小,从而使得共光学能隙从2.16 eV降至2.04 eV.原子力显微镜结果表明随着水的加入,氧化亚铜的表面粗糙度降低,表面更加均匀.此外,利用密度泛函理论计算得到了水和乙醇在氧化亚铜薄膜表面的吸附和反应特性,并提出了氧化亚铜的形成机理.本文开发了一种低成本且实际可行的薄膜制造方法,该方法在太阳能电池和半导体等领域具有潜在应用.     

基于中性水凝胶/取向碳纳米管阵列高电压柔性固态超级电容器

随着科技发展和时代进步,发展质轻便携、安全环保的高性能储能器件变得日趋重要,对柔性固态超级电容器的研究也应运而生.柔性电极材料及电解质的选用是设计柔性固态超级电容器的关键因素,近年来一直是研究的热点.考虑到环境污染及实际需求问题,本文采用中性凝胶电解质对具有高比表面积、良好导电性及取向性的碳纳米管阵列进行包埋处理,所形成的柔性复合薄膜作为电极材料,设计制备三明治结构的柔性超级电容器件.通过改变凝胶电解质中所加入的无机盐电解质种类,调控器件的电化学储能性质.最终在聚乙烯醇PVA-NaCl作为凝胶电解质时,整个器件比容量最高达104.5 mF·cm~(–3),远高于有机离子凝胶与碳管阵列形成的复合器件以及无规分布的碳纳米管与水凝胶形成的复合器件,同时获得了0.034 mW·h·cm~(–3)的最大能量密度,并且具有良好的倍率性能、循环稳定性及抑制自放电的效果,并在高电压1.6 V下依然保持良好的化学稳定性.这种中性凝胶/碳管阵列复合超级电容器件不仅满足了绿色安全、柔性便携的要求,未来在医学可植入器件等领域也具有很好的应用前景.     

单根In掺杂ZnO纳米带场效应管的电学性质

采用化学气相沉积法合成了In掺杂ZnO纳米带,并对其进行了X射线衍射、光致发光及透射电镜表征.基于单根纳米带,采用廉价微栅模板法制备了背栅场效应管,利用半导体参数测试仪测量了场效应管的输出(Ids-Vds)和转移(Ids-Vgs)特性,得出相关电学参数,其中迁移率值为622 cm2·V-1·s-1,该值明显优于包括ZnO在内的大多数材料;讨论了迁移率提高的可能原因.     

电离辐射对部分耗尽绝缘体上硅器件低频噪声特性的影响

本文针对辐射前后部分耗尽结构绝缘体上硅(SOI)器件的电学特性与低频噪声特性开展试验研究. 受辐射诱生埋氧化层固定电荷与界面态的影响, 当辐射总剂量达到1 M rad(Si) (1 rad = 10^-2 Gy)条件下, SOI器件背栅阈值电压从44.72 V 减小至12.88 V、表面电子有效迁移率从473.7 cm²/V·s降低至419.8 cm²/V· s、亚阈斜率从2.47 V/dec增加至3.93 V/dec; 基于辐射前后亚阈斜率及阈值电压的变化, 可提取得到辐射诱生界面态与氧化层固定电荷密度分别为5.33×10¹¹ cm^{- 2}与2.36×10¹² cm^-2. 受辐射在埋氧化层-硅界面处诱生边界陷阱、氧化层固定电荷与界面态的影响, 辐射后埋氧化层-硅界面处电子被陷阱俘获/释放的行为加剧, 造成SOI 器件背栅平带电压噪声功率谱密度由7×10^{- 10} V²·Hz^-1增加至1.8×10^-9 V² ·Hz^-1; 基于载流子数随机涨落模型可提取得到辐射前后SOI器件埋氧化层界面附近缺陷态密度之和约为1.42×10¹⁷ cm^-3·eV^-1和3.66×10¹⁷ cm^-3·eV^-1. 考虑隧穿削弱因子、隧穿距离与时间常数之间关系, 本文计算得到辐射前后埋氧化层内陷阱电荷密度随空间分布的变化.     

Fabrication and characterization of the normally-off N-channel lateral 4H–SiC metal–oxide–semiconductor field-effect transistors

In this paper, the normally-off N-channel lateral 4H–Si C metal–oxide–semiconductor field-effect transistors(MOSFFETs) have been fabricated and characterized. A sandwich-(nitridation–oxidation–nitridation) type process was used to grow the gate dielectric film to obtain high channel mobility. The interface properties of 4H–Si C/SiO_2 were examined by the measurement of HF I–V, G–V, and C–V over a range of frequencies. The ideal C–V curve with little hysteresis and the frequency dispersion were observed. As a result, the interface state density near the conduction band edge of 4H–Si C was reduced to 2 × 10~(11) e V~(-1)·cm~(-2), the breakdown field of the grown oxides was about 9.8 MV/cm, the median peak fieldeffect mobility is about 32.5 cm~2·V~(-1)·s~(-1), and the maximum peak field-effect mobility of 38 cm~2·V~(-1)·s~(-1) was achieved in fabricated lateral 4H–Si C MOSFFETs.     

Amorphous InGaZnO_4 Neuron Transistors with Temporal and Spatial Summation Function

Amorphous InGaZnO_4 neuron transistors based on multi-gate electric-double-layer modulation are fabricated by photolithography processes. The sweeping rate dependent output current and hysteresis loop are observed due to the proton dynamic process in the SiO_2 nanogranular electrolyte. Temporal summation such as paired-pulse facilitation is mimicked in the neuron transistor with one presynaptic input. At the same time, supralinear spatial summation of two presynaptic inputs is also successfully mimicked in the neuron transistor with two presynaptic inputs. Our InGaZnO_4 neuron transistors with temporal and spatial summation function are interesting for the brain-inspired neuromorphic system.     

Synaptic plasticity and classical conditioning mimicked in single indium-tungsten-oxide based neuromorphic transistor

Emulation of synaptic function by ionic/electronic hybrid device is crucial for brain-like computing and neuromorphic systems. Electric-double-layer(EDL) transistors with proton conducting electrolytes as the gate dielectrics provide a prospective approach for such application. Here, artificial synapses based on indium-tungsten-oxide(IWO)-based EDL transistors are proposed, and some important synaptic functions(excitatory post-synaptic current, paired-pulse facilitation,filtering) are emulated. Two types of spike-timing-dependent plasticity(Hebbian STDP and anti-Hebbian STDP) learning rules and multistore memory(sensory memory, short-term memory, and long-term memory) are also mimicked. At last, classical conditioning is successfully demonstrated. Our results indicate that IWO-based neuromorphic transistors are interesting for neuromorphic applications.     

悬空氧化铟纳米线晶体管制备与光电性能表征

一维(1D)半导体纳米线在纳米电子学和纳米光子学中表现出色。然而,纳米线晶体管的电特性对纳米线与衬底之间的相互作用非常敏感,而优化器件结构可以改善纳米线晶体管的电学和光电检测性能。本文报道了通过一步式光刻技术制造的悬浮式In₂O₃纳米线晶体管,显示出54.6 cm²V^?1s^?1的高迁移率和241.5 mVdec^?1的低亚阈值摆幅。作为紫外光电探测器,光电晶体管显示出极低的暗电流(~10?13 A)和高响应度1.6×10⁵ A?W^?1。悬浮晶体管的沟道材料的这种简单而有效的制备方法可广泛用于制造高性能微纳米器件。     

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.     

High-sensitive phototransistor based on vertical HfSe2/MoS2 heterostructure with broad-spectral response

Van der Waals heterostructures based on the two-dimensional (2D) semiconductor materials have attracted increasing attention due to their attractive properties. In this work, we demonstrate a high-sensitive back-gated phototransistor based on the vertical HfSe₂/MoS₂ heterostructure with a broad-spectral response from near-ultraviolet to near-infrared and an efficient gate tunability for photoresponse. Under bias, the phototransistor exhibits high responsivity of up to 1.42×10³ A/W, and ultrahigh specific detectivity of up to 1.39×10¹⁵ cm·Hz^1/2·W^-1. Moreover, it can also operate under zero bias with remarkable responsivity of 10.2 A/W, relatively high specific detectivity of 1.43×10¹⁴ cm·Hz^1/2·W^-1, ultralow dark current of 1.22 fA, and high on/off ratio of above 10⁵. These results should be attributed to the fact that the vertical HfSe₂/MoS₂ heterostructure not only improves the broadband photoresponse of the phototransistor but also greatly enhances its sensitivity. Therefore, the heterostructure provides a promising candidate for next generation high performance phototransistors.     

溶胶凝胶法制备以HfO2为绝缘层和ZITO为有源层的高迁移率薄膜晶体管

采用溶胶凝胶法制备了h-k氧化铪HfO₂薄膜, 经500℃退火后, 获得了高透过率、表面光滑、低漏电流和相对高介电常数的HfO₂薄膜. 并采用氧化铪作为绝缘层和锌铟锡氧化物作为有源层成功地制备了底栅顶接触结构薄膜晶体管器件. 获得的薄膜晶体管器件的饱和迁移率大于100 cm²·V^-1·s^-1, 阈值电压为-0.5 V, 开关比为5×10⁶, 亚阈值摆幅为105 mV/decade. 表明采用溶胶凝胶制备的薄膜晶体管具备高的迁移率, 其迁移率接近低温多晶硅薄膜晶体管的迁移率.     

基于3.5 MeV射频四极质子加速器硼中子俘获治疗装置的束流整形体设计

在硼中子俘获治疗(BNCT)装置中,束流整形体(BSA)的作用是将中子源产生的快中子束流慢化至超热中子能区(0.5 eVE10 keV),并尽可能减弱快中子、热中子和γ射线的成分,同时保证中子的方向性,其设计与优化是BNCT装置设计工作的核心内容之一.本文采用3.5 MeV,10 mA的质子束轰击锂靶,由核反应~7Li(p,n)~7Be产生的中子为源项,针对BSA的慢化体材料和结构、γ屏蔽层和热中子吸收层的厚度等参数进行蒙特卡罗模拟设计与优化.研究发现,采用Fluental和LiF两种慢化材料间隔2 cm层状堆叠的三明治BSA构型,在保证快中子剂量成分(D_f/φ_(epi)),γ剂量成分(D_γ/φ_(epi))和热中子比例φ_(th)/φ_(epi)满足IAEA-TECDOC-1223报告推荐要求的同时,在BSA出口处超热中子注量率优于单独使用Fluental和单独使用LiF的BSA设计.BSA出口处修正的Synder人头几何模型中的剂量分布计算结果显示:上述三明治构型的深度剂量分布与单独使用Fluental材料构型的结果基本相当,优于单独使用LiF构型,表明Fluental和LiF层状堆叠的三明治BSA构型是一种可行的BSA结构.