掺杂对碳纳米管拉曼光谱及场发射性能的影响

采用高温热解法在860℃分别制备出了镓、氮以及硼和氮掺杂的碳纳米管,提纯后利用丝网印刷工艺分别将它们制备成薄膜,并测试了它们的拉曼光谱与场发射性能。测试结果表明,掺杂纳米管的缺陷密集度比纯碳纳米管明显增大,而它们的场致电子发射性能则与掺杂元素的性质密切相关。镓和氮掺杂的纳米管均具有非常优异的场发射性能,而硼和氮共掺杂的纳米管的场发射性能很差。掺杂引起碳纳米管费米能级附近能态密度的变化及功函数的降低是其具有优异场致电子发射性能的主要原因。     

利用胶体小球掩蔽刻蚀技术制备的半导体纳米阵列的场电子发射特性

利用胶体小球掩蔽刻蚀技术,制备了单晶硅纳米阵列,利用原子力显微镜观察了硅阵列的表面形貌,实验结果表明,硅柱阵列具有高密度和较好的均匀性。同时研究了单晶硅纳米阵列的场电子发射特性。为了提高样品的场发射性能,在所制备的单晶硅有序纳米阵列上生长了一层非晶碳薄膜。与单晶纳米硅柱阵列相比,覆盖有非晶碳膜的样品的场电子发射特性有了明显的改善,表现在场发射的开启电场下降,同时场发射增强因子得到增加。结果表明非晶碳膜确实能够降低电子发射的表面有效势垒,从而增强了场电子发射特性。     

氧化锌纳米线的紫外光耦合增强场电子发射特性

本文采用热化学气相沉积方法制备氧化锌纳米线阵列, 研究氧化锌纳米线阵列在紫外光辐照下的场电子发射特性. 实验结果表明, 在紫外光辐照下, 氧化锌纳米线场发射开启电压降低, 发射电流明显增大. 机理分析认为, 氧化锌纳米线紫外光增强的场发射源自场电子发射与半导体耦合作用, 紫外光激发价带电子跃迁到导带和缺陷能级使发射电子数量增加, 同时, 光生电子发射降低了发射材料表面的有效功函数, 从而显著增强场电子发射性能. 氧化锌纳米线具有紫外光耦合增强场电子发射特性, 在光传感、冷阴极平板显示和场发射电子源等方面具有潜在的应用价值.     

电化学方法制备ZnO纳米颗粒掺杂类金刚石薄膜及其场发射性能研究

采用液相电化学沉积技术制备了ZnO纳米颗粒掺杂的类金刚石(DLC)薄膜, 研究了ZnO纳米颗粒掺杂对DLC薄膜场发射性能的影响. 利用X射线光电子能谱、透射电子显微镜、Raman光谱以及原子力显微镜分别对薄膜的化学组成、 微观结构和表面形貌进行了表征. 结果表明: 薄膜中的ZnO纳米颗粒具有纤锌矿结构, 其含量随着电解液中Zn源的增加而增加. ZnO纳米颗粒掺杂增强了DLC薄膜的石墨化和表面粗糙度. 场发射测试表明, ZnO纳米颗粒掺杂能提高DLC薄膜的场发射性能, 其中Zn与Zn+C的原子比为10.3%的样品在外加电场强度为20.7 V/μm时电流密度达到了1 mA/cm². 薄膜场发射性能的提高归因于ZnO掺杂引起的表面粗糙度和DLC薄膜石墨化程度的增加.     

激光晶化形成纳米硅材料的场电子发射性质研究

利用KrF准分子激光退火超薄非晶硅膜,并结合热退火技术制备了单层纳米硅薄膜并研究了薄膜的场电子发射性质.在晶化形成的纳米硅薄膜中可以观测到稳定的场电子发射现象,其开启电场从原始淀积的非晶硅薄膜的17V/μm降低到8.5V/μm,而场发射电流密度可以达到0.1mA/cm².激光晶化后形成的纳米硅材料的场电子发射特性的改善可以从薄膜表面形貌的改变以及高密度纳米硅的形成所导致的内部电场增强作用来解释. 关键词： 纳米硅 场发射 激光晶化     

氧化锌纳米棒场发射性能研究

采用简单物理气相沉积法制备出取向和非取向的氧化锌纳米棒，他们的场致电子发射性能测量结果表明，ZnO纳米棒具有较好的场发射性能，但是高度取向的ZnO纳米棒阵列并不利于获得高的场致电子发射电流密度.这可能是由于高密度ZnO纳米棒之间具有较高的屏蔽效应，降低了ZnO纳米棒阵列的场放大因子，从而影响了其场发射性能.相反，非取向ZnO纳米棒由于相互之间的屏蔽效应比较弱，而且表面存在容易成为发射中心的微小突起，表现出较好的场发射效果.这些结果不仅有助于加深我们对准一维纳米材料场致电子发射性能的理解，也为未来场发射电子器件的实际应用提供了可靠的依据. 关键词： 氧化锌 场发射 非取向     

不同基底的GaN纳米薄膜制备及其场发射增强研究

采用脉冲激光沉积 (PLD) 方法在Si及SiC基底上制备了相同厚度的GaN纳米薄膜并对其进行了微结构表征及场发射性能测试分析. 结果表明: 基底对于GaN薄膜微结构及场发射性能具有显著的影响. 在SiC基底上所制备的GaN纳米薄膜相对于Si基底上的GaN纳米薄膜, 其场发射性能得到显著提升, 其场发射电流可以数量级增大. 场发射显著增强应源于纳米晶微结构及取向极化诱导增强效应. 本研究结果表明, 要获得优异性能场发射薄膜, 合适基底及薄膜晶体微结构需要重点考虑. 关键词： 基底 GaN 纳米薄膜 场发射     

表面微结构对碳化硅晶须掺杂石墨阴极爆炸电子发射性能的影响

爆炸发射阴极已广泛应用于高功率微波源,但常规场致爆炸发射阴极存在使用寿命短或电子发射不均匀的问题,改善阴极材料是解决这一问题的有效途径.本文将碳化硅晶须掺杂到石墨中制备得到阴极,从二极管电流波形上升沿和输出微波脉宽产生的变化着手,分析了碳化硅晶须掺杂石墨阴极表面材料成分和微观形貌对其电子发射性能的影响机理.研究发现,碳化硅晶须的存在,不仅有利于阴极场发射的快速启动、发射微点数目增多,还有利于降低等离子体膨胀速度、抑制脉冲缩短现象,使得输出微波脉宽增大.随着脉冲发射数量增多,碳化硅晶须掺杂石墨阴极表面被等离子体不断"抛光",微凸起形状因子减小、均匀性提高,场发射启动速度减慢,但输出微波脉宽增大.     

导电高分子场发射特性研究

用掺杂樟脑磺酸的聚苯胺(PANI-CSA)形成的导电高分子制成的薄膜作为场致发射的阴极材料,用覆盖了荧光层(ZnO：Zn)的氧化铟锡(ITO)做阳极,由所制成的显示器件得到比较稳定的场致电子发射,并具有较低的场发射阈值电压。通过研究导电高分子薄膜形貌,初步分析了场发射电流机制。认为导电高分子薄膜产生场发射的原因是薄膜在高电场作用下,首先在平整的高分子薄膜表面形成了尖锥和凹陷,提高了场强增强因子(β)。     

Na-Mg共掺杂ZnO薄膜的结构和光学性质

利用溶胶-凝胶法,在普通载玻片上使用旋转涂膜技术制备了具有c轴择优取向生长的Na-Mg共掺杂的ZnO薄膜。用XRD、SEM、光致发光(PL)及透射光谱对薄膜样品进行了表征。结果表明:Na-Mg共掺杂有利于ZnO薄膜的c轴择优取向生长,并且随着Na+掺杂浓度的增加,晶粒尺寸先增大后减小;通过比较不同掺杂浓度ZnO薄膜的PL谱,推测发光峰值位于380nm的紫外发射与ZnO的自由激子复合有关;发现掺入Mg的确能使ZnO禁带宽度增大,掺杂组分为Na0.04Mg0.2Zn0.76O时,其PL谱只有一个很强的紫光发射峰,其近带边紫外光发射强度较未掺杂的ZnO增强了近10倍,极大地提高了薄膜紫外发光性能;并且随Na+浓度增加薄膜透光性减弱。     

Enhanced deep ultraviolet emission from Si-doped AlxGa1-xN/AlN MQWs

Undoped and Si-doped AlGaN/AlN multiple quantum wells(MQWs) were grown on AlN/Sapphire templates by metalorganic phase vapor epitaxy.High-resolution x-ray diffraction measurements showed the high interface quality of the MQWs little affected by Si-doping.Room-temperature(RT) cathodoluminescence measurements demonstrated a significant enhancement of the RT deep ultraviolet emission at about 240 nm from the AlGaN/AlN MQWs by Si doping.The mechanism of the improved emission efficiency was that the Si-doping partially screens the internal electric field and thus leads to the increase of the overlap between electron and hole wavefunctions.Further theoretical simulation also supports the above results.     

极化诱导实现AlGaN薄膜材料中的超高电子浓度(1020cm-3)掺杂

材料的载流子浓度和迁移率是影响器件性能的关键因素, 变温Hall测试结果证明杂质掺杂AlGaN中的载流子浓度和迁移率随温度 降低而减小.然而极化诱导掺杂的载流子浓度和迁移率不受温度变化的影响.以准绝缘 的GaN体材料作为衬底, 在组分分层渐变的AlGaN中实现的极化诱导掺杂浓度 仅仅在10¹⁷ cm^-3数量级甚至更低. 本研究采用载流子浓度为10¹⁶ cm^-3量级的非有意n型掺杂GaN模板为衬底, 用极化诱导掺杂技术在分子束外延生长的AlGaN薄膜材料中实现了高 达10²⁰ cm^-3 量级的超高电子浓度. 准绝缘的体材GaN半导体作衬底时, 只有表面自由电子作为极化掺杂源, 而非有意掺杂的GaN模板衬底除了提供表面自由电子外,还能为极化电场 提供更多的自由电子"源", 从而实现超高载流子浓度的n型掺杂.     

Effect of Si doping in wells of AlGaN/GaN superlattice on the characteristics of epitaxial layer

An AlGaN/GaN superlattice grown on the top of a GaN buffer induces the broadening of the full width at half maximum of (102) and (002) X-ray diffraction rocking curves. With an increase in the Si-doped concentration in the GaN wells, the full width at half maximum of the (102) rocking curves decreases, while that of the (002) rocking curves increases. A significant increase of the full width at the half maximum of the (002) rocking curves when the doping concentration reaches 2.5 × 1019 cm-3 indicates the substantial increase of the inclined threading dislocation. High level doping in the AlGaN/GaN superlattice can greatly reduce the biaxial stress and optimize the surface roughness of the structures grown on the top of it.     

掺杂浓度及掺杂层厚度对Si均匀掺杂的GaAs量子阱中电子态结构的影响

本文通过自洽地求解薛定鄂方程及泊松方程计算了在温度T=0, 有效质量近似下, Si均匀掺杂的GaAs/AlGaAs量子阱系统的电子态结构. 研究了掺杂浓度及掺杂层厚度对子带能量, 本征包络函数, 自洽势, 电子密度分布, 及费米能量的影响. 发现在给定掺杂浓度下, 子带能量随掺杂层厚度的增加单调递减, 自洽势的势阱变宽变浅, 电子密度分布变宽, 峰值变低; 在给定掺杂层厚度下, 随掺杂浓度的增加子带能量及费米能级单调递增, 自洽势阱变深变陡变窄, 电子密度分布的峰值变高, 集中在中心. 关键词： 掺杂 量子阱 电子结构 半导体GaAs     

Back doping design in delta-doped AlGaN/GaN heterostructure field-effect transistors

In this paper, we investigate theoretically the electron transport in AlGaN/GaN single-barrier and in AlGaN/GaN/AlGaN double-barrier heterostructures, aimed to operate as high-power and high-temperature field-effect transistors. The presence of spontaneous and piezoelectric polarizations as well as the heterointerface polarity are evoked and taken into account in the modelling part. Delta-doping is used as a source of electrons for the channel quantum well. Calculations of the electron-band parameters are made by using self-consistent solutions of coupled Schrodinger-Poisson equations. It is found that the polarization fields act to significantly increase the two-dimensional sheet charge concentration. Moreover, the AlGaN/GaN heterostructures with higher Al compositions are found to be favourable for higher electron densities. On the other hand, the employment of a back doping with delta-shaped profiles is shown to improve further the electrical behaviour of the field-effect transistors studied.     

阶梯AlGaN外延新型Al0.25Ga0.75N/GaNHEMTs器件实验研究

本文报道了作者提出的阶梯AlGaN外延层新型AlGaN/GaN HEMTs结构的实验结果. 实验利用感应耦合等离子体刻蚀(ICP)刻蚀栅边缘的AlGaN外延层, 形成阶梯的AlGaN 外延层结构, 获得浓度分区的沟道2DEG, 使得阶梯AlGaN外延层边缘出现新的电场峰, 有效降低栅边缘的高峰电场, 从而优化了AlGaN/GaN HEMTs器件的表面电场分布. 实验获得了阈值电压-1.5 V的新型AlGaN/GaN HEMTs器件. 经过测试, 同样面积的器件击穿电压从传统结构的67 V提高到新结构的106 V, 提高了58%左右; 脉冲测试下电流崩塌量也比传统结构减少了30%左右, 电流崩塌效应得到了一定的缓解.     

阶梯AlGaN外延新型Al_(0.25)Ga_(0.75)N/GaNHEMTs击穿特性分析

为了优化AlGaN/GaN HEMTs器件表面电场,提高击穿电压,本文首次提出了一种新型阶梯AlGaN/GaN HEMTs结构.新结构利用AlGaN/GaN异质结形成的2DEG浓度随外延AlGaN层厚度降低而减小的规律,通过减薄靠近栅边缘外延的AlGaN层,使沟道2DEG浓度分区,形成栅边缘低浓度2DEG区,低的2DEG使阶梯AlGaN交界出现新的电场峰,新电场峰的出现有效降低了栅边缘的高峰电场,优化了AlGaN/GaN HEMTs器件的表面电场分布,使器件击穿电压从传统结构的446 V,提高到新结构的640 V.为了获得与实际测试结果一致的击穿曲线,本文在GaN缓冲层中设定了一定浓度的受主型缺陷,通过仿真分析验证了国际上外延GaN缓冲层时掺入受主型离子的原因,并通过仿真分析获得了与实际测试结果一致的击穿曲线.     

1000 V p-GaN混合阳极AlGaN/GaN二极管

GaN材料具有优异的电学特性,如大的禁带宽度(3.4 eV)、高击穿场强(3.3 MV/cm)和高电子迁移率(600 cm~2/(V·s)). AlGaN/GaN异质结由于压电极化和自发极化效应,产生高密度(1×10~(13)cm~(-2))和高迁移率(2000 cm~2/(V·s))的二维电子气(2DEG),在未来的功率系统中, AlGaN/GaN二极管具有极大的应用前景.二极管的开启电压和击穿电压是影响其损耗和功率处理能力的关键参数,本文提出了一种新型的具有高阻盖帽层(high-resistance-cap-layer, HRCL)的p-GaN混合阳极AlGaN/GaN二极管来优化其开启电压和击穿特性.在p-GaN/AlGaN/GaN材料结构基础上,通过自对准的氢等离子体处理技术,在沟道区域形成高阻盖帽层改善电场分布,提高击穿电压,同时在阳极区域保留p-GaN结构,用于耗尽下方的二维电子气,调控开启电压.制备的p-GaN混合阳极(p-GaN HRCL)二极管在阴阳极间距Lac为10μm时,击穿电压大于1 kV,开启电压+1.2 V.实验结果表明, p-GaN混合阳极和高阻GaN盖帽层的引入,有效改善AlGaN/GaN肖特基势垒二极管电学性能.     

Performance enhancement of an InGaN light-emitting diode with an AlGaN/InGaN superlattice electron-blocking layer

The efficiency enhancement of an InGaN light-emitting diode(LED) with an AlGaN/InGaN superlattice(SL)electron-blocking layer(EBL) is studied numerically,which involves the light-current performance curve,internal quantum efficiency electrostatic field band wavefunction,energy band diagram carrier concentration,electron current density,and radiative recombination rate.The simulation results indicate that the LED with an AlGaN/InGaN SL EBL has better optical performance than the LED with a conventional rectangular AlGaN EBL or a normal AlGaN/GaN SL EBL because of the appropriately modified energy band diagram,which is favorable for the injection of holes and confinement of electrons.Additionally,the efficiency droop of the LED with an AlGaN/InGaN SL EBL is markedly improved by reducing the polarization field in the active region.     

Novel Field Emission Organic Light Emitting Diodes with Dynode

This work presents novel field emission organic light emitting diodes(FEOLEDs) with dynode,in which an organic EL light-emitting layer is used instead of an inorganic phosphor thin film in the field emission display(FED).The proposed FEOLEDs introduce field emission electrons into organic light emitting diodes(OLEDs),which exhibit a higher luminous efficiency than conventional OLED.The field emission electrons emitted from the carbon nanotubes(CNTs) cathode and to be amplified by impact the dynode in vacuum.These field emission electrons are injected into the multi-layer organic materials of OLED to increase the electron density.Additionally,the proposed FEOLED increase the luminance of OLED from 10 820 cd/m2 to 24 782 cd/m2 by raising the current density of OLED from an external electron source.The role of FEOLED is to add the quantity of electrons-holes pairs in OLED,which increase the exciton and further increase the luminous efficiency of OLED.Under the same operating current density,the FEOLED exhibits a higher luminous efficiency than that of OLED.