Er2O3单晶薄膜的生长及Er2O3/Si异质结的能带偏移

利用分子束外延方法在p型Si(001)和Si(111)衬底上,在700℃0.93mPa的条件下实现了Er2O3单晶薄膜的生长.薄膜的结晶情况依赖于薄膜的生长温度和氧气压.较低的温度和氧气压下在薄膜内易生成硅化铒,薄膜也趋于多晶化.还利用光电子能谱对Er2O3/Si异质结的能带偏差进行了初步的研究.     

Er2O3单晶薄膜的生长及Er2O3/Si异质结的能带偏移

利用分子束外延方法在p型Si(001)和Si(111)衬底上,在700℃0.93mPa的条件下实现了Er2O3单晶薄膜的生长.薄膜的结晶情况依赖于薄膜的生长温度和氧气压.较低的温度和氧气压下在薄膜内易生成硅化铒,薄膜也趋于多晶化.还利用光电子能谱对Er2O3/Si异质结的能带偏差进行了初步的研究.     

双异质外延SOI材料Si/γ-Al2O3/Si的外延生长

利用MOCVD(metalorganic chemical vapor deposition)和APCVD(atmosphere chemical vapor deposition)硅外延技术在Si(100)衬底上成功地制备了双异质Si/γ-Al2O3/Si SOI材料.利用反射式高能电子衍射(RHEED)、X射线衍射(XRD)及俄歇能谱(AES)对材料进行了表征.测试结果表明,外延生长的γ-Al2O3和Si薄膜都是单晶薄膜,其结晶取向为(100)方向,外延层中Al与O化学配比为2:3.同时,γ-A12O3外延层具有良好的绝缘性能,其介电常数为8.3,击穿场强为2.5MV/cm.AES的结果表明,Si/γ-Al2O3/Si双异质外延SOI材料两个异质界面陡峭清晰.     

Ce掺杂Bi2S3/Fe2O3异质结的制备及其光电性能

采用旋涂法与水热法在掺氟二氧化锡(FTO)上制备了Ce掺杂Bi2S3/Fe2O3(Ce-Bi2S3/Fe2O3)异质结,对样品的组成、形貌及其光电性能进行了研究分析.结果 显示,Ce-Bi2S3/Fe2O3的X射线衍射(XRD)图谱中各衍射峰位与Bi2S3/Fe2O3相似,无新的相产生,但在2θ为24.92°(130)与28.65°(211)的衍射峰强度有所降低,而在2θ为35.65°(110)时有所增强;在Ce-Bi2S3/Fe2O3的X射线能谱(EDS)中发现了Ce元素.光电性能测试结果表明,在模拟太阳光的照射下Ce-Bi2S/Fe2O3的光电压为0.347 V,比Bi2S3/Fe2O3 (0.281 V)提高了23.5％;光电流密度达到2.31 mA·cm-2,比Bi2S3/Fe2O3 (0.53 mA·cm-2)提高了约3.36倍;电化学阻抗谱(EIS)显示,在光照下Ce-Bi2S3/Fe2O3具有最低的界面阻抗,表明Ce-Bi2S3/Fe2O3中的载流子被更有效地分离和转移.     

原位XPS分析Al2O3作为势垒层的Er2O3/Si结构

在超高真空条件下,通过脉冲激光沉积(PLD)技术制作了Er2O3/Al2O3/Si多层薄膜结构,原位条件下利用X射线光电子能谱(XPS)研究了Al2O3作为势垒层的Er2O3与Si界面的电子结构.XPS结果表明,Al2O3中Al的2p芯能级峰在低、高温退火前后没有变化;Er的4d芯能级峰来自于硅酸铒中的铒,并非全是本征氧化铒薄膜中的铒;衬底硅的芯能级峰在沉积Al2O 3时没有变化,说明Al2O3薄膜从沉积到退火不参与任何反应,与Si界面很稳定;在沉积Er2O3薄膜和退火过程中,有硅化物生成,表明Er2O3与Si的界面不太稳定,但随着Al2O3薄膜厚度的增加,其硅化物中硅的峰强减弱,含量减少,说明势垒层很好地起到了阻挡扩散的作用.     

掺Er Al2O3光波导薄膜材料的制备及光学特性

介绍了掺ErAl2O3光波导薄膜的四种典型制备方法的研究结果。比较铒的发光环境和发光特性,分析了影响光致发光强度和寿命的条件和因素。不同工艺制得的Er∶Al2O3薄膜,膜内成分、膜的晶相、掺杂浓度等对Er3 的发光特性均有影响。退火对发光特性及材料具有改善作用。     

双异质外延SOI材料Si/γ-Al_2O_3/Si的外延生长

利用MOCVD(metalorganic chemical vapor deposition)和APCVD(atmosphere chemical vapor deposition)硅外延技术在Si(10 0 )衬底上成功地制备了双异质Si/γ- Al2 O3/Si SOI材料.利用反射式高能电子衍射(RHEED)、X射线衍射(XRD)及俄歇能谱(AES)对材料进行了表征.测试结果表明,外延生长的γ- Al2 O3和Si薄膜都是单晶薄膜,其结晶取向为(10 0 )方向,外延层中Al与O化学配比为2∶3.同时,γ- Al2 O3外延层具有良好的绝缘性能,其介电常数为8.3,击穿场强为2 .5 MV/cm.AES的结果表明,Si/γ- Al2 O3/Si双异质外延SOI材料两个异质界面陡峭清晰.     

热退火γ-Al2O3/Si异质结构薄膜质量改进

采用高真空MOCVD外延技术,利用TMA(Al(CH3)3)和O2作为反应源,在Si(100)衬底上外延生长γ-Al2O3绝缘膜形成γ-Al2O3/Si异质结构材料.同时,引入外延后退火工艺以便改善γ-Al2O3薄膜的晶体质量及电学性能.测试结果表明,通过在O2常压下的退火工艺可以有效地消除γ-Al2O3外延层的残余热应力及孪晶缺陷,改善外延层的晶体质量,同时可以提高MOS电容的抗击穿能力,降低漏电电流.     

热退火γ-Al2O3/Si异质结构薄膜质量改进

采用高真空MOCVD外延技术,利用TMA(Al(CH3)3)和O2作为反应源,在Si(100)衬底上外延生长γ-Al2O3绝缘膜形成γ-Al2O3/Si异质结构材料.同时,引入外延后退火工艺以便改善γ-Al2O3薄膜的晶体质量及电学性能.测试结果表明,通过在O2常压下的退火工艺可以有效地消除γ-Al2O3外延层的残余热应力及孪晶缺陷,改善外延层的晶体质量,同时可以提高MOS电容的抗击穿能力,降低漏电电流.     

PbS/Cu2O异质结的制备和性能表征

采用电化学沉积法在酸性电解液中制备n型Cu2O薄膜,并对其进行Cl掺杂,制备Cu2O-Cl结构.然后利用连续离子吸附法在样品薄膜上复合PbS量子点.通过SEM和UV-vis对样品进行表征,并对样品的光电化学性能进行了测试.结果表明,未掺杂的Cu2O对PbS量子点的吸附能力较强一些,经PbS敏化后的样品在太阳光谱的吸收拓展到了近红外区,PbS/Cu2O和PbS/Cu2O-Cl复合结构的光电化学性能均有所增加,尤其是短路电流密度.PbS复合后的样品转换效率最高仅为0.67％,主要原因是两者能级的不匹配,形成异质结时引入界面态,得不到理想的转换效率.     

Gd2O3:Yb3+,Er3+上转换纳米纤维的制备与表征

采用溶胶-凝胶法与静电纺丝技术相结合制备了PVA/[Gd(NO3)3+Yb(NO3)3+Er(NO3)3]复合纳米纤维,将其进行热处理,得到Gd2O3:Yb3+,Er3+上转换纳米纤维.采用XRD、SEM、TG-DTA、FTIR和荧光光谱对样品进行了表征.结果表明:复合纳米纤维为无定型,Gd2O3:Yb3+,Er3+上转换纳米纤维属于体心立方晶系,空间群为Ia3.复合纳米纤维的平均直径约为140nm,经过600℃焙烧后,获得了直径约60nm的Gd2O3:Yb3+,Er3+上转换纳米纤维.当焙烧温度高于600℃时,复合纳米纤维中水分、有机物和硝酸盐分解挥发完毕,样品不再失重,总失重率为81%.复合纳米纤维的红外光谱与纯PVA的红外光谱一致,600℃以上时,生成了Gd2O3:Yb3+,Er3+上转换纳米纤维.该纤维在980nm激光激发下发射出中心波长为522nm、560nm的绿色和659nm的红色上转换荧光,对应于Er3+离子的2H11/2/4S3/2→4Il5/2跃迁和4F9/2→4Il5/2跃迁.在Gd2O3:Yb3+,Er3+上转换纳米纤维形成过程中,PVA分子起到了导向模板作用.PVA/[Gd(NO3)3+Yb(NO3)3+Er(NO3)3]复合纳米纤维在热处理过程中,PVA分解挥发,稀土硝酸盐分解并氧化生成Gd2O3:Yb3+,Er3+纳米颗粒,这些纳米颗粒相互联结起来形成了Gd2O3:Yb3+,Er3+上转换纳米纤维.     

超薄高介电Er2O3栅介质薄膜的漏电机理

采用激光分子束外延设备在不同温度下制备了不同厚度的超薄晶态、非晶态高介电Er2O3栅介质薄膜,用X射线衍射和高分辨透射电镜分析了薄膜结构,用HP4142B半导体参数分析仪测试了Al/Er2O3/Si/Al结构MOS电容器的漏电流。XRD谱和HRTEM图像显示400℃以下制备的Er2O3薄膜呈非晶态,400℃到840℃制备的Er2O3薄膜是(111)方向高度择优取向的。电学测试表明：晶态Er2O3薄膜厚度由5.7 nm 减小到3.8 nm,漏电流密度从6.20×10-5 A/cm2突增到6.56×10-4 A/cm2,增加了一个数量级。而厚度3.8 nm的非晶Er2O3薄膜漏电流密度仅为1.73×10-5 A/cm2。漏电流数据分析显示高场下超薄Er2O3薄膜的漏电流主要来自于Fowler-Nordheim隧穿。低场下超薄晶态Er2O3薄膜较大的漏电流是由晶粒边界产生的杂质缺陷引起。     

Epitaxial Growth of 2D Bi2O2Se Nanoplates/1D CsPbBr3 Nanowires Mixed-Dimensional Heterostructures with Enhanced Optoelectronic Properties

The 2D/1D mixed-dimensional van der Waals heterostructures have great potential for electronics and optoelectronics with high performance and multifunctionality. The epitaxy of 1D micro/nanowires on 2D layered materials may efficiently realize the large-scale preparation of 2D/1D heterostructures, which is critically important for their practical applications. So far, however, only the wires of Bi₂S₃, Te, and Sb₂Se₃ have been epitaxially grown on MoS₂ or WS₂. Here, it is reported that the epitaxial growth of 1D CsPbBr₃ nanowires on 2D Bi₂O₂Se nanoplates through a facile vertical vapor deposition method. The CsPbBr₃ wires are well aligned on the Bi₂O₂Se plates in fourfold symmetry with the epitaxial relationships of [001]_CsPbBr3||[200]_Bi2O2Se and [1-10]_CsPbBr3||[020]_Bi2O2Se. The photoluminescence results reveal that the emission from CsPbBr₃ is significantly quenched in the heterostructure, which implies the charge carriers transfer from CsPbBr₃ to Bi₂O₂Se. The waveguide characterization shows that the epitaxial CsPbBr₃ wires may efficiently confine and guide their emission, which favors the light absorption of Bi₂O₂Se. Importantly, the photocurrent mapping and spectra of the devices based on these 2D/1D heterostructures prove that the epitaxial CsPbBr₃ wires remarkably enhances the photoresponse of Bi₂O₂Se, which indicates these heterostructures can be applied in high-performance optoelectronic devices or on-chip integrated photonic circuits.     

Cr_2O_3掺杂对钡硼硅微晶玻璃的性能影响

采用固相合成法制备了高膨胀系数钡硼硅微晶玻璃材料。通过对该微晶玻璃进行X线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)测试分析研究铬掺杂对BaO-B2O3-SiO2力、热、电性能及微观机理的影响。结果显示,热膨胀系数与介电损耗随Cr2O3含量增加而增大,研究表明,加入Cr2O3会促进该体系晶粒的生长,并促使晶相由石英晶相转变为方石英晶相,方石英热膨胀系数较高,其晶相含量增多导致热膨胀系数增大。该体系Cr2O3质量分数为0.5%时,制备出具有较高热膨胀系数(18.44×10-6/℃),较高抗弯强度(187 MPa),较低相对介电常数(5.5)的封装材料。     

不掺杂In2O3透明导电薄膜的制作

采用反应蒸发技术制作不掺杂Ｉｎ２Ｏ３透明导电薄膜，薄膜厚度为１５０～２００ｎｍ、方块电阻为６０～２００Ω／□，透光率为８０％～９４％（波长λ＝６００ｍｍ）。了蒸发过程氧气充入量和蒸发时间对薄膜的光电特性的影响，说明低蒸发速率和限制氧气流量是获得优质薄膜的关键。     

Si/GaAs异质结界面态及其价带不连续性

本文报道用自洽EHT方法研究Si/GaAs异质结界面态分布和价带不连续性。用准共度晶格模型处理晶格失配问题,并对晶格常数作了修正。通过对Si/GaAs(111)、Si/GaAs(111)和Si/GaAs(110)异质结中Si应变和GaAs应变的情况,分别进行计算,得到界面态分布和价带不连续值等物理量,结果表明:它们不仅依赖于组成异质结的两种材料的体性质,而且还依赖于界面晶向和材料应变。文中给出了这些计算结果,并作了初步的讨论。     

Rational Manipulation of Epitaxial Strains Enabled Valence Band Convergence and High Thermoelectric Performances in Mg3Sb2 Films

Strain engineering is demonstrated to effectively regulate the functionality of materials, such as thermoelectric, ferroelectric, and photovoltaic properties. As the straightforward approach of strain engineering, epitaxial strain is usually proposed for rationally manipulating the electronic structure and performances of thermoelectric materials, but has rarely been verified experimentally. In this study, tunable and large epitaxial strains are demonstrated, as well as the resulting valence band convergence can be achieved in the Mg₃Sb₂ epi-films with the choice of substrates. The large epitaxial strains up to 8% in Mg₃Sb₂ films represent one of the most striking results in strain engineering. The angle-resolved photoemission spectroscopy measurements and the theoretical calculations reveal the vital role of epitaxial strain in tuning the crystal field splitting and the band structure of Mg₃Sb₂. Benefiting from the appropriate manipulation of the crystal field effect via in-plane compressive strain, the valence band convergence is unambiguously discovered in the strained Mg₃Sb₂ film grown on InP(111) substrate. As a result, a state-of-the-art thermoelectric power factor of 0.94 mWm⁻¹K⁻² is achieved in the strain-engineered Mg₃Sb₂ film, well exceeding that of the strain-relaxed Mg₃Sb₂. The work paves the way for effectively manipulating epitaxial strain and band convergence for Mg₃Sb₂ and other thermoelectric films.