双极性半导体钝化膜空间电荷电容分析（Ⅱ）

将双极性半导体钝化膜空间电荷电容等效为钝化膜,溶液界面处电容和内层钝化膜/外层钝化膜界面处的np结电容的串联,根据前期研究建立的半导体富集态、耗尽态以及反型态空间电荷电容的统一计算公式,给出了双极性钝化膜Mott-SchoRky(M-S)曲线的非线性拟合方法.并将这一方法应用于镍基合金G3高温高压H2S/CO2腐蚀后的钝化膜半导体特征研究.M-S曲线非线性拟合结果显示,温度升高外层P型半导体钝化膜多数载流子浓度明显增高,而内层n型半导体钝化膜的多数载流子浓度基本未变.通过非线性拟合,证明本文所给出的M-S曲线非线性拟合方法能够同时给出钝化膜内外层多个半导体性质参数,为揭示钝化膜形成及破坏机制提供更多信息.结合X射线光电子能谱(XPS)分析,讨论了钝化膜结构变化机制及np结在抑制腐蚀过程中的作用.     

双极性半导体钝化膜空间电荷电容分析(II)

将双极性半导体钝化膜空间电荷电容等效为钝化膜/溶液界面处电容和内层钝化膜/外层钝化膜界面处的np结电容的串联, 根据前期研究建立的半导体富集态、耗尽态以及反型态空间电荷电容的统一计算公式, 给出了双极性钝化膜Mott-Schottky(M-S)曲线的非线性拟合方法. 并将这一方法应用于镍基合金G3高温高压H2S/CO2腐蚀后的钝化膜半导体特征研究. M-S曲线非线性拟合结果显示, 温度升高外层p型半导体钝化膜多数载流子浓度明显增高, 而内层n型半导体钝化膜的多数载流子浓度基本未变. 通过非线性拟合, 证明本文所给出的M-S曲线非线性拟合方法能够同时给出钝化膜内外层多个半导体性质参数,为揭示钝化膜形成及破坏机制提供更多信息. 结合X射线光电子能谱(XPS)分析, 讨论了钝化膜结构变化机制及np结在抑制腐蚀过程中的作用.     

电容测量研究铬表面氧化膜的半导体性能

利用电容测量技术,基于Mott-Sckottky分析,研究了在0.5 mol•L－1 H2SO4溶液中铬表面氧化膜的半导体性质,以及膜形成条件的影响.结果表明,铬在钝化电位区内所形成的表面氧化膜具有p-型半导体特性,膜的厚度约(1.2±0.3) nm.膜的阻抗响应表现出低频弥散行为,可以用介电弛豫普适定律来描述.膜的掺杂浓度NA随成膜电位及极化时间的延长而增大,溶液pH值则通过改变膜的表面电荷而影响膜的平带电位EFB.     

不锈钢载波钝化膜的半导体性质

运用交流阻抗法和光电化学法研究了不锈钢载波钝化膜层的半导体性质。讨论了交流阻抗测试中扰动频率的变化对Mott-Schottky曲线的影响，讨论了不锈钢载波钝化膜的n/p型、杂质施主密度和平带电位等半导体性质，同时结合光电化学法对交流阻抗测试结果进行了验证分析，实验结果认为不锈钢载波钝化膜层具有与直流钝化膜层相似的半导体性质，并通过膜层的组成结构对其半导体性质作了分析。     

铝阳极氧化膜的半导体特性

The semiconductor properties of anodic oxide film formed on commercial pure aluminum were analyzed usingMott-Schottky theory and point defect model (PDM). The donor density, oxygen vacancy diffusion coefficient and flat-band potential were measured for the oxide films sealed by boiling water and K2Cr2O7, respectively. The results indicated that the anodic oxide films showed the n-type semiconductor property and the donor density decreased exponentially with the voltage elevating. The value of oxygen vacancy diffusion coefficient is about (1.12-5.53)伊10-14 cm-2·s-1. The flat-band potential of anodic oxide filmdeclined after sealing.     

铁钝化膜半导体特性的光电化学研究

The photoelectrochemical behavior of the passive film on iron in pH=8.4 borate buffer solution was investigated. The mechanism considered for the generation of the photocurrent in the passive film, and the principle of the measurement of photocurrent were discussed. The band model of noncrytalline semiconductor was used to demonstrate the depedence of photocurrent on electrode potential and light wavelength. Results indicate that the passive film formed on iron in pH=8.4 borate solution is a noncrystalline semiconductor, its flatband potential (φ_(fb)) is -0.30 V(SCE), band gap energy (E_g) is affected by measuring potential (φ_m), When +0.30 V<φ_m<+0.80 V (SCE), E_g is 1.9 eV.     

铁钝化膜半导体特性的光电化学研究

近年来,光电化学作为金属钝化膜的“现场”(insltu)研究方法越来越受到重视。本文研究了铁钝化膜在硼酸/硼酸钠溶液中的光电化学行为,通过钝化膜的光电流响应与入射光强、波长及电极电位关系研究,说明铁钝化膜的非晶态n型半导体特性。实验部分研究电极由99.99%的纯铁制成(购自上海冶金所),受光面积为0.5cm~2,对电极为1cm~2的铂片,饱和甘汞电极作参比电极。溶液的组成为Na_2B_4O_7(0.075mol·L~(-1))+H_3BO_3(0.3mol·L(-1)),试剂均为分折纯,用二次蒸馏水配制。灯源为400W溴钨灯,光强用JG-Ⅰ型绝对功率计(长春真空器件厂)测量,电极电位用DH-Ⅱ型双恒电位仪(延边电化学仪器厂)控制,测量光电流-电位及光电流-光强关系时,用脉冲白光作光源,脉冲光的频率用斩光器调节。测量光电流-波长关系时,用WDG-Ⅰ型强光单色仪(四平光学仪器厂)产生单色光,并用PAR-5202型锁相放大器测量光电流,     

温度、pH值和氯离子对X80钢钝化膜内点缺陷扩散系数的影响

借助于Mott-Schottky和点缺陷模型(PDM)研究了溶液温度、pH值以及氯离子对X80管线钢在模拟土壤环境中所形成钝化膜内点缺陷扩散系数D₀的影响. 结果表明: 随着溶液温度的升高、溶液pH值的降低以及氯离子浓度的增大, 钝化膜内的施主密度呈现增大的趋势. 依据点缺陷模型可以得到钝化膜内点缺陷(假设点缺陷为氧空位或铁离子间隙)的扩散系数D₀达到10^－16～10^－17 cm²&#8226;S^－1, 且D₀随着溶液温度的升高、溶液pH值的降低及氯离子浓度的增加而增大.     

铝箔钝化机理以及钝化膜性质的研究

对铝箔在浓硝酸或浓硫酸中的钝化机理以及钝化膜性质进行了深入的研究,研究结果表明铝箔的钝化是一复杂的电化学过程,同时也给出了钝化膜形成的机理以及钝化膜的化学性质。     

不锈钢钝化膜耐蚀性与半导体特性的关联研究

通过极化曲线、交流阻抗谱和钝化膜半导体特性等电化学测量，研究了经电化学阳极氧化处理的不锈钢钝化膜在0.5 mol•L^-1 NaCl溶液中耐蚀性能与其半导体特性的关系，进一步探索电化学改性处理不锈钢钝化膜的耐蚀机理. 结果表明，不锈钢钝化膜在负于平带电位范围表现为p型半导体，在高于平带电位范围表现为n型半导体，这主要与组成钝化膜的Fe和Cr氧化物半导体性质有关. 与自然条件下形成的不锈钢钝化膜比较，发现经过电化学阳极氧化后不锈钢钝化膜具有较低的施主与受主浓度，平带电位负移，说明阴离子在钝化膜表面发生吸附. 低的施主与受主浓度及钝化膜表面负电荷的增强，可有效排斥侵蚀性Cl^－在钝化膜表面的特性吸附，有利于提高不锈钢的耐局部腐蚀性能.     

钛表面二氧化钛膜中氧空位点缺陷传输性能的电化学研究

"钛/TiO2氧化膜/溶液"界面电极体系的电化学性能主要决定于钛表面的TiO2氧化物膜.本文利用多种电化学技术,结合半导体物理的Mott-Schottky分析和Einstein方程,研究了金属钛在1.0mol·L-1HClO4溶液中表面半导体TiO2氧化膜的生长及氧化膜中氧空位点缺陷在外加电场作用下的传输性能,并根据离子性电荷传输与电子性电荷传输对电场变化响应时间之不同特点,确定氧化膜中点缺陷扩散系数.结果表明,电极电位或阳极析氧反应对稳态电流(iss)、氧化膜的阳极化常数(α)、膜中电场强度()、以及膜中氧空位点缺陷的扩散系数(D0)等重要物理化学参数,均有显著影响,并依据氧化膜中的结构变化进行分析.     

有机半导体薄膜空间电荷分布对晶体管性能影响的研究进展

有机场效应晶体管(OFETs)是下一代柔性电子产业的基础元件,具有可弯曲、透明、低成本、可溶液加工等优良特性,并逐渐开始应用于生物传感器、柔性显示等领域。 然而,OFETs仍存在如工作电流小、跨导小、开关比低、空气稳定性差等问题,限制了其进一步的发展。 OFETs器件的性能主要受到导电沟道中电荷和电流分布的影响,若能通过外加手段,调控沟道中的电荷和电流分布,可能获得具有更高性能或新机理的器件。 本文结合课题组内的工作,对国内外该领域的最新进展进行综述和展望。     

双向脉冲充电法对锂枝晶生成的抑制

采用双向脉冲电流充电方法取代传统的直流电充电方法, 研究了金属锂电极在有机电解液1 mol•L−1 LiPF6/碳酸乙烯酯(EC):二甲基碳酸脂(DMC)(1:1, V/V)中的充电过程. 锂电极的表面变化通过原位显微镜观测和交流阻抗谱进行检测. 原位显微镜观测结果显示, 在直流充电时锂电极上明显地出现了枝晶, 而在双向脉冲充电时, 枝晶的产生和生长受到了抑制. 交流阻抗谱结果显示在双向脉冲充电下, 锂电极的表面积增长较直流充电时缓慢. 这种抑制枝晶生长, 稳定锂沉积的新充电方法有望用于锂阳极二次电池.     

Stripped Charge of Ag Less than Deposited one Owing to Negative Capacitance Caused by Redox Reactions

Anodic stripping voltammetry was made in AgNO₃ solution, here Ag was deposited under long term potentiostatic conditions to evaluate the reduction charge, q_r, and then was stripped by linear sweep voltammetry to determine the oxidation charge, q_o. The charges were unbalanced, satisfying ca. q_o=0.7|q_r|, where other possible reduction charge such as by dioxygen and dichlorosilver were subtracted. The 30 % loss of the anodic charge can be ascribed to the negative capacitance by the potential sweep generation of Ag⁺. The generated Ag⁺ forms a dipole with a counter ion, of which orientation is the same as the direction of the externally applied electric field and opposite to the dipoles of solvent. The redox dipole decreases the conventional double layer capacitance caused by solvent dipoles, and high concentrations of Ag⁺ takes the capacitance to be negative values. The unbalanced charge, however, has no influence on quantitative determination of concentrations Ag⁺ by use of a calibration line.     

不同晶粒度螺纹钢的电化学行为及其钝化膜的Mott-Schottky 研究

利用交流阻抗谱和极化曲线研究比较了四组不同晶粒尺寸的螺纹钢在模拟海水液(3.5% NaCl)中短期电化学腐蚀行为; 利用硼酸缓冲液中钝化膜的Mott-Schottky 理论比较了各试样在不同阳极极化电位下的钝化膜的优劣性. 结果表明, 在14 d 的模拟海水短期浸泡期间, 细晶粒螺纹钢在后期表现出较大阻抗值和较小的自腐蚀电流密度, 耐蚀性能优于粗晶粒试样. 在硼酸缓冲液中形成的钝化膜表现出典型的n 型半导体性能, 公共钝化区间为-0.15～0.8 V. 在选取的-0.1, 0.2, 0.5 V 三个不同极化电位下, 细晶粒螺纹钢在硼酸缓冲液中的钝化膜稳定性、耐蚀性弱于粗晶粒螺纹钢. 在0.5 V 的外加电压下试样钝化膜的内层膜消失, 钝化膜的施主浓度最低, 膜最为致密、稳定.     

不同浓度比的硫酸根和氯离子溶液中钝化膜的半导体特性转变机制研究

800合金作为核电站蒸汽发生器的一种关键材料,服役环境下其表面钝化膜的特性一直是人们研究的热点. 本文用Mott-Schottky方法研究了800合金在不同硫酸根离子和氯离子浓度比的溶液中钝化膜的半导体特性,并结合电化学阻抗谱（EIS）、扫描电镜（SEM）、扫描电化学显微镜（SECM）研究了钝化膜的耐蚀性和表面活性. Mott-Schottky结果表明,800合金表面钝化膜的半导体特性与溶液中硫酸根、氯离子的浓度比有关,随硫酸根与氯离子浓度比的降低,半导体特性发生转变. 当硫酸根与氯离子的浓度比较高时,钝化膜为p型半导体;而当硫酸根与氯离子的浓度比较低时,钝化膜为n型半导体. EIS、SECM、SEM结果表明,随浓度比的降低钝化膜由过钝化溶解转为明显的点蚀特征,钝化膜表面活性增加. 钝化膜特性的改变与其半导体类型的转变密切相关,而半导体特性的转变由氯离子、硫酸根离子在800合金钝化膜表面的竞争吸附所致,其在表面的竞争吸附直接影响钝化膜表面发生的化学反应,改变电极/溶液界面电势差,使钝化膜中的空位类型改变,最终决定半导体类型.