纳米有机薄膜有效导电层的反射光谱法研究

为研究纳米厚度有机薄膜生长过程中有效导电层的判定方法,揭示反射光谱蕴含的薄膜生长机理,基于多相膜层等效结构和光学菲涅耳方程建立了材料光学系数和膜层厚度为参数的差分反射光谱数学模型,提出了依据相对拟合误差的拟合度评价方法.通过分析室温真空环境纳米厚度并五苯薄膜在Si/SiO_2基底上生长过程的差分反射光谱,发现采用四相膜层结构和并五苯薄膜晶体结构光学系数拟合的差分反射光谱与实验数据符合良好,确认并五苯分子主要以薄膜结构的形态进行生长,膜厚生长速率约为0.2 nm/min.该方法避免了反射光谱中多膜层结构产生的干涉信号对生长机理分析的影响.更为重要的是,相对拟合误差随生长时间的变化趋势与由薄膜构建的场效应管结构的电学特性呈现出明显的相关性,不仅反映了生长过程中薄膜成膜模式的演变趋势,还清晰地揭示了有效导电层的形成过程,为光谱法研究薄膜生长机理和无法进行电学测试的条件下监测薄膜电学特性提供了新手段.     

石墨烯/硅肖特基太阳能电池的光电特性

以甲烷作为反应气体,利用化学气相沉积法在硅衬底表面上沉积石墨烯薄膜,制备了石墨烯/硅肖特基太阳能电池.利用原子力显微镜和拉曼光谱观察了石墨烯薄膜的表面形貌,并用紫外-可见光光谱仪和光-电流测试仪器研究了石墨烯样品和太阳电池的光电特性.实验结果表明:制备的石墨烯薄膜厚度为几个原子层,薄膜表面均匀,并具有良好的电学特性,石墨烯/硅太阳能电池的能量转换效率可达3.7%.     

对以并五苯和酞菁铜为不同有源层的有机薄膜晶体管特性研究

通过扫描电镜和X射线衍射对SiO₂衬底上生长并五苯和酞菁铜薄膜的表面形貌进行表征,并得到在SiO₂衬底上生长的并五苯薄膜是以岛状结构生长,其大小约为100nm,且薄膜有较好的结晶取向,呈多晶态存在. 酞菁铜薄膜则没有表现出明显的生长机理,其呈非晶态存在. 还对通过掩膜的方法制作得以酞菁铜和并五苯为有源层的顶栅极有机薄膜晶体管的特性进行了研究. 有源层的厚度为40nm,绝缘层SiO₂的厚度为250nm,器件的沟道宽长比(W/关键词： 有机薄膜晶体管 并五苯薄膜 酞菁铜薄膜 μ_EF)')" href="#">场效应迁移率(μ_EF)     

基于差分反射光谱的真空环境有机薄膜生长在线监测方法

有机薄膜器件是微电子和光电子领域的重点研究方向。薄膜制备过程的在线监测作为研究成膜机理和优化工艺参数最直接的测量手段,对薄膜器件的高质量制备具有重要意义。为实现真空环境有机薄膜制备过程的实时在线监测,提出了一种基于差分反射光谱术的高精度测量方法。采用离轴抛物面反射镜、光学平板和光纤等基本光学元器件构建紧凑型光路系统,运用差分算法分析光谱信号,具有较高的测量性能。测试了不同实验环境下光谱信号的波动,得出在控温条件下,系统的长时间测量重复性优于2‰。还研究了并五苯分子通过分子束外延制膜法在Au基底成膜初始阶段的生长过程。通过与膜厚仪和原子力显微镜测试结果比对,光谱信号精确反映出超薄膜在生长中引起的细微光学演变,其测量精度优于亚单分子层。实验结果表明,该差分反射光谱测量系统具有宽光谱(300～820 nm)、高稳定性(重复性优于2×10-3)、高测量精度(亚单分子层)等特点,并有效地抑制了光路装配误差、光学器件缺陷和环境干扰等对光信号的影响,作为一种高精度表面表征方法,适合于薄膜制备过程的实时在线监测。     

基于黑色层纳米薄膜的可重构可见光滤波器

基于铁电材料的介电可调特性,提出一种新颖的基于黑色层纳米薄膜的可重构可见光滤波器,并比较了它与一维光子晶体滤波器反射光谱的可重构特性.实验结果表明,利用黑色层吸收非相干散射光可显著提高反射颜色对比度.当钛酸钡(BTO)薄膜的厚度从100 nm变为140 nm时,反射光谱的峰值波长由383.7 nm移动至501.2 nm,纳米薄膜的反射颜色从紫色变为蓝绿色.反射光谱的测试结果与有限元的模拟结果一致性良好.计算结果表明,当BTO薄膜的厚度为170 nm时,在21.8V直流驱动电压下,其折射率由2.4变化至2.0,反射峰值波长由595.3 nm移动至513.9 nm.     

氧化锌纳米颗粒薄膜的近紫外电致发光特性研究

利用溶胶-凝胶法(sol-gel method)制备了ZnO纳米颗粒薄膜(ZnO nanoparticle film),并以此为发光层制备了结构为ITO/ZnO nanoparticle/MEH-PPV/LiF/Al的电致发光器件.通过调整器件发光层厚度,对器件的发光光谱和电学特性进行测试研究,发现该器件在一定的直流电压下可以得到以ZnO近紫外(中心波长390 nm)发光为主的电致发光光谱,显示出较好的ZnO近紫外电致发光特性.对该器件的发光机理进行了一定的研究,认为该器件的发光是基于载流子隧穿.     

Ag缓冲层对ZnO:Al薄膜结构与光电性能的改善

在室温条件下,采用射频磁控溅射法在玻璃基底上制备出了一系列高质量的AZO薄膜和不同Ag缓冲层厚度的AZO/Ag/AZO复合薄膜.利用x射线衍射和原子力显微镜分别对薄膜的物相和表面形貌进行了表征;利用霍尔效应测试仪和紫外一可见光分光光度计等实验技术对薄膜的光电性能进行了研究.实验结果表明,Ag缓冲层厚度对AZO薄膜的晶体结构和光电性能影响较大.当Ag层厚度为10 nm时,AZO(30nm)/Ag(10 nm)/AZO(30 nm)薄膜拥有最优品质因子,为1.59×10~(-1)Ω~(-1),方块电阻为0.75Ω/□,可见光区平均透过率为84.2%.另外,薄膜电阻随温度的变化趋势呈现金属电阻随温度的变化特性,光电热稳定性较好.     

有机半导体外延生长的扫描隧道显微镜研究

有机半导体薄膜的光、电等性质取决于有机分子的取向以及长程有序性.研究有机半导体的生长机理以及内在驱动力是一个重要环节.文章通过两个典型生长体系,perylene在Ru(0001)表面上的生长和tetracene在Ag(110)表面上生长过程的介绍,给出了形成有机半导体晶化薄膜的可能性以及决定其有序生长的内在驱动力.对于perylene在Ru(0001)表面上的生长,决定其过程的主要驱动力是分子间的相互排斥作用,在单分子层时,由于这种相互作用导致形成Ru(0001)-12×12-8 perylene有序超结构.而对于tetracene/Ag(110)体系,决定生长的驱动力主要表现为相互吸引作用,因此,在小于单分子层时,tetracene呈有序的岛状生长;而当tetracene膜的厚度大于单分子层时,呈逐层生长模式,并形成具有正交晶系结构的晶化薄膜.     

Al/Al_2O_3复合薄膜的制备及表面等离子体共振性能研究

为了探究氧化层对金属薄膜表面等离子体共振(SPR)特性的调制作用,实验采用直流磁控溅射技术,通过控制沉积功率和沉积时间制备不同厚度的金属铝基薄膜,而后调控退火时间和温度得到相应的铝/氧化铝(Al/Al203)复合薄膜。采用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、紫外-可见-近红外分光光度计及拉曼光谱仪分别表征样品的结构、表面形貌及SPR特性。XRD测试结果表明,随着金属铝基薄膜厚度的增加,Al/Al203复合薄膜由非晶态转变为较低表面能方向择优生长,薄膜结晶质量提高。其吸收光谱在220 nm附近处出现由双层复合薄膜SPR吸收峰,830 nm附近的峰对应金属铝膜的本征吸收峰。以罗丹明B为例的拉曼光谱测试结果表明,拉曼散射强度随着铝薄膜厚度增加表现为先增强后减弱的趋势,当铝膜厚度为14.5 nm时,表面增强拉曼散射(SERS)效果最显著。实验结果表明,氧化铝膜层对不同厚度的金属铝基薄膜的SPR特性有很好的调制作用,氧化铝化学性质稳定,对样品起到很好的保护作用。     

Ge-Sb-Se硫系薄膜制备及光学特性研究

介绍了几种常见的硫系薄膜制备方法, 根据现有实验条件采用热蒸发法和磁控溅射法制备出Ge-Sb-Se三元体系硫系薄膜, 通过台阶仪测试薄膜的厚度和表面粗糙度, 计算出两种制备方法的成膜速率, 并通过X射线光电子能谱测试了两种制备方法所得薄膜与块体靶材组分的差别. 利用Z扫描技术和分光光度计测试了热蒸发法制备所得薄膜的三阶非线性性能和透过光谱, 计算出非线性折射率、非线性吸收系数和薄膜厚度等参数. 结果表明热蒸发法制备Ge-Sb-Se薄膜具有良好的物理结构和光学特性, 在集成光学器件方面很高的应用潜力.     

Studies on morphology and molecular arrangement of pentacene on different substrates

Pentacene (C₂₂H₁₄) thin films with different thicknesses were fabricated to study the dynamic growth process and morphology of pentacene on different substrates. A discontinuous monomolecular layer was observed when a pentacene thin film is about 0.5 nm thick on native oxide silicon wafer. The terraced islands and dendritic structure gradually formed with increasing pentacene thin film thickness. The height of each layer is about 1.4 nm which corresponds well with the length of the long axis of the pentacene molecule at 1.45 nm. Experimental results show that the pentacene molecule is perpendicular to the silicon wafer surface with a slight tilted angle. However, the pentacene molecular orientation on a polymer pre-covered indium tin oxide coated substrate could not give any indication on the scale of nanometers. The surface roughness of substrates strongly influences pentacene molecular diffusion and the morphology of pentacene thin films.     

对硅片上自组装生长的Pentacene薄膜生长机制及其结晶相态的研究

采用热蒸发的方法在硅片衬底上自组装生长的Pentacene薄膜,薄膜在80℃温度下经2 h恒温真空热处理,通过原子力显微镜(AFM)对Pentacene薄膜表面形貌及其生长机制进行研究.结果得到,在硅片上生长的Pentacene薄膜足以台阶岛状结构生长,其岛状直径约为100 nm.且Pentacene分子以垂直于衬底的方向生长,台阶岛状结构中每个台阶的平均高度约为1.54 nnl·s-1,与Pentacene分子的沿长轴方向的长度相近.从Pentacene薄膜的XRD图谱中可以看出,薄膜在形成的过程中会因条件的不同而形成不同的结晶相,分别为薄膜相和三斜体相,且薄膜的结晶相将随着薄膜厚度的增加向三斜体相转变,其临界厚度为80和150 nm,当薄膜大于150 nm时,薄膜的三斜体相占主导地位,而当Pentacene薄膜的厚度小于80 nm时,Pentacene薄膜呈薄膜相存在.     

离子凝胶薄膜栅介石墨烯场效应管

在石墨烯场效应晶体管栅介结构中引入具有良好电容特性或极化特性的材料可改善晶体管性能.本文采用化学气相沉积制备的石墨烯并以PVDF-[EMIM]TF2N离子凝胶薄膜(ion-gel film)作为介质层制备底栅型石墨烯场效应管(graphene-based field effect transistor, GFET),研究其电学特性以及真空环境和温度对GFET性能的影响.结果表明离子凝胶薄膜栅介石墨烯场效应晶体管表现出良好的电学特性,室温空气环境中,与SiO_2栅介GFET相比, ion-gel膜栅介GFET开关比(J_(on)/J_(off))和跨导(g_m)分别提高至6.95和3.68×10~(–2) mS,而狄拉克电压(V_(Dirac))低至1.3 V;真空环境下ion-gel膜栅介GFET狄拉克电压最低可降至0.4 V;随着温度的升高, GFET的跨导最高可提升至6.11×10~(–2) mS.     

Electrical in‐situ characterisation of interface stabilised organic thin‐film transistors

We report on the electrical in‐situ characterisation of organic thin film transistors under high vacuum conditions. Model devices in a bottom‐gate/bottom‐contact (coplanar) configuration are electrically characterised in‐situ, monolayer by monolayer (ML), while the organic semiconductor (OSC) is evaporated by organic molecular beam epitaxy (OMBE). Thermal SiO₂ with an optional polymer interface stabilisation layer serves as the gate dielectric and pentacene is chosen as the organic semiconductor. The evolution of transistor param‐ eters is studied on a bi‐layer dielectric of a 150 nm of SiO₂ and 20 nm of poly((±)endo,exo‐bicyclo[2.2.1]hept‐5‐ene‐2,3‐dicarboxylic acid, diphenylester) (PNDPE) and compared to the behaviour on a pure SiO₂ dielectric. The thin layer of PNDPE, which is an intrinsically photo‐patternable organic dielectric, shows an excellent stabilisation performance, significantly reducing the calculated interface trap density at the OSC/dielectric interface up to two orders of magnitude, and thus remarkably improving the transistor performance. (© 2015 WILEY‐VCH Verlag GmbH &Co. KGaA, Weinheim)     

The role of Ti adhesion layer in electric charge transport in pentacene organic thin film transistors

We have performed measurements of electric current in pentacene organic thin film transistors in situ, during growth of pentacene layer. The source and the drain contacts were fabricated with varying thickness of Ti layer, followed by a thick Au layer. Our measurements confirm the hypothesis that only the first two molecular layers of pentacene are responsible for the transport of most of the electric current between the source and the drain. Consequently, several-nm thick Ti layer hinders charge carrier injection from source into the channel. This is manifested as a delayed onset of electric current when the thickness of Ti layer exceeds the thickness of two pentacene molecular layers.     

Optical anisotropy of aligned pentacene molecules on a rubbed polymer corresponding to the electrical anisotropy

We report on the optical anisotropy of a pentacene film on a rubbed (poly)vinylalcohol (PVA) layer related to the electrical performances of the pentacene organic field effect transistors (OFETs) depending on the direction of a current flow. The optical anisotropies of the PVA films are negligible with respect to whether or not rubbing process. In the pentacene OFET on the rubbed PVA layer, however, the optical anisotropy is observed and the anisotropy of the electrical performances directly corresponds to the optical anisotropy of the pentacene thin-film on the rubbed PVA layer.     

金属Pt薄膜上二氧化钒的制备及其电致相变性能研究

通过引入SiO₂氧化物缓冲层, 在金属Pt电极上利用射频磁控溅射技术成功制备出高质量的VO₂薄膜. 详细研究了SiO₂厚度对VO₂薄膜的晶体结构、微观形貌和绝缘体–金属相变(MIT)性能的影响. 结果表明厚度0.2 μm以上的SiO₂缓冲层能够有效 消除VO₂薄膜与金属薄膜之间的巨大应力, 制备出具有明显相变特性的VO₂薄膜. 当缓冲层达到0.7 μm以上, 获得的薄膜具有明显的(011)晶面择优取向, 表面平整致密, 相变前后电阻率变化达到3个数量级以上. 基于该技术制备了Pt-SiO₂/VO₂-Au三明治结构, 通过在垂直膜面方向施加很小的驱动电压, 观察到明显的阶梯电流跳跃, 证实实现了电致绝缘体–金属相变过程. 该薄膜制备工艺简单, 性能稳定, 器件结构灵活可应用于集成式电控功能器件. 关键词： 二氧化钒薄膜 相变特性 电致相变 阈值电压     

有机薄膜电致发光器件的光学微腔效应

制备了以铝掺杂氧化锌（ＡＺＯ）透明导电膜为阳极的有机薄膜电致发光微腔器件，研究了垂直的光学法布里－珀罗微共振腔对有机器件的自发发射的微腔效应，发出了光谱窄化、发光强度增加及发射的角度依赖关系等现象。具有微腔结构的器件发射谱将高宽只有１４display status     

Performance improvement in pentacene organic thin film transistors by inserting a C60 ultrathin layer

The contact effect on the performances of organic thin film transistors is studied here. A C₆₀ ultrathin layer is inserted between Al source--drain electrode and pentacene to reduce the contact resistance. By a 3 nm C₆₀ modification, the injection barrier is lowered and the contact resistance is reduced. Thus, the field-effect mobility increases from 0.12 to 0.52 cm²/(V·s). It means that inserting a C₆₀ ultra thin layer is a good method to improve the organic thin film transistor (OTFT) performance. The output curve is simulated by using a charge drift model. Considering the contact effect, the field effect mobility is improved to 1.15 cm²/(V·s). It indicates that further reducing the contact resistance of OTFTs should be carried out.