Cu-N共掺β-Ga2O3的光电性质的第一性原理计算

基于密度泛函理论,本文通过OTFG赝势方法计算了本征β-Ga₂O₃以及Cu-N共掺后β-Ga₂O₃的晶格常数、电子结构以及光学特性.计算结果表明本征β-Ga₂O₃的禁带宽度为4.5 eV;Cu和N掺入β-Ga₂O₃后属于受主杂质,并且引入了深受主能级,这表明Cu-N共掺后β-Ga₂O₃变为p型半导体材料;光学性质计算结果表明本征β-Ga₂O₃的静介电函数为2.5,掺杂后β-Ga₂O₃的静介电函数增大,对电荷的存储能力增强;此外,Cu-N的共掺对β-Ga₂O₃的吸收系数、反射率在能量较低的区域的影响较大,而对能量较高的区域影响较小.     

In2O3/CuO纳米异质结的制备和光催化性质研究

通过溶胶-凝胶结合静电纺丝过程制备了In₂O₃/CuO纳米异质结。XRD和Raman光谱的研究表明,随着前驱物中Cu/In比例的增加,CuO相的含量逐渐增加。吸收光谱研究表明,随着CuO含量的增加,复合纳米结构的可见光吸收明显增强。光催化实验研究结果表明,In₂O₃/CuO纳米异质结具有比单一相的In₂O₃和CuO更强的光催化性能,其主要来源于异质结所导致的增强的光生电子和空穴的分离效率。     

Zn掺杂β-Ga2O3薄膜的制备和特性研究（英文）

β-Ga2O3是一种宽带隙半导体材料,能带宽度Eg≈5.0eV,在光学和光电子学领域有广泛的应用.用射频磁控溅射方法在Si衬底和远紫外光学石英玻璃衬底制备了本征β-Ga2O3薄膜及Zn掺杂β-Ga2O3薄膜,用紫外-可见分光光度计、X射线衍射仪、荧光分光光度计对本征β-Ga2O3薄膜及Zn掺杂β-Ga2O3薄膜的光学透过、光学吸收、结构和光致发光进行了测量,研究了Zn掺杂和热退火对薄膜结构和光学性质的影响.退火后的β-Ga2O3薄膜为多晶结构,与本征β-Ga2O3薄膜相比,Zn掺杂β-Ga2O3薄膜的β-Ga2O3(111)衍射峰强度变小,结晶性变差,衍射峰位从35.69°减小至35.66°.退火后的Zn掺杂β-Ga2O3薄膜的光学带隙变窄,光学透过降低,光学吸收增强,出现了近边吸收,薄膜的紫外、蓝光及绿光发射增强.表明退火后Zn掺杂β-Ga2O3薄膜中的Zn原子被激活充当受主.     

AlxGa1-x N/GaN调制掺杂异质结构的子带性质研究

通过低温和强磁场下的磁输运测量研究了Al_0.22Ga_0.78N/GaN调制掺杂异质结构中2DEG的子带占据性质和子带输运性质.在该异质结构的磁阻振荡中观察到了双子带占据现象，并发现2DEG的总浓度随第二子带浓度的变化呈线性关系.得到了该异质结构中第二子带被2DEG占据的阈值电子浓度为7.3×10¹²cm^-2.采用迁移率谱技术得到了不同样品的分别对应于第一和第二子带的输运迁移率.发现当样品产生应变弛豫时第一子带的电子迁移 关键词： AlGaN/GaN异质结 二维电子气 子带占据 输运迁移率     

薄膜厚度对射频磁控溅射β-Ga2O3薄膜光电性能的影响

本文在室温下利用射频磁控溅射技术在(001)蓝宝石衬底上制备了不同厚度的β-Ga₂O₃薄膜,随后将其置于氩气气氛中800℃退火1 h.利用XRD,SEM,UV-Vis分光光度计、PL光致发光光谱仪和Keithley 4200-SCS半导体表征系统等考察薄膜厚度对所得氧化镓薄膜相组成、表面形貌、光学性能以及光电探测性能的影响.结果表明,随着薄膜厚度的增加,薄膜结晶质量提高,840 nm薄膜最佳,1050 nm薄膜结晶质量略有降低.不同厚度β-Ga₂O₃薄膜在波长200—300 nm日盲区域内均具有明显的紫外光吸收,禁带宽度随着薄膜厚度的增加而增加.PL谱中各发光峰峰强随着薄膜厚度的增加而减小,表明氧空位及其相关缺陷受到抑制.在β-Ga₂O₃薄膜基础上制备出日盲紫外光电探测器的探测性能(光暗电流比,响应度,探测率,外量子效率)也随薄膜厚度的增加呈先增后减的趋势.厚度约为840 nm的β-Ga₂O₃紫外光电探测器,在5...     

AlGaN/AlN/GaN结构中二维电子气的输运特性

对使用金属有机物汽相沉积法生长的AlGaN/AlN/GaN结构进行的变温霍尔测量，测量结果指出在AlN/GaN界面处有二维电子气存在且迁移率和浓度在2K时分别达到了1.4×10⁴cm²·V^-1·s^-1和9.3×10¹²cm^-2，且在200K到2K范围内二维电子气的浓度基本不变，变磁场霍尔测量发现只有一种载流子(电子)参与导电.在2K温度下，观察到量子霍尔效应，Shubnikov-de Haas (SdH) 振荡在磁场约为3T时出现，证明了此结构呈现了典型的二维电子气行为.通过实验数据对二维电子气散射过程的半定量分析，推出量子散射时间为0.23ps，比以往报道的AlGaN/GaN结构中的散射时间长，说明引入AlN层可以有效减小合金散射，进一步的推断分析发现低温下以小角度散射占主导地位.     

Si掺杂β-Ga2O3的第一性原理计算与实验研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势(USPP)法, 在广义梯度近似(GGA)下计算了本征β-Ga₂O₃和Si掺杂β-Ga₂O₃的能带结构、电子态密度、差分电荷密度和光学特性. 在蓝宝石衬底(0001)晶面上用脉冲激光沉积(PLD)法制备了本征β-Ga₂O₃和Si掺杂β-Ga₂O₃薄膜, 测量了其吸收光谱和反射光 关键词： 第一性原理 超软赝势 密度泛函理论 2O₃')" href="#">Si掺杂β-Ga₂O₃     

高温AlN插入层对AlGaN/GaN异质结材料和HEMTs器件电学特性的影响

研究了在GaN缓冲层中插入40 nm厚高温AlN层的GaN外延层和AlGaN/GaN异质结材料, AlN插入层可以增加GaN层的面内压应力并提高AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMTs）的电学特性. 在精确测量布拉格衍射角的基础上定量计算了压应力的大小. 增加的压应力一方面通过增强GaN层的压电极化电场, 提高了AlGaN/GaN异质结二维电子气（2DEG）面密度, 另一方面使AlGaN势垒层对2DEG面密度产生的两方面影响相互抵消. 同时, 这种AlN插入层的采用降低了GaN与AlGaN层之间的 关键词： 高温AlN插入层 AlGaN/GaN异质结 二维电子气 应力     

Self-powered solar-blind photodiodes based on EFG-grown(100)-dominant β-Ga2O3 substrate

We report the edge-defined-film-fed(EFG)-grown β-Ga₂O₃-based Schottky photodiodes.The device has a reverse leakage current of ~nA and a rectified ratio of ~10⁴ at ±5 V.In addition,the photodiode detector shows a dark current of 0.3 pA,a photo-responsivity(R) of 2.875 mA/W,a special detectivity(D*) of 10¹⁰ Jones,and an external quantum efficiency(EQE) of 1.4% at zero bias,illustrating a self-powered operation.This work may advance the development of the Ga₂O₃-based Schottky diode solar-blind photodetectors.     

晶格匹配InAlN/GaN和InAlN/AlN/GaN材料二维电子气输运特性研究

文章研究了InAlN/GaN和引入AlN界面插入层形成的InAlN/AlN/GaN材料的输运性质. 样品均在蓝宝石上以脉冲金属有机物化学气相淀积法生长,霍尔迁移率变温特性具有典型的二维电子气(2DEG)特征. 综合各种散射机理包括声学形变势散射、压电散射、极性光学声子散射、位错散射、合金无序散射和界面粗糙度散射,理论分析了温度对迁移率的影响,发现室温下两种材料中2DEG支配性的散射机理都是极性光学波散射和界面粗糙度散射;AlN插入层对InAlN/GaN材料迁移率的改善作用一方面是免除2DEG的合金无序散射,另外还显著改善异质界面,抑制了界面粗糙度散射. 考虑到2DEG密度也是影响其迁移率的重要因素,结合实验数据给出了晶格匹配InAlN/GaN和InAlN/AlN/GaN材料的2DEG迁移率随电子密度变化的理论上限. 关键词： InAlN/GaN 二维电子气 迁移率     

AlxGa1-xN/GaN调制掺杂异质结构的子带性质研究

通过低温和强磁场下的磁输运测量研究了Al0.22Ga0.78N/GaN调制掺杂异质结构中2DEG的子带占据性质和子带输运性质.在该异质结构的磁阻振荡中观察到了双子带占据现象,并发现2DEG的总浓度随第二子带浓度的变化呈线性关系.得到了该异质结构中第二子带被2DEG占据的阈值电子浓度为7.3×1012cm-2.采用迁移率谱技术得到了不同样品的分别对应于第一和第二子带的输运迁移率.发现当样品产生应变弛豫时第一子带的电子迁移率骤然下降,而且第二子带的电子迁移率远大于第一子带的电子迁移率.用电子波函数分布和应变弛豫时的失配位错散射解释了上述现象.同时进一步说明了界面粗糙散射和合金无序散射是决定AlxGa1-xN/GaN异质结构中2DEG迁移率的主要散射机理.     

InAlN/GaN异质结二维电子气波函数的变分法研究

使用变分法推导了InAlN/GaN异质结二维电子气波函数和基态能级的解析表达式,并讨论了InAlN/GaN异质结结构参数对二维电子气电学特性的影响.在假设二维电子气来源于表面态的前提下,使用了一个包含两个变分参数的尝试波函数推导电子总能量期望值,并通过寻找能量期望极小值确定变分参数.计算结果显示,二维电子气面密度随InAlN厚度的增大而增大,且理论结果与实验结果一致.二维电子气面密度增大抬高了基态能级与费米能级,并保持二者之差增大以容纳更多电子.InAlN/GaN界面处的极化强度失配随着In组分增大而减弱,二维电子气面密度随之减小,并导致基态能级与费米能级减小.所建立的模型能够解释InAlN/GaN异质结二维电子气的部分电学行为,并为电子输运与光学跃迁的研究提供了解析表达式.     

引入籽晶层的物理溅射生长Ga2O3外延薄膜特性研究

氧化镓(Ga₂O₃)薄膜在功率器件以及紫外探测等领域中具有重要的应用潜力,而实现高质量薄膜制备则是其中的关键.本文在蓝宝石衬底上物理溅射生长外延Ga₂O₃层,因采用引入籽晶层的方法提供了人为成核点而使得外延层结晶质量获得明显改善.实验发现该外延层薄膜的生长中随着功率增加,晶粒团聚到一定尺寸后出现裂解现象.这一物理机制归因于大功率下溅射粒子在生长晶面上扩散携带的能量过大导致粒子碰撞次数增多.文中生长的外延层为(201)晶面取向的β型Ga₂O₃薄膜,厚度在202.4-292.3 nm之间,薄膜在450—800 nm范围可见光波段的透射率约为90%,吸收边随着功率的增加先蓝移后红移,带隙约为4.81—4.96 eV.光致发光光谱分析表明,该外延层薄膜在460 nm处产生蓝色发光.本文发现溅射功率为160 W时引入籽晶层生长的β-Ga₂O₃薄膜具有最佳的结晶质量,这一方法将为高质量β-Ga₂O     

N极性GaN/AlGaN异质结二维电子气模拟

通过自洽求解薛定谔方程和泊松方程,较系统地研究了GaN沟道层、AlGaN背势垒层、Si掺杂和AlN插入层对N极性GaN/AlGaN异质结中二维电子气(2DEG)的影响,分析表明,GaN沟道层厚度、AlGaN背势垒层厚度及Al组分变大都能一定程度上提高二维电子气面密度,AlGaN背势垒层的厚度和Al组分变大也可提高二维电子气限阈性,且不同的Si掺杂形式对二维电子气的影响也有差异,而AlN插入层在提高器件二维电子气面密度、限阈性等方面表现都较为突出,在模拟中GaN沟道层厚度小于5nm时无法形成二维电子气,超过20nm后二维电子气面密度趋于饱和,而AlGaN背势垒厚度超过40nm后二维电子气也有饱和趋势,对均匀掺杂和delta掺杂而言AlGaN背势垒层Si掺杂浓度超过5×10~(19)cm~(-3)后2DEG面密度开始饱和,而厚度为2nmAlN插入层的引入会使2DEG面密度从无AlN插入层时的0.93×10~(13)cm~(-2)提高到1.17×10~(13)cm~(-2)。     

水热法制备In2O3/ZnO异质结及其高的光催化性能

采用简单的两步水热法合成了不同In₂O₃质量比的In₂O₃/ZnO异质结复合材料．通过X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见分光光度计(UV-vis)和扫描电子显微镜(SEM)对复合材料的结构、形貌和性能进行了表征．同时还使用UV-vis分光光度计测试了异质结降解罗丹明B(RhB)的光催化活性．实验结果表明,与纯ZnO和In₂O₃相比,In₂O₃的引入将ZnO的吸收光谱扩展到可见光区域,从而提高了其光生电子和空穴的分离．此外,In₂O₃/ZnO异质结在可见光照射对RhB具有较高的光催化活性．5 wt%-In₂O₃/ZnO异质结对RhB的降解率为84.3%,且具有良好的光催化稳定性．In₂O₃/ZnO异质结复合材料在有机染料废水的降解中有更广阔的应用前景．     

Microstructure,optical,and photoluminescence properties ofβ-Ga2O3films prepared by pulsed laser deposition under different oxygen partial pressures

Theβ-Ga₂O₃films are prepared on polished Al₂O₃(0001)substrates by pulsed laser deposition at different oxygen partial pressures.The influence of oxygen partial pressure on crystal structure,surface morphology,thickness,optical properties,and photoluminescence properties are studied by x-ray diffraction(XRD),atomic force microscope(AFM),scanning electron microscope(SEM),spectrophotometer,and spectrofluorometer.The results of x-ray diffraction and atomic force microscope indicate that with the decrease of oxygen pressure,the full width at half maximum(FWHM)and grain size increase.With the increase of oxygen pressure,the thickness of the films first increases and then decreases.The room-temperature UV-visible(UV-Vis)absorption spectra show that the bandgap of theβ-Ga₂O₃film increases from4.76 e V to 4.91 e V as oxygen pressure decreasing.Room temperature photoluminescence spectra reveal that the emission band can be divided into four Gaussian bands centered at about 310 nm(~4.0 e V),360 nm(~3.44 e V),445 nm(~2.79 e V),and 467 nm(~2.66 e V),respectively.In addition,the total photoluminescence intensity decreases with oxygen pressure increasing,and it is found that the two UV bands are related to self-trapped holes(STHs)at O1 sites and between two O2-s sites,respectively,and the two blue bands originate from V_Ga^2-at Ga1 tetrahedral sites.The photoluminescence mechanism of the films is also discussed.These results will lay a foundation for investigating the Ga₂O₃film-based electronic devices.     

Al2O3隧道结势垒参数与上电极金属的相关性

本文采用两种极端情况的梯形势垒模型对上电极分别为Au,Ag和Cu的三种Al-Al₂O₃-M隧道结势垒参数进行了研究,通过用上述模型对77K温度下结的伏安特性进行拟合计算表明:这两种模型都能很好地解释实验结果;所得到的势垒参数表现出与结上电极金属的原子半径、金属材料的脱出功以及Al₂O₃绝缘介质的电子亲合势有关。 关键词：     

Al2O3增强的Co2-C98/Al2O3/Si异质结的光伏效应

随着能源危机的加剧,太阳能电池作为开发和利用太阳能的一种普遍形式, 日益受到世界各国的重视.随着太阳能电池向着高效率、薄膜化、无毒性和原材料丰富的方向发展, 单纯的硅系太阳能电池已经无法达到这样的要求,因此新的材料和工艺的开发利用迫在眉睫. 本文研究了碳材料在硅异质节上实现光伏效应的改善及其可能在太阳能电池上的应用. 采用脉冲激光沉积方法制备的Co₂-C₉₈/Al₂O₃/Si异质结构在标准日光照射 (AM1.5, 100 mW/cm²)条件下,可获得0.447 V的开路电压和18.75 mA/cm²的电流密度, 转换效率可达3.27%.通过电容电压特性和暗条件下的电输运性能测量, 证明了氧化铝层的引入不但对单晶硅的表面起到了物理钝化作用,减小了反向漏电流, 使异质结界面缺陷、界面能级和复合中心减少,还起到了场效应钝化作用, 增加了异质结界面的势垒高度,增加了开路电压,使异质结的光伏效应显著增强.     

Cu3Mo2O9/MoO3纳米复合材料制备及三甲胺气敏性能研究

水产品的新鲜度极大地影响着人类的生命及身体健康,水产品在存放过程中会释放出以三甲胺为代表的胺类气体,通过检测这类气体的浓度可以监控水产品的新鲜度.本文以具有优良气体敏感性能的MoO₃纳米带作为基体,通过引入Cu₃Mo₂O₉纳米颗粒制备Cu₃Mo₂O₉/MoO₃复合材料,具有非常好的三甲胺气体敏感性能、快速响应/恢复时间及长期稳定性.结果表明,采用这种复合材料制备的气敏元件在50—240℃,质量分数为5×10^-6时对三甲胺气体的响应可达到R_air/R_gas=13.9,最小检测极限的体积分数为2×10^-7.分布在MoO₃纳米带表面的Cu₃Mo₂O₉颗粒与基体形成异质结界面,利用Cu₃Mo₂O_...     

纤锌矿AlGaN/AlN/GaN异质结构中光学声子散射影响的电子迁移率

对含有AlN插入层纤锌矿Al_xGa_1-xN/AlN/GaN异质结构,考虑有限厚势垒和导带弯曲的实际 异质结势,同时计入自发极化和压电极化效应产生的内建电场作用,采用数值自洽求解薛定谔方程和泊松方程, 获得二维电子气(2DEG)中电子的本征态和本征能级.依据介电连续模型和Loudon单轴晶体模型, 用转移矩阵法分析该体系中可能存在的光学声子模及三元混晶效应.进一步, 在室温下计及各种可能存在的光学声子散射,推广雷-丁平衡方程方法,讨论2DEG分布及二维电子迁移率的 尺寸效应和三元混晶效应.结果显示: AlN插入层厚度和Al_xGa_1-xN势垒层中Al组分的增加均会 增强GaN层中的内建电场强度,致使2DEG的分布更靠近异质结界面,使界面光学声子强于其他类型的 光学声子对电子的散射作用而成为影响电子迁移率的主导因素.适当调整AlN插入层的厚度和Al组分, 可获得较高的电子迁移率.