具有叠层超薄膜结构的高性能有机晶体管氨气传感器EI北大核心CSCD

研究了基于给-受体共轭聚合物双(2-氧代二氢吲哚-3-亚基)-苯并二呋喃-二酮和联噻吩(PBIBDF-BT)超薄膜叠层晶体管的电学性能及氨气传感特性。使用相分离方法以及转移-刻蚀步骤制备了不同堆叠层数的PBIBDF-BT超薄膜。系统地研究了PBIBDF-BT超薄膜堆叠层数与器件性能的关系。实验结果表明,单层PBIBDF-BT超薄膜器件对氨气具有良好的传感性能,电学性能较差。超薄膜叠层能够有效提高传感器的电学性能,随着超薄膜叠层数量的增加,器件迁移率不断上升;超薄膜层数增加为3层及更多时迁移率上升趋势变缓,迁移率最大值为0.58 cm^(2)·V^(-1)·s^(-1)。超薄膜叠层器件氨气传感性能在层数为2层后呈现下降趋势。通过PBIBDF-BT超薄膜叠层方法,制备出在1.0×10^(-5)氨气环境下,迁移率为0.23 cm^(2)·V^(-1)·s^(-1)、源漏电流变化百分比为90.7%、性能良好的OFET氨气传感器。     

聚3-己基噻吩-b-聚十六烷氧基联烯嵌段聚合物的制备及其场效应性能

以溴代十六烷、丙炔醇为原料通过取代反应、还原重排反应制备了十六烷氧基联烯,然后以氯化(三环己基膦)镍作为催化剂,通过控制加料顺序一锅制备了聚3-己基噻吩-b-聚十六烷氧基联烯的嵌段聚合物。通过核磁共振氢谱和体积排除色谱对产物进行了表征和确证。对聚3-己基噻吩-b-聚十六烷氧基联烯嵌段聚合物的热学性能、光学性能及电学性能进行了研究。差示扫描量热法和热重分析结果表明,嵌段共聚物具有两个玻璃化转变温度及两个热分解温度,说明其具有明显相分离。以嵌段共聚物为半导体活性材料,制备了场效应晶体管器件。使用热退火对器件进行热处理,发现迁移率随退火温度的上升而提高。器件在200℃退火温度下的平均迁移率为7.03×10~(-4)cm~2·V~(-1)·s~(-1),最大迁移率为1.3×10~(-3)cm~2·V~(-1)·s~(-1),阈值电压为5.44 V。     

掺杂吡唑喹啉衍生物的聚乙烯基咔唑薄膜载流子传输性能的研究

对比研究了吡唑喹啉衍生物(PAQ5)的掺杂对聚N-乙烯基咔唑(PVK)聚合物薄膜载流子传输性能的影响.分析薄膜宏观的电流密度-电场关系发现:电场F在106~10~7 V·cm-1范围时,纯PVK薄膜中电流密度J∝F2.1,而在掺杂了PAQ5(4.8wt%)的PVK薄膜中J∝F2.9.掺杂薄膜导电能力的提高,除了有空穴从阳极注入PVK形成的空间电荷限制电流之外,也有PAQ5使电子从阴极注入和传输形成的传输电流.分析薄膜用飞行时间法测得的瞬态光电流谱可得:在1×105~2×10~5 V·cm-1的低场下,纯PVK薄膜中传导电流的主要是空穴载流子,其迁移率在7.6×10~(-5) cm~2·V~(-1)·s~(-1),而电子迁移的信息却很微弱,PAQ5掺杂浓度为2wt%的PVK薄膜载流子传输性能没有大的变化.在PAQ5掺杂浓度为5wt%的PVK薄膜中,空穴的迁移率为6.0×10-5 cm~2·V~(-1)·s~(-1),电子的迁移率为7.9×10-6cm~2·V~(-1)·s~(-1).掺入的PAQ5建立的电子传输通道使掺杂薄膜载流子的传输性能得到显著提高.     

高灵敏度Sb基量子阱2DEG的霍尔器件（英文）

用分子束外延技术将高灵敏度的In As/Al Sb量子阱结构的Hall器件赝配生长在Ga As衬底上。设计了由双δ掺杂构成的Hall器件的新结构,有效地提高了器件的面电子浓度。与传统的没有掺杂的In As/Al Sb量子阱结构的Hall器件相比,室温下器件电子迁移率从15 000 cm~2·V~(-1)·s~(-1)提高到16 000 cm~2·V~(-1)·s~(-1)。AFM测试表明材料有好的表面形态和结晶质量。从77 K到300 K对Hall器件进行霍尔测试,结果显示器件不同温度范围有不同散射机构。双δ掺杂结构形成高灵敏度、高二维电子气(2DEG)浓度的In As/Al Sb异质结Hall器件具有广阔的应用前景。     

单层二硫化钼多相性质及相变的第一性原理研究

本文基于密度泛函的第一性原理,并引入范德瓦耳斯力修正,研究了单层二硫化钼2H,1T,ZT三种相的电学性质及相变原理.首先通过结构弛豫确定了三种相的几何结构,能带和态密度计算证实1T相具有金属性质,ZT相具有半导体性质,带隙为0.01 eV.然后结合变形势理论计算了2H和ZT相的迁移率,ZT相的迁移率高达104cm~2·V~(-1)·s~(-1),进一步拓展了单层二硫化钼的应用范围.最后通过对比三种相吸附锂原子结合能,计算2H-1T相变能量曲线,解释了引起二硫化钼相变的原因.本文的研究结果将对单层二硫化钼实验制备表征以及相关光电器件性能分析提供重要参考.     

衬底温度对TiOPc光敏有机场效应管的影响

制备了基于酞菁氧钛(TiOPc)的有机光敏场效应管,对氧化铟锡(ITO)衬底器件进行温度优化。实验结果表明,随着衬底温度(T_(sub))的增加,器件载流子迁移率(μ)、光暗电流比(P)和光响应度(R)先增加后减小,在T_(sub)=140℃时达到最大。T_(sub)=140℃的ITO衬底器件,在波长808 nm、光功率密度190 m W·cm~(-2)的近红外光照下,最大载流子迁移率达到1.35×10~(-2)cm~2·V~(-1)·s~(-1),最大光暗电流比为250,栅压为-50 V时的最大光响应度为1.51 m A/W。     

铟锡氧化物薄膜表面等离子体损耗降低的研究

本文采用直流磁控溅射方法在普通浮法玻璃基底上制备了立方多晶铁锰矿结构的铟锡氧化物(indium tin oxide, ITO)薄膜,并对其进行了结晶性、表面粗糙度、紫外-可见吸收光谱、折射率、介电常数及霍尔效应的测试.研究了溅射时基底温度的改变对于ITO薄膜的光电、表面等离子体性质的影响.随着基底温度由100?C升高至500?C,其光学带隙(3.64—3.97eV)展宽,减少了电子带间跃迁的概率,有效降低了ITO薄膜的光学损耗.与此同时,对应ITO薄膜的载流子浓度(4.1×10~(20)-—2.48×10~(21)cm~(-3))与迁移率(24.6—32.2 cm~2·V~(-1)·s~(-1))得到提高,电学损耗明显降低.     

异质诱导酞菁锌有机薄膜晶体管的蒸镀工艺

通过调控对六联苯(p-6P)诱导层和酞菁锌(ZnPc)蒸镀工艺条件,研究了有机半导体小分子的结晶生长成膜与ZnPc有机薄膜晶体管(OTFT)器件电性能的关系。结果表明,p-6P在180～190℃较高的衬底生长温度和3～4 nm的生长厚度下能够形成更大的结晶畴以及对二氧化硅衬底表面更好的覆盖,有利于诱导ZnPc小分子的结晶生长,使晶畴的排列更加有序。同时通过X射线衍射分析晶体结构,结果表明p-6P衬底温度的升高会明显提高ZnPc薄膜的结晶性。电性能研究发现,ZnPc蒸镀厚度的增加会显著提高器件的饱和电流和迁移率,在异质诱导条件下,p-6P薄膜厚度为3 nm、ZnPc蒸镀厚度为20 nm时,器件的饱和电流为1.08×10~(-6) A,迁移率为1.66×10~(-2) cm~2·V~(-1)·s~(-1)。     

高灵敏度InAs/AlSb量子阱的霍尔器件(英文)

用分子束外延在Ga As(001)衬底上生长了两个量子阱结构的霍尔器件,一个是没有掺杂的量子阱结构,一个是Si-δ掺杂的量子阱结构。研究了霍尔器件的面电子浓度和电子迁移率与温度的关系。结果表明,在300 K下,Si-δ掺杂的量子阱结构的电子迁移率高达25 000 cm~2·V~(-1)·s~(-1),并且该器件输入电阻和输出电阻较低。同时,Si-δ掺杂的量子阱结构霍尔器件的敏感度好于没有掺杂的量子阱结构霍尔器件。     

Ta_2O_5-PMMA复合栅绝缘层对OFETs性能的影响（英文）

选用五氧化二钽(Ta_2O_5)-聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合材料作为栅绝缘层制备了并五苯有机场效应晶体管(OFETs)。通过在Ta_2O_5表面旋涂一层PMMA可以降低栅绝缘层的表面粗糙度,增大其场效应晶体管的迁移率。研究了厚度在20~60 nm范围内的PMMA对复合绝缘层表面形貌、粗糙度以及器件电学性能的影响。结果表明,当PMMA厚度为40 nm时,器件的电学性能最佳。与单一的Ta_2O_5栅绝缘层器件相比,其场效迁移率由4.2×10~(-2)cm~2/(V·s)提高到0.31 cm~2/(V·s);栅电压增加到-20 V时,开关电流比由2.9×10~2增大到2.9×10~5。     

室温生长AZO/Al_2O_3叠层薄膜晶体管性能研究

针对目前大多数氧化物薄膜晶体管都需要采用热退火工艺来提高其性能不利于其在柔性显示器件中应用这一问题,提出了一种采用室温工艺制备的新型TFT器件,无需退火处理即可获得较好的器件性能。该器件采用脉冲激光沉积技术制备的AZO/Al_2O_3叠层结构作为沟道层。与单层AZO-TFT器件相比,叠层TFT器件具有更优异的性能,其迁移率为2.27 cm2·V-1·s-1,开关比为1.43×106。通过对AZO/Al_2O_3叠层薄膜的厚度、密度、粗糙度、物相、界面特性及能带结构等进行分析,发现这种叠层结构能够使电子的运动被限制在AZO薄膜平面内,即形成了二维电子传输,从而提升TFT器件的性能。     

2D SnP_3:具有高载流子迁移率和光吸收率的范德瓦尔斯晶体（英文）

本文基于第一性原理计算,预测了二维SnP_3层作为新型半导体材料,具有0.71 eV(单层)和1.03 eV(双层)的间接带隙,这与体结构的金属特性不同.值得注意的是,2D SnP_3具有9.171×10~4 cm~2·V~(-1)·s~(-1)的高空穴迁移率和对于整个可见光谱的高光吸收(～10~6 cm~(-1)),这预示2D SnP3层有望成为纳米电子学和光电子学的候选材料.有趣的是,本文发现2D SnP_3双层具有与硅类似的电子和光学特性.考虑到硅基微电子和光伏技术的巨大成功,本文的研究结果将有助于纳米领域的相关研究.     

溶胶凝胶法制备透明IZO薄膜晶体管

采用溶胶凝胶法制备了非晶铟锌氧化物(a-IZO)薄膜,并作为薄膜晶体管(TFT)的有源层制备了a-IZO TFT。研究了IZO薄膜中铟锌比对薄膜性质及a-IZO TFT器件性能的影响。结果表明:溶胶凝胶法制备的IZO薄膜经低温(300℃)退火后为非晶结构,薄膜表面均匀平整、致密,颗粒大小为20 nm左右,并具有高透过率(>85%)。IZO薄膜中的铟锌比对薄膜的电学性能和TFT器件特性影响显著,增加In含量有利于提高薄膜和器件的迁移率。当铟锌比为3∶2时,所获得的薄膜适合于作为薄膜晶体管的有源层,制备的IZO-TFT经过相对低温(300℃)退火处理具有较好的器件性能,阈值电压为1.3 V,载流子饱和迁移率为0.24 cm2·V-1·s-1,开关比(Ion∶Ioff)为105。     

利用混合有机空穴传输材料提升有机薄膜晶体管场效应迁移率

通过采用在并五苯薄膜与源漏电极之间插入10 nm并五苯掺杂的N,N'-二苯基-N,N'-二(3-甲基苯基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺薄膜的方法研究了基于并五苯有源层的底栅错面型有机薄膜晶体管的电学特性。研究发现:N,N'-二苯基-N,N'-二(3-甲基苯基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺的引入可以有效改善有源层和源漏电极接触界面的表面形貌,利于形成欧姆接触,从而改善器件性能,最终使优化器件的迁移率由(0.1±0.01)cm2/(V·s)提升至(0.31±0.02)cm2/(V·s),阈值电压由(-34.6±1.3)V降至(-30.1±1.2)V。     

退火温度对电子束蒸发沉积Cu_2O薄膜性能的影响

近年来,钙钛矿太阳电池(PSCs)得到了迅猛发展,而无机空穴传输材料(IHTMs)的使用可进一步降低电池的成本,提高电池的稳定性.本文通过电子束蒸发制备了Cu_2O薄膜,研究了空气中退火温度及时间对薄膜组成、结构及光电性能的影响,并构筑了p-i-n反型平面异质结钙钛矿太阳电池.研究发现:由于热解作用,直接通过电子束蒸发制备的薄膜为Cu_2O和Cu的混合物;而在空气中经过退火后,由于氧化作用,随着退火温度的升高,薄膜的组分由混合物转变为纯的Cu_2O,再转变成纯的CuO.通过控制退火温度制备的Cu_2O薄膜的光学带隙约为2.5 eV,载流子迁移率约为30 cm~2·V~(-1)·s~(-1).应用于PSCs,薄膜的最佳厚度为40 nm,但电池性能低于PEDOT:PSS基的PSCs.这主要是由于钙钛矿前驱液在Cu_2O薄膜的润湿性较差,吸收层中有大量微孔洞存在,致使漏电流增强,电池的性能降低.然而,当采用Cu_2O/PEDOT:PSS双HTMs设计时,由于PEDOT:PSS对Cu_2O具有较强的腐蚀作用,使电池性能恶化.     

Fabrication and characterization of the normally-off N-channel lateral 4H–SiC metal–oxide–semiconductor field-effect transistors

In this paper, the normally-off N-channel lateral 4H–Si C metal–oxide–semiconductor field-effect transistors(MOSFFETs) have been fabricated and characterized. A sandwich-(nitridation–oxidation–nitridation) type process was used to grow the gate dielectric film to obtain high channel mobility. The interface properties of 4H–Si C/SiO_2 were examined by the measurement of HF I–V, G–V, and C–V over a range of frequencies. The ideal C–V curve with little hysteresis and the frequency dispersion were observed. As a result, the interface state density near the conduction band edge of 4H–Si C was reduced to 2 × 10~(11) e V~(-1)·cm~(-2), the breakdown field of the grown oxides was about 9.8 MV/cm, the median peak fieldeffect mobility is about 32.5 cm~2·V~(-1)·s~(-1), and the maximum peak field-effect mobility of 38 cm~2·V~(-1)·s~(-1) was achieved in fabricated lateral 4H–Si C MOSFFETs.     

不同表面修饰制备高性能柔性薄膜晶体管

分别采用六甲基二硅胺(HMDS,Hexamethyldisilazane)和聚苯乙烯/氯硅烷复合材料修饰聚乙烯基苯酚(PVP)绝缘层制备了底接触的有机薄膜晶体管并研究了其半导体层的表面形貌和器件的电学性能。原子力显微镜观察发现,并五苯半导体薄膜在不同的界面修饰上的生长形貌产生了很大变化。在PVP上沉积的并五苯晶粒尺寸都小于150 nm,经过聚苯乙烯/氯硅烷复合材料和HMDS处理后的PVP表面生长的并五苯晶粒尺寸则分别在200~400 nm和400~600 nm。大尺寸的晶粒能够减小器件沟道内的陷阱浓度,从而有效地提高电学性能。PVP绝缘层采用聚苯乙烯/氯硅烷和HMDS修饰后,与未修饰的器件相比迁移率分别提高了58倍和82倍。采用HMDS作为表面修饰层制备柔性OTFT,并五苯场效应晶体管的关态电流约为10-9A,电流的开关比超过104,最大场效应迁移率约可达0.338 cm2·V-1·s-1.     

Quantum oscillations and nontrivial transport in(Bi_(0.92)In_(0.08))_2Se_3

Quantum phase transition in topological insulators has drawn heightened attention in condensed matter physics and future device applications.Here we report the magnetotransport properties of single crystalline(Bi_(0.92)In_(0.08))_2Se_3.The average mobility of～1000 cm~2·V~(-1)·s~(-1)is obtained from the Lorentz law at the low field(3 T)up to 50 K.The quantum oscillations rise at a field of～5 T,revealing a high mobility of～1.4×10~4cm~2·V~(-1)·s~(-1)at 2 K.The Dirac surface state is evident by the nontrivial Berry phase in the Landau–Fan diagram.The properties make the(Bi_(0.92)In_(0.08))_2Se_3a promising platform for the investigation of quantum phase transition in topological insulators.     

基于多层石墨烯材料的光纤声波传感器

研究了一种基于多层石墨烯材料的光纤声波传感器,该传感器是由单模光纤和多层石墨烯薄膜构成的光纤法布里-珀罗干涉腔结构。分别采用多层的石墨烯和氧化石墨烯(GO)材料作为声压敏感薄膜,进行声波传感实验研究。结果表明,在音频范围内,基于石墨烯和GO薄膜的光纤声波传感器的平均信噪比分别达到56dB和69dB,平均最小可探测声压灵敏度分别为20.8μPa·Hz~(-1/2)和6.63μPa·Hz~(-1/2),远低于电学声波传感器的最小可探测声压灵敏度。基于石墨烯材料的光纤声波传感器具有更高的声波检测灵敏度,适用于强电磁干扰、狭小空间等环境下的微声压测量。     

氮掺铟锡锌薄膜晶体管的制备及其光电特性

以P型100硅作为衬底,采用射频磁控溅射技术,在室温下制备了氮掺杂氧化铟锡锌薄膜晶体管(ITZO TFTs),研究了氮气流量对氧化铟锡锌薄膜晶体管结构、光学、电学特性以及稳定性的影响。实验结果表明:在不同氮气流量条件下制备的氧化铟锡锌薄膜均为非晶态,在可见光范围内的平均透过率均在90%左右,光学带隙数值在3.28~3.32 e V之间变化。在氮气流量为4 m L/min时制备的ITZO TFTs,有源层与栅极电介质界面处的界面态密度(N~(max)_s)仅为4.3×10~(11)cm~(-2),场效应迁移率(μ_(FE))为18.72 cm~2/(V·s),开关比(I_(on/off))为10~6,亚阈值摆幅(S)为0.39 V/dec,电学性能最优。栅极正偏压应力测试结果表明,该器件具有最强的稳定性。因此,适量的氮掺杂可有效地实现器件氧空位的钝化,降低器件的界面态密度,提高ITZO TFTs的电学性能及稳定性。