叠层薄膜基电荷陷阱存储器的存储性能研究

随着半导体器件特征尺寸的不断减小,传统的浮栅型存储器件逐渐接近其物理和技术的极限,多晶硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(SONOS)型电荷存储器件以其低电压、小尺寸及良好兼容性等特点成为近年来半导体行业研究的热点.但是,写入/擦除速度与数据保持性能之间的平衡问题一直制约着SONOS型存储器件的发展.为了解决这一问题,本文利用脉冲激光沉积系统制备了叠层薄膜基电荷陷阱存储器件,其中SiO_2作为隧穿层,叠层ZrO_2/Al_2O_3作为电荷存储层,Al_2O_3作为阻挡层,并对器件的电荷存储性能做了系统分析.利用透射电子显微镜(TEM)表征了器件的微观结构,采用4200半导体参数分析仪测试了器件的电学性能,包括存储窗口、写入/擦除速度及数据保持性能.研究结果表明,存储器件具有良好的电荷存储性能.当栅极扫描电压为±2V时,存储窗口仅为0.9V,随着电压增加到±6和±8V时,存储窗口分别达到3和4.4V;+8V,5×10~(-5) s的写入操作下,平带偏移量达到1V;室温,85和150℃测试温度下,经过1×10~5 s的数据保持时间,器件的存储窗口减小量分别为5%,10%和24%.优异的电学性能主要归功于ZrO_2和Al_2O_3之间的深能级界面陷阱及层间势垒.因此,采用ZrO_2/Al_2O_3叠层薄膜结构作为电荷存储层,具有良好的市场应用前景.     

V2O5和Li2CO3共掺杂对Mg4Nb2O9陶瓷烧结行为及微波介电性能的影响

采用固相法，制备了Mg4Nb2O9（MN）微波介质陶瓷，研究了V2O5和Li2CO3共掺杂对MgaNb2O9陶瓷烧结行为、相结构、显微结构和微波介电性能的影响．结果表明，采用1．5％V2O5和1．5％Li2CO3共掺杂，能够将Mg4Nb2O9（135O℃）陶瓷的烧结温度降至925℃，且有助于Mg4Nb2O9单相的形成．3．0％（V2O5，Li2CO3）共掺杂样品在925℃空气中烧结5h可获得良好的微波介电性能（介电常数为13．7，品质因数为77975GHz）．     

非磁性/磁性掺杂剂对SnO2体系的性能调控

本文通过第一性原理计算在GGA + U 框架下系统地研究了非磁性掺杂剂(Li)和磁性掺杂剂(V)以及相应的点缺陷(VO/VSn)掺杂SnO2基稀磁半导体(DMS)的稳定性、电子结构、键合性质、磁性以及光学性质. 计算得到的形成能结果表明, V元素单掺杂体系比Li元素单掺杂体系更稳定. 其中, VO存在的掺杂体系稳定性更高, 而VSn对掺杂体系的稳定性不利. 磁性分析表明, Li掺杂体系的磁矩大于V掺杂体系的磁矩. 当有点缺陷存在时, VSn的加入显著提高了掺杂体系的磁性, 而VO对非磁性金属元素/磁性金属元素掺杂体系的磁性影响不同：当VO存在于Li掺杂体系时, Li原子周围的O原子自旋极化减少, 因此导致磁矩降低;当V掺杂体系中有VO存在, 磁性不仅来源于V原子的自旋极化, 同时来源于VO周围的O原子的自旋极化,因此磁矩增大. 结合电子结构分析可知, Li掺杂体系的磁性是由O-p和Li-p轨道之间的双交换作用产生的, V掺杂体系的磁性是由O-p和V-d轨道之间的双交换作用产生的. 键合分析发现VO的存在可以提高两种金属掺杂体系键(Li-O和V-O)的共价性. 在可见光区域内, Sn15LiO32和Sn15VO32具有较高的光学透明度. 以上这些结果为非磁性金属元素(Li)和磁性金属元素(V)及相应的点缺陷(VO/VSn)掺杂SnO2在自旋电子器件中的应用提供了新的思路.     

导电聚合物作为连接层的叠层电致发光器件

有机电致发光器件(OLED)因具有全固态、主动发光、高色域、视角宽、非常轻薄和可折叠卷曲等优点,被认为是可取代液晶显示的技术之一.但是,由于这种器件使用的有机材料很容易与空气中的水和氧气发生反应,并且其玻璃化温度比较低,导致器件稳定性和效率比较低.因此通过某种方式提高器件的电流效率、减少器件的发热功耗,降低器件的运行电流,具有非常重要的意义.叠层(Stacked)器件结构技术是实现低电流、高效率OLED的一种有效途径.但是,如何利用简单的方法制作高效的叠层器件连接层,使电流高效地通过器件,是研制这种器件的重要挑战.本文利用PEDOT:PSS作为器件连接层,成功制备出结构为ITO/PEDOT:PSS (15 nm)/PFO(80 nm)/PEDOT:PSS (40 nm)/PFO (80 nm)/Al (70 nm)的叠层有机电致发光器件.通过研究叠层器件的电流-电压特性、电压-亮度特性和电流-效率特性发现,在未做任何特别优化的条件下,该叠层器件的启亮电压为12.3 V,启亮电流为1.39μA.电流效率(3.97 cd/A)是单层对比器件电流效率的8倍.更为重要的是,这种PEDOT:PSS新型叠层器件连接层既不需要高温蒸发镀膜也不需要掺杂.该方法既简化了Stacked叠层器件连接单元的制备工艺,避免了高温蒸镀对器件膜层的损伤,又克服了现有掺杂工艺原子散射对器件性能破坏的难题.同时,本文对PEDOT:PSS作为叠层有机电致发光器件连接层的物理机制进行了探讨.     

高介电常数HfAlO氧化物薄膜基电荷俘获型存储器件性能研究

利用原子层沉积方法制备了高介电常数材料(HfO2)0.8(Al2O3)0.2薄膜基电荷俘获型存储器件,并对器件的电荷存储性能做了系统研究.利用高分辨透射电子显微(HRTEM)技术表征了(HfO2)0.8(Al2O3)0.2薄膜的形貌、尺寸及器件结构.采用4200半导体分析仪测试了存储器件的电学性能.研究发现,存储器件在栅极电压为±8V时的存储窗口达到3.5V;25℃,85℃和150℃测试温度下,通过外推法得到,经过10年的数据保持时间,存储器件的存储窗口减小量分别为17%,32%和48%;(HfO2)0.8(Al2O3)0.2薄膜基电荷俘获型存储器件经过105次写入/擦除操作后的电荷损失量仅为4.5%.实验结果表明,利用高介电常数材料(HfO2)0.8(Al2O3)0.2薄膜作为存储层能够提高器件的电荷俘获性能,具有良好的应用前景.     

WO3和V2O5薄膜电致变色器件特性研究

采用电子束和热蒸发分别制备了WO3和V2O5薄膜,研究了WO3薄膜的电化学、循环耐用性、电致变色特性,分析了V2O5薄膜的Li离子储存性能、Li离子的注入／退出可逆性以及离子注入对光学性能的影响,并讨论了WO3薄膜/Li离子电解质／V2O5薄膜构成的灵巧窗器件的电致变色特性．实验结果表明,这样构成的灵巧窗器件具有比较理想的光学调制性能．     

掺杂Mo对Li1+xV3O8物相和高温阴极放电性能的影响

利用固相反应法制备Li1 xV3-yMoyO8(0≤y≤0.6)并对其进行了500 ℃和550 ℃时的放电性能测试. 采用X射线衍射测定掺杂Mo对Li1 xV3O8物相的影响, 用电子扫描电镜观察粉末的形貌, 用函数记录仪记录电压随时间的变化. 研究结果表明: 当y＞0.2时, 物相为Li1 xV3O8和V2O5;当y≤0.2时, 物相为Li1 xV3O8;掺杂Mo后的粉末形貌基本不发生变化;当放电电流密度为100 mA/cm2, 终止电压为1.8 V时, Mo的掺杂使Li1 xV3O8在500 ℃的最高电压提高约0.3 V, 比容量提高约300 A·s/g;550 ℃时嵌入Li 的量最多可达x=3.8, 接近Li1 xV3O8嵌锂量的理论值x=4.     

HATCN作为阳极缓冲层掺杂剂的有机太阳能电池的性能研究

将有机小分子材料HATCN掺杂于酞菁铜(CuPc)中,制备出有机太阳能电池ITO/HATCN:CuPc/CuPc/C60/BCP/Al.在光强为100 mW/cm2的太阳能模拟器照射下,当HATCN的掺杂浓度为5%时,器件性能最好,开路电压(Voc)为0.48 V,短路电流密度(Jsc)为5.66 mA/cm2,填充因子(FF)为0.48,能量转化效率(PCE)为1.30%.与未掺杂的器件ITO/CuPc/C60/BCP/Al相比,PCE提高了59%,这主要归因于HATCN具有较好的载流子传输性能和非常低的LUMO能级.     

基于双阳极界面修饰层有机太阳能电池研究

为提高有机太阳能电池的能量转换效率,提出一种基于双阳极界面修饰层的有机太阳能电池优化方案。该方法主要采用四氟乙烯( PTFE: Polytetrafluoroethylene) 和五氧化二钒( V2O5: Vanadiumpentoxide) 作为阳极界面修饰层,制备了器件结构为ITO/PTFE/V2O5 /PCDTBT ∶ PC71 BM/LiF/Al 的有机太阳能电池。测试结果表明,引入PTFE/V2O5双阳极界面修饰层的有机太阳能电池的能量转化效率最高可达6． 52%。相比于V2O5单阳极界面修饰层器件效率提高了11． 5%。测试结果证明双阳极界面修饰层的功函数与PCDTBT 材料的HOMO 能级更加匹配,有利于空穴的传输和提取。同时PTFE/V2O5 改善了氧化铟锡( ITO) 表面形貌,减少界面缺陷,抑制了界面处载流子的复合。     

基于FirPic的蓝色有机电致磷光器件

利用真空蒸镀的方法,制备了结构为ITO/NPB(20 nm)/MCP(3 nm)/MCP:Firpic(z%,x nm)/TPBi(10nm)/Alq3(30 nm)/Cs2CO3:Ag2O(2 nm,20%)/Al(100 nm)的器件.研究了不同掺杂浓度(z=5,8,10和12)和不同厚度(x=5,10,15,20和25)对器件性能的影响.首先确定MCP:Firpic层的厚度为5 nm,调节掺杂浓度.结果表明当掺杂浓度为10%时,器件的效率和亮度都为最大.驱动电压为8 V时,最大电流效率为6.996 cd/A;驱动电压为15 V时,最大亮度为10 064 cd/m2.在10%的掺杂浓度下,调节MCP:Firpic层的厚度.当厚度为20 nm时,器件的性能较好.驱动电压为13 V时,电流密度为2.248 mA/cm2,效率为10.35 cd/A;驱动电压为21 V时,电流密度为304.16 mA/cm2,亮度为21 950 cd/m2.     

V—Ga共掺TiO2光伏电池模拟与研究

基于实验上获得的带隙宽度为1．6eV的V-Ga共掺杂TiO2材料,设计了一种新型pin结构光伏电池．通过Nb：TiO2作为n型重掺杂层,Cu20或CuO作为P型掺杂层,建立pn结自建电场．中间层V-Ga：TiO2为主要光吸收层,运用AMPS-1D软件模拟器件性能,研究Cu2O或CuO材料作为P型层对光伏性能的影响．模拟结果显示,Cu2O在这种结构中适合作为P型层,优化后器件光伏转化效率可达到34％．此外,通过对材料中带尾缺陷密度、吸收层与P型层界面对器件性能影响的研究,为器件制备中可能存在的问题提供解决思路．     

一种新颖的空穴阻挡材料的合成、表征与空穴阻挡特性研究

利用Yamamoto偶联反应合成了间位连接双氧桥联的联苯衍生物(MDBP)。循环伏安法及吸收光谱分析表明MDBP具有较低的HOMO能级(6.12 eV)和较高的氧化电位(2.5 V);利用结构ITO/NPB/MDBP/Alq3/Li/Al的多层器件,探讨了MDBP厚度、电压对空穴阻挡性能的影响,结果表明较高电压下该材料对空穴的阻挡能力与BCP相当。并利用MDBP为空穴阻挡层制备了白光器件。     

正极材料Li[Ni_(1/3)Li_(1/9)Mn_(5/9)]O_2的结构和充放电过程研究

应用X射线衍射,选区电子衍射和同步X射线衍射等方法,对锂离子电池正极材料Li[Ni1/3Li1/9Mn5/9]O2的结构和充放电行为进行了研究.结果表明Li[Ni1/3Li1/9Mn5/9]O2可标定为单相α-NaFeO2,并具有3ahex.×3ahex.×3chex.超结构特征.电池充电时,伴随锂离子的脱出,相邻氧原子层间的静电斥力逐渐增大,当电压为3.8V时应力达到最大.接近4.6V时,晶胞常数c急剧下降,绝大多数Li 从材料的锂层拔出,Ni2 发生氧化.4.6～4.8V之间c增大,a变化很小,说明过渡金属层中的Li 拔出,而过渡金属离子的氧化状态未改变.     

锂离子电池正极材料LiW_xV_3O_8的合成与性质研究

以LiOH.H2O,V2O5,WO3以及柠檬酸为原料采用流变相法合成了锂钒氧化合物LiWxV3O8(x=0,0.01,0.03,0.05).利用XRD对目标产物的结构进行表征,结果表明:掺杂前后LiWxV3O8均为单斜结构,但掺杂后晶胞参数a和c值与纯相LiV3O8相比略有增加,有利于锂离子在晶体结构中的迁移.同时,对该材料的电化学性质进行测试,结果发现:掺杂后样品的循环性能相对纯相LiV3O8均有所提高,尤其是LiW0.01V3O8电化学性能最为优异,首次放电比容量达238 mAh/g,经过40次循环后容量为185 mAh/g.交流阻抗谱也表明了LiW0.01V3O8具有较小的电荷传输阻抗.对LiW0.01V3O8具有较好电化学性能的原因进行了初步讨论.     

叠层结构有机电致发光器件

制备了叠层结构的有机电致发光器件;采用电荷生成层将两个发光单元串接起来,各个发光单元之间互不影响,由两个发光单元分别发出的光叠加,得到高效率的有机电致发光器件.     

槽栅结构SiC材料IGBT的仿真及优化分析

运用半导体物理理论和功率器件模拟软件（SILVACO-TCAD）,研究了新型宽禁带材料SiC槽栅结构IGBT功率半导体器件的电学特性,模拟了不同厚度和掺杂浓度漂移层和缓冲层的IGBT器件的阈值电压、开关特性和导通特性曲线,并分析了漂移层和缓冲层厚度及掺杂浓度对电学特性的影响。结果表明,当SiC-IGBT功率器件漂移层和缓冲层厚度分别为65 μm和2.5 μm,掺杂浓度分别为1×10¹⁵和5×10¹⁵cm^-3时,得到击穿电压为3400 V,阈值电压为8 V。     

锌掺杂对Li4Ti5O12负极材料电化学性能的影响

通过溶胶凝胶法制备Li4Ti5O12及锌掺杂Li4-2x/3ZnxTi5-x/3O12(x=0.05,0.10,0.15,0.20)活性材料,并优化了最佳掺杂量为x=0.10。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、恒流充放电测试对材料进行结构、形貌及电化学性能表征。结果表明:掺杂适量的锌离子不会改变钛酸锂的尖晶石结构和形貌,1C时,Li3.93Zn0.10Ti4.97O12放电比容量升高且容量保持率为99.74%;而纯相的容量保持率仅为94.30%。     

利用瞬态电致发光研究有机小分子发光器件中延迟荧光的发射机理

制备了两种基于Alq3的有机小分子发光器件,其结构分别为:ITO/NPB/Alq3/LiF/Al和ITO/NPB/Alq3:DCM/Alq3/LiF/Al.利用瞬态电致发光技术,研究了这两种发光器件中延迟荧光的发射机理.发现在Alq3的双层器件中,延迟荧光较弱,且主要是由电荷延迟注入所形成的单重态激子退激产生;而在Alq3:DCM染料掺杂器件中,延迟荧光较强.通过分析Alq3:DCM掺杂器件的延迟荧光对反偏压和脉冲偏压脉宽的依赖关系,进一步发现掺杂器件的延迟荧光主要来自于发光层中受陷电荷释放后的再复合过程以及DCM客体分子中的三重态-三重态激子淬灭(Triplet-Triplet Annihilation,TTA)过程.其中,TTA过程是Alq3:DCM掺杂器件中延迟荧光产生的主要机制.     

锂离子电池正极材料磷酸钒锂的掺杂

为了降低磷酸钒锂(Li3V2(PO4)3)材料成本并提高材料中活性元素V的利用率,该文采用溶胶凝胶/碳热还原法合成了球形锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3及其掺杂不同金属离子(Al3+、Cr3+、Y3+、Ti4+)的衍生物。电化学测试结果表明,经摩尔分数x为5%的金属离子掺杂修饰后的Li3V2(PO4)3材料的首次充放电容量及循环性能均优于经x=10%的金属离子掺杂的材料。其中Al3+和Ti4+的掺杂更加有效,在3.0~4.8 V、0.5 mA下、摩尔分数为5%的Al3+和Ti4+掺杂后的Li3V2(PO4)3样品中首次充电容量分别为178 mAh.g-1和174.9mAh.g-1。80次循环后放电容量均保持在123 mAh.g-1左右。     

复合Li2SO4质子传导膜的性能

制备了以Li2SO4为基体的复合质子传导膜。采用电化学阻抗波谱分析法（EIS）研究了掺杂不同组分如Li2WO4、Na2SO4和Al2O3、以及掺杂不同的比例时制备不同厚度的复合质子传导膜的离子（电）传导率。在Li2SO4中掺杂适宜比例的Li2WO4或Na2SO4可提高膜的离子传导率,掺杂Li2WO4比掺杂Na2SO4制备的复合膜具有更高的离子传导率和较佳的性能。虽然掺杂Al2O3会稍微降低膜的质子传导率,但确可以提高膜的机械性能。膜的厚度减少,其离子传导率增加,但膜太薄,气体容易从膜一侧渗透到另一侧（crossover）。采用扫描电镜(SEM)对复合膜进行了表征,掺杂Li2WO4制备的复合膜结构较致密和紧凑、性能较好。实验结果表明,适宜的膜厚为0.8mm,由Li2SO4、Li2WO4和Al2O3制备的复合膜适宜的组成为75wt％(90mol%Li2SO4+10mol%Li2WO4）＋25wt%Al2O3,其离子传导率在600、650、700和750℃时高达0.16、0.38、0.46和0.52Scm1。研究了以H2S为燃料、复合Mo-Ni-S为阳极、复合Li2SO4为质子传导膜、复合NiO为阴极、空气作为氧化剂的单电池的电化学性能,Li2SO4+Li2WO4＋Al2O3复合膜的电池性能较优。