Co离子注入ITO薄膜的磁性研究

ITO薄膜是一类被广泛应用的透明导电氧化物薄膜材料,对其进行磁性离子掺杂,使其具有室温铁磁性而用于自旋电子学器件,具有重要的意义。以ITO薄膜为基体,用MEVVA源注入磁性Co离子,经快速热退火处理后,研究Co离子注入前后薄膜样品的磁性质。经GAXRD和XPS分析,没有发现Co纳米团簇及其氧化物等第二相生成。未注入Co离子的ITO薄膜具有室温铁磁性,其磁性起源于薄膜中少量的VO,Co离子注入后,薄膜样品的饱和磁化强度明显增强,一方面是由于Co-O-Co铁磁耦合对的生成,另一方面是磁性Co离子注入后,促进了样品中磁极化子间的交换相互作用。     

有机电致发光器件的电极研究

介绍了有机电致发光器件的电极研究进展,着重分析了电极性能的改进机制。对于阳极,为了利干空穴的注入和可见光透射,一般应选择功函数较高的透明导电材料。由于铟锡氧化物(ITO)是目前使用最为广泛的阳极材料,所以着重探讨了对ITO膜各种处理方法的改进机理,认为虽然氧空位浓度、C污染、Sn浓度都对ITO的表面功函数有影响,但C污染是主要因素;一种较好的处理方法是既能有效清除C污染,同时又尽可能使ITO膜的电阻率降低,所以中度氧等离子体处理是一种较为理想的途径。对于阴极,为了利于电子的注入,应选择功函数较低且化学性质较为稳定的材料;层状阴极可以较好地实现这一目的,并分别从隧穿效应、界面能带弯曲及减少淬灭中心等方面解释了金属/绝缘层双层阴极的改进机理,认为这三个方面共同起了作用,但主次不一。     

氧等离子体表面处理对ITO薄膜的影响

利用原子力显微镜检测ITO薄膜的微观表面形貌以及微观区域电性能,研究氧等离子体处理对ITO薄膜的表面形貌及导电性能的影响,从微观上探讨氧等离子体处理对ITO薄膜的影响.经过氧等离子体处理,ITO薄膜的平均粗糙度从4.6nm减小到2.5nm,薄膜的平整度得到提高;但氧等离子体处理之后,ITO薄膜的导电性能大大下降,原因在于ITO薄膜表面被进一步氧化使得ITO薄膜表面的氧空位减少.上述结果从微观上解释了氧等离子体处理能够改善有机发光二极管光电性能的原因.     

Fe掺杂TiO2结构和磁性

在退火温度为773K、Fe掺杂量为n(Fe)/n(Fe+Ti)=1∶25的制备条件下,用溶胶-凝胶法在空气氛围中制备Fe掺杂TiO2稀磁半导体纳米粉末;用直流磁控溅射方法并在真空和空气氛围中结合原位退火工艺,在普通玻璃基片上制备Fe掺杂TiO2薄膜.利用X射线衍射仪(XRD)对其结构进行表征,振动样品磁强计(VSM)对磁性进行表征.结果表明,溶胶-凝胶法制备的粉末材料的磁性为室温顺磁性;直流磁控溅射法制备的薄膜样品在空气和真空氛围中均为室温铁磁性,其中真空退火能够产生更强的铁磁性.这说明可能是薄膜和基底的相互作用产生和铁磁性至关重要的氧空位,而真空环境退火能够增加氧空位.     

NiO_x阻变存储器性能增强方法及相关机理研究

通过精确控制在Pt衬底上制备NiOx薄膜的工艺过程,制备出阻值窗口增大5倍以上,高低阻态稳定的TiN/NiOx/Pt结构阻变存储器.研究发现,NiOx薄膜的多晶态结晶结构和化学组分,尤其是Ni元素的化学态,是影响NiOx阻变存储器阻值窗口和稳定性的主要因素.X射线光电子能谱和X射线多晶体衍射测试结果表明,当NiOx薄膜中间隙氧或Ni2+空位增多时,Ni2+会被氧化成为Ni3+以保持电中性,Ni3+离子在材料中引入空穴导致P型氧化物NiO的漏电流增大.基于此机理,提出通过提高淀积温度、降低氧气分压的方法抑制NiOx薄膜中间隙氧或Ni2+空位的产生,降低TiN/NiOx/Pt结构阻变存储器关态漏电流,增大阻值窗口.这种基于工艺的性能增强方法,在NiOx阻变存储器实际应用中有良好前景.     

溶液法制备ZnO多晶薄膜电阻开关耐受性衰退物理机制

利用溶液法制备出平整致密的ZnO多晶薄膜,微结构观测分析表明ZnO晶粒为六方纤锌矿结构,平均粒径约为23.7 nm,由薄膜样品的紫外-可见光吸收谱计算出其光学带隙宽度约为3.3 eV. Ag/ZnO/ITO三明治结构单元的电流-电压曲线呈现出稳定的双极性电阻开关特性:置/复位电压小于±0.4 V,在-0.1 V的读取电压下可获得10~3–10~4的高/低电阻值比,明显优于类似溶液法制备ZnO薄膜的电阻开关性能.然而,在周期性电场力作用下,ZnO多晶薄膜内定向漂移的自由氧离子逐渐被晶格氧空位捕获成为不可移动的晶格氧原子.膜内氧空位缺陷浓度的逐渐降低导致膜内氧空位导电细丝通道越来越细,器件无法长时间维持稳定的低电阻态.因此,随着循环周期数的增加,器件的低电阻态逐渐向高电阻态衰退,直至电阻开关窗口消失.     

不同氧流量对多孔氧化铪薄膜磁性的影响

采用直流磁控溅射法制备有序多孔氧化铪(HfO_2)薄膜,讨论了不同氧流量制备条件所得样品的室温铁磁性.氧流量为4.67×10~(-8 ) m~3/s时,制备态HfO_2薄膜的饱和磁化强度(M_s)值可高达58 kA/m.实验结果表明,不同氧流量制备条件所获得的薄膜样品,因氧空位的浓度的不同其室温铁磁性有明显差异.该研究有助于理解非掺杂氧化物室温铁磁性的来源,也提出了一种可以改变HfO_2中氧空位缺陷的浓度的方法,为改善其性能提供了一种有效的途径.     

退火气氛对SrTiO3薄膜电学性能的影响

在不同的退火气氛下,采用金属有机物分解法在(111)Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了SrTiO3薄膜材料,并对其结构和电学性能进行了研究。X射线衍射结果显示SrTiO3薄膜都呈现多晶立方钙钛矿结构。对比不同气氛下制备出的SrTiO3样品电学测量结果,发现在氧气氛中退火后,样品具有较低的漏电流和较好的介电性能,这可能是由于氧气氛中退火减少了SrTiO3薄膜内氧空位的浓度引起的。     

固体氧化物燃料电池电解质用离子导体

固体氧化物燃料电池以其高的能量转换效率和清洁的发电而被广泛研究。其中电解质--离子导体材料是影响固体燃料电池的效率和热力学稳定性的关键。作为所期望的电解质材料应满足以下要求：（1）高的离子导电,（2）低的电子导电,（3）在使用条件-热力学稳定,（4）好的综合力学性能。在一些荧石相关结构和钙钛矿塑结构的氧化物中通过掺杂和取代形成氧空位可得到高的氧离子导电性。本文介绍了一些这类离子导体材料,并讨论了它们的特性。     

固体氧化物燃料电池电解质用离子导体

固体氧化物燃料电池以其高的能量转换效率和清洁的发电而被广泛研究.其中电解质—离子导体材料是影响固体燃料电池的效率和热力学稳定性的关键.作为所期望的电解质材料应满足以下要求(1)高的离子导电,(2)低的电子导电,(3)在使用条件一热力学稳定,(4)好的综合力学性能.在一些荧石相关结构和钙钛矿塑结构的氧化物中通过掺杂和取代形成氧空位可得到高的氧离子导电性.本文介绍了一些这类离子导体材料,并讨论了它们的特性.     

钙钛矿复合氧化物纳米陶瓷薄膜材料的结构与导电性

实验以柠檬酸为配体,采用ＩＳＧ法制备了钙钛矿型稀土复合氧化物ＬａＭＯ３（Ｍ为Ｎｉ＾３＋、Ｃｏ＾３＋、Ｃｒ＾３＋和Ｆｅ＾３＋）纳米陶瓷薄膜,研究其在还原气氛下的结构与薄膜导电性的关系,通过Ｂ位离子对征钛矿型稀土复合氧化物气体敏感效应影响的考察,发现随着还原程度的增大,纳米薄膜的化学吸附氧减小,氧空位增多,电阻显著增大。     

磷酸扩孔对阳极氧化铝薄膜光学性质的影响

采用自制电解槽、氧极氧化装置,并用磷酸腐蚀扩孔制备了阳极氧化铝薄膜.通过扫描电子显微镜、紫外-可见漫反射光谱仪、荧光分光光度计等对样品进行了表征.结果表明,随扩孔时间从10 min延长到30 min,阳极氧化铝薄膜的孔径由39 nm增大到69 nm,光致发光强度降低,带隙能由3.92 eV降低到3.85 eV.研究发现,腐蚀扩孔过程会导致薄膜中氧空位的数量发生变化,揭示了通过腐蚀扩孔调控氧化铝薄膜中氧空位数量的可能性.实验结果为获得预期物性的阳极氧化铝薄膜提供了一种可行的途径.     

四价离子M（M=Mn,Pr,Sn,Zr,Se,Te）掺杂对CeO_2氧化还原性能的影响

于考虑了Ce-4f电子之间强关联作用PBE＋U方案,采用第一性原理计算方法系统研究了掺杂Mn,Pr,Sn,Zr,Se和Te等对CeO2原子结构、电子结构和还原性能影响.针对形氧空位后掺杂离子对体系中电子转移影响,提出了两种不同制：对于Zr,Se和Te等掺杂CeO2,氧空位形能的降低主要是受到氧空位形后结构扭曲影响;而对于Mn,Pr和Sn等掺杂体系,氧空位形能受到结构扭曲和电子转移双重影响,因此,氧空位形后电子首先转移到掺杂离子上而不是通常的Ce4＋上.研究发现,当四价掺杂离子到电子后最外层电子全满或半满结构时,氧空位形时所产生的电子会优先转移到掺杂离子上.     

利用双束技术制备纳米锆氧化物薄膜的研究

作者采用离子束溅射沉积Zr的同时,进行氧离子的轰击,随着注入离子束流密度的变化,所形成的锆氧化物薄膜从非晶态向晶态转化,其形成的晶态薄膜为纳米量级范围内的微晶,实验发现,衬底不同对形成纳米锆氧化物的临界氧离子束流密度也不同,作者还对纳米晶粒的相结构及其化学组成进行了相应的分析。     

氮气对PECVD制备氮化硅薄膜结构与性质的影响

采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,以SiH_4、NH_3和N_2为反应气体,研究氮气对制备氮化硅薄膜及其结构与性质影响.研究结果表明,利用PECVD沉积非晶SiNx薄膜时,薄膜中含有大量以Si-H和N-H键存在的H+离子,当其键合断裂时,大量H从膜中扩散出来并与其他杂质和缺陷发生反应,在沉积SiNx薄膜的过程中形成H空位,H以氢-空位对方式迅速扩散,完成钝化过程,导致薄膜致密性降低.适当增加氮流量,导致薄膜中N/Si比增大,Si-Si键浓度减少,Si-N键浓度增加,并出现轻微的蓝移;继续增加氮流量,薄膜逐渐呈富N态,伴随缺陷态增多,辐射增强,导致光学带隙迅速展宽,带尾态能量逐渐减小;当氮流量较高时,薄膜中形成了包埋在非晶SiNx中的Si_3N_4晶粒,实现了从非晶SiNx薄膜向包含Si_3N_4小晶粒薄膜材料的演变过程.     

用电子能谱研究n~+/p结太阳能电池减反膜ITO

优质氧化铟、氧化锡及铟锡氧化物(ITO)等透明导电膜的制备和研究对于改善光电器件中薄膜的减反射特性和信噪比都有重要的现实意义,它独特的光电特性使其在电子工业特别是半导体光电器件应用上有着特别重要的地位.例如在太阳能电池中,具有良好的光减反射特性的氧化铟膜已成为电池的一个重要组成部分.用ITO于浇铸多晶硅的n~+/p电池上作减反射膜已取得了较好的效果.ITO用于光电器件的效果直接与ITO薄膜的性能有关,搞清工艺对薄膜性能的影响,从而寻找合适的工艺条件是非常重要的.透明导电膜的制备工艺有电阻加热蒸发、溅射、化学汽相淀积以及离子镀等,其中以电阻加热蒸发方法最为方便和经济,缺点是蒸发时氧化物易受热分解放氧形成多种低价氧化物     

Fe元素对重水堆Zr-2.5Nb合金压力管辐照变形的作用

现行标准体系中，Fe元素作为重水堆Zr-2.5Nb合金压力管中的杂质元素，含量上限受到严格控制。对已建成重水堆用Zr-2.5Nb合金压力管材料的堆内辐照试验表明，Fe元素含量较高会降低辐照生长及辐照蠕变导致的变形应变。归因于Fe 元素对空位在α-Zr晶粒内的移动性的增强作用。空位的加速运动促进了空位<c>型位错环的形成，同时位错应力场的对称性减小了位错环的拉伸应变区。考虑到Fe元素在保障压力管堆形状稳定性方面的积极作用，在制订重水堆压力管用Zr-2.5Nb合金的技术条件时，除满足标准要求外，还应对Fe元素含量下限作出规定。     

锐钛矿型TiO2空位缺陷性质的第一性原理研究

近年来运用减小TiO2禁带宽度的方法来提高TiO2的活性在实验上被广泛研究。本文运用基于局域密度泛函和赝势的第一性原理方法研究了锐钛矿相TiO2点空位缺陷性质和在具有点空位缺陷情况下的晶体结构、能带结构与态密度状况。分析发现缺陷使晶体结构发生畸变;近邻缺陷氧原子有靠近氧空位而远离钛空位的趋势,而近邻缺陷钛原子有靠近钛空位而远离氧空位的趋势;氧空位缺陷使费迷能级升高大约2．6eV而钛空位缺陷使费米能级降低,并在价带顶部产生一个与价带顶能量相差约0．25eV的杂质能级。结果表明,氧空位使导带变宽是n型杂质而钛空位使导带变窄是P型杂质,氧空位附近多余电子的主要贡献在价带,引起电荷布居数变化并改变了晶体中电子局域化运动的性质。     

真空退火对ZnMnO：N物理特性影响的研究

利用金属有机源化学气相沉积（MOCVD）技术,在蓝宝石上外延了Mn-N共掺ZnO薄膜,同时,将得到的ZnMnO：N样品分别在700,900和1100°C的温度下进行真空退火处理.X射线衍射（XRD）显示真空退火使薄膜样品的晶格质量变差,但样品都具有良好的单轴取向.ZnMnO：N样品的拉曼光谱（Raman）和光致发光谱（PL）光学表征显示真空退火使得样品中氧空位（VO）增多.对NT,Mn共掺ZnO晶体的第一性原理模拟计算揭示了N,Mn共掺ZnO的态密度存在较强的p-d相互作用,产生磁矩.一旦引入氧空位（VO）后,费米能级上移,p-d相互作用消失,磁矩减小甚至消失.实验表征分析与模拟计算结果一致：对于N,Mn共掺ZnO薄膜样品,引入氧空位（VO）后,铁磁性减弱.因此,Mn3d电子与N2p局域束缚的电子形成的磁性束缚激子（BMP）决定了磁性相互作用的产生.     

锐钛矿型TiO_2空位缺陷性质的第一性原理研究

近年来运用减小TiO2禁带宽度的方法来提高TiO2的活性在实验上被广泛研究.本文运用基于局域密度泛函和赝势的第一性原理方法研究了锐钛矿相TiO2点空位缺陷性质和在具有点空位缺陷情况下的晶体结构、能带结构与态密度状况.分析发现缺陷使晶体结构发生畸变;近邻缺陷氧原子有靠近氧空位而远离钛空位的趋势,而近邻缺陷钛原子有靠近钛空位而远离氧空位的趋势;氧空位缺陷使费迷能级升高大约2.6 eV而钛空位缺陷使费米能级降低,并在价带顶部产生一个与价带顶能量相差约0.25 eV的杂质能级.结果表明,氧空位使导带变宽是n型杂质而钛空位使导带变窄是p型杂质,氧空位附近多余电子的主要贡献在价带,引起电荷布居数变化并改变了晶体中电子局域化运动的性质.