红荧烯发光器件中电流与温度调控的微观演化过程

有机发光磁效应对有机半导体中激发态的微观过程有指纹式响应,本文采用这一灵敏方法探究了红荧烯(Rubrene)发光器件中微观机制随电流与温度的演化.实验结果表明:室温下,注入较小电流(5~100μA)时,Rubrene中主要发生单重态激子的分裂(singlet fission,SF),且该过程几乎不受电流变化的影响;注入中等电流(100~1000μA)时,除发生SF外,由直接注入的三重态激子还可以发生聚合反应(triplet fusion,TF);注入大电流(1000~4500μA)时,除了SF和TF,还出现了系间窜越过程(inter-system crossing,ISC).从室温到20 K的降温过程中,SF变弱,TF增强,ISC过程也越来越强.本器件中ISC随电流与温度的演化规律均与常规发光器件中的规律相反.我们采用相关微观过程的率常数以及不同电流和温度下激发态的寿命对实验结果进行了较好解释,这对深入理解Rubrene在有机发光中的微观机制有一定的促进作用.     

热活化延迟荧光材料CzDBA掺杂器件的反常磁响应

CzDBA是一种donor-acceptor-donor (D-A-D)型的热活化延迟荧光(TADF)材料,具有比普通D-A型的TADF材料更好的发光性能.为了探究基于CzDBA发光器件的微观过程,本文制备了发光层为CzDBA和4CzTPN-Ph的两种器件,并在室温下测量了它们的电致发光的磁效应(magneto-electroluminescence, MEL)和电导的磁效应(magneto-conductance, MC).实验发现,尽管它们都含有咔唑基团,但它们的MEL表现为两种不同的线型:前者表现为系间窜越过程占主导的正MEL,后者表现为反向系间窜越过程占主导的负MEL;且CzDBA器件的MC与其MEL具有相同的线型.为了深入研究CzDBA的这种反常磁响应,我们还制备了发光层为mCBP:x%CzDBA的掺杂器件.实验发现,与纯的CzDBA器件相比,掺杂器件表现出相似的MEL和MC线型,但却具有相反的温度依赖关系.分析可知,纯的CzDBA器件极化子对间ISC过程占主导作用,使其MEL始终为正值.但是,加入mCBP主体后, mCBP与CzDBA客体间存在较强的能量转移过程(ET),低温抑制掺杂器件的ET过程,导致反向系间窜越过程减弱,使其表现出不同于纯的CzDBA器件的反常温度效应.此外,主客体的能量转移过程与载流子陷阱作用的相互竞争,导致掺杂器件亮度-电流曲线和MEL幅值随掺杂浓度增大呈现不单调变化,这进一步证明了器件机制的正确性.显然,本工作有助于深入理解基于CzDBA发光器件微观过程的演化机制.     

高场作用下有机单层器件的复合发光

考虑载流子经过体材料内部所受限制对Fowler-Nordheim隧穿电流密度的影响, 建立了高电场下有机单层器件的复合发光模型, 并求出了复合电流密度和复合效率以及电导率的数学表达式, 很好地解释了电场强度对迁移率和复合区域的调制作用. 载流子的平衡注入以及复合区域的尽可能靠近器件中部以减少漏电流, 都是提高器件发光效率的重要条件. 只有当电压增大到某一数值时, 由于注入的载流子多于器件实际输运载流子的能力, 才会出现空间电荷限制电流.     

利用有机发光磁效应研究深蓝色激基复合物的发光机理

2013年Jankus等人在Advanced Materials上报道了NPB与TPBi共混的深蓝色激基复合物的发光机理,根据瞬态光谱的实验结果,他们认为器件中室温下较高的量子效率是由三重态激子的湮灭(TTA)导致的,而不是由热辅助引起的三重态激子T_1向单重态激子S_1的转变结果(即反向系间窜越,RISC).最近的研究表明,有机发光二极管(OLEDs)中的磁效应(magneto-electroluminescence,MEL)可作为研究其发光机理的有效手段,对TTA和RISC都有灵敏的指纹响应.本文制备了结构相同的OLEDs,测量了器件的MEL曲线,发现室温下该器件内部既没有发生TTA,也没有发生RISC过程,仅在低温20K且在大电流工作下才能出现TTA过程,采用更低功函数的阴极、对器件阳极进行臭氧O_3处理、甚至呈量级增大器件的注入电流,以有利于TTA过程的实现,但仍未观察到TTA,器件的磁电导实验结果及其理论模拟表明,该体系内部可能发生了三重态激子与空穴极化子的相互作用T_1(↑↑)+P~+(↓)→S_1(↑↓)+P~+(↑),即TPI(triplet-polaron interaction)过程,本研究对理解NPB与TPBi共混器件的发光机制有较好的参考价值.     

深亚微米SOI横向非均匀掺杂推进型栅控混合管的准二维亚阈电流模型

采用两管模型分析了新型深亚微米SOI推进型栅控混合管的工作机制，该器件有效地改善了传统MOS器件中提高速度和降低功耗之间的矛盾，并且大大提高了输出电阻.在此基础上提出了该器件的亚阈电流模型.模型中考虑了横向非均匀掺杂对体效应、短沟效应及迁移率的影响.在考虑可动电荷影响的情况下进行准二维分析，求解表面势，进而求出包括扩散分量和漂移分量的亚阈电流.模型计算结果得到良好的验证，正确反映了SOI推进型栅控混合管的电流特性.该模型同时对POCKET注入深亚微米MOSFET的电流模拟有重要参考意义.     

反向系间窜越和三重态激子湮灭共存体系的有机发光磁效应

利用具有反向系间窜越(RISC)特性的荧光材料4-(Dicyanomethylene)-2-tert-butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidin-4-yl-vinyl)-4H-pyran(DCJTB)制备了掺杂型有机发光器件,并在20~300 K温度范围内测量了器件的磁致发光曲线(即magneto-electroluminescence,MEL).实验发现,这些MEL曲线表现出奇特的线型:先在低场部分(10 m T)小幅度地快速下降,再随着磁场的增加大幅度地缓慢下降,最终低场和高场都表现为负的MEL,这与具有系间窜越的激子型器件的MEL明显不同.另外,MEL曲线在低场和高场的下降幅度都受注入电流和工作温度的调控.通过分析三重态激子参与的自旋相关过程,认为这些负的MEL是由RISC与三重态激子湮灭(TTA)过程共同引起的,并且三重态激子的寿命是影响RISC过程的主要因素.     

基于印刷碳纳米管薄膜阴极的场发射显示器发光稳定性的提高

针对印刷CNT薄膜中CNT与衬底的不良接触对发光稳定性的影响, 提出了一种可改善器件发光稳定性的阴极共烧结制造工艺. 通过对银浆印刷层和CNT印刷层采用的共烧结处理, 在CNT和银导电衬底接触部位可形成几何匹配或产生CNT镶嵌于银层的结构, 在薄膜顶部则形成CNT团聚物与银块互相嵌套的结构. 这些结构使CNT与银导电层的接触面积增加, 形成欧姆接触的可能性大大提高, 从而使采用共烧结阴极制造的器件在高亮度下的发光稳定性及寿命较采用普通阴极的器件提高5.6倍.     

并联型12脉波整流系统直流侧有源谐波抑制研究

为提高多脉波整流系统的谐波抑制能力,降低系统的开关损耗,研究了一种多脉波整流系统直流侧有源谐波抑制方法.根据多脉波整流系统交、直流侧电流关系,分析了输入电流为正弦波时所需的环流,并给出了可实现的环流形状;根据有源平衡电抗器副边电压和可实现环流的关系,确定了可通过在有源平衡电抗器副边串联电阻消耗输入电流谐波能量;为回收串联电阻所消耗的谐波能量,设计了半桥PWM整流电路串联于有源平衡电抗器副边,回收谐波能量并返送给负载,实现了谐波能量的回收再利用.实验结果表明,PWM整流器正常运行时,系统功率因数近似为1,且系统的谐波抑制性能不受负载变化和输入电压变化影响.     

基于双线性构造算法的电力有源滤波器补偿电流实时计算新方法

以“当负载电流为周期电流时, 负载电流与负载基波有功电流差的绝对值在一个周期内的积分值最小”为检测原理, 提出了基于直接计算, 基于简单迭代算法和基于最优迭代算法的电力有源滤波器谐波电流实时检测方法. 直接计算法能够准确计算负载电流处于稳定状态时的基波有功电流幅值. 简单迭代算法和最优迭代算法提供了一种判别负载电流状态的思想. 在直接计算法、简单迭代算法、最优迭代算法和对负载电流处于变化状态时的基波有功电流真实幅值等基本概念进行了明确定义的基础上提出了双线性构造思想, 即通过一次线性构造计算了此采样时刻的负载基波有功电流幅值, 通过二次线性构造为下一个采样的处理创造了条件. 在双线性构造思想的基础上, 提出了一种能够计算负载基波有功电流幅值的基于双线性构造算法的电力有源滤波器谐波电流实时检测方法.     

利用有机磁效应研究热活化延迟荧光量子阱器件中的微观机制

采用具有反向系间窜越(reverse intersystem crossing,RISC)特性的热活化延迟荧光(thermally activated delayed fluorescence,TADF)材料制备了量子阱有机发光二极管,测量了器件的磁电导(magneto-conductance,MC)和磁电致发光(magneto-electroluminescence,MEL),由此还可得到器件效率的磁效应(Mη),并利用这些磁效应特征曲线来研究器件中的微观过程.实验发现:室温下,尽管无量子阱参考器件的MC表现出RISC特性和载流子对三重态激子的解离机制,但量子阱器件的MC则只表现出三重态激子对载流子的散射机制;而且,无量子阱参考器件的MEL和Mη都表现出了系间窜越(ISC)和三重态激子对的湮灭(TTA)的过程,但量子阱器件的MEL则表现出ISC和三重态激子对载流子的散射机制,且其Mη只表现出了ISC属性.随着温度从室温降至20 K,量子阱器件和参考器件的ISC都增强,但量子阱器件在20 K还出现了TTA过程,而参考器件的TTA则在100 K后消失.我们提出根据量子阱器件和无量子阱器件的结构特性以及温度对F?rster能量转移和三重态激子的浓度与寿命的影响可以较好地解释这些实验现象.显然,研究量子阱器件的磁效应,不仅为发光器件提供设计思路,同时还可加深对有机磁效应的认识.     

不同退火气氛下钛掺杂氧化铪阻变存储器的性能研究

采用磁控溅射和光刻技术制备了阻变层为钛掺杂氧化铪的阻变存储器件(RRAM),研究氮气和氧气中退火处理工艺对其阻变性能的影响规律.结果表明氮气退火工艺能显著提高ITO/Hf Ti O/Pt器件的阻变性能.与制备态相比,氮气退火后存储器的阻变窗口增大,阻变参数的分散性变好;而氧气退火后阻变性能变差.为探索不同退火气氛对RRAM性能的影响机制,我们结合电流-电压(I-V)拟合机制和光电子能谱(XPS)分析,可以推断出ITO/Hf Ti O/Pt器件的阻变性能来源于阻变层中的氧空位形成的导电细丝,氮气退火有利于导电细丝的形成和断裂,所以能够优化器件的阻变性能.     

多孔硅反射镜基有机微腔器件的微结构和光电特性研究

从微结构和光电特性方面研究了一种新型硅基微腔的有机发光器件(SBM-OLEDs): 硅基多孔硅分布Bragg反射镜(PS-DBR)/SiO₂/ITO/有机多层膜/LiF/Al(1 nm)/Ag. 微腔器件的重要组成部分PS-DBR由低成本、高效率的电化学腐蚀方法制备. 场发射扫描电子显微图清晰显示: SBM-OLEDs具有纳米级层次结构和平整的界面. PS-DBR反射谱的阻止带宽160 nm, 且反射率达99%. SBM-OLEDs的反射谱中出现了标志此结构为微腔的共振腔膜. 在绿光和红光波段, 从SBM-OLEDs中都得到了改进的电致发光(EL)谱: 绿光(红光)EL谱的半高宽可由无微腔的83 nm (70 nm)窄化为有微腔时的8 nm (12 nm), 且为单峰发射, 微腔器件EL谱的色纯性有较大提高. 与非微腔器件相比, 发绿光和发红光的微腔在谐振波长处EL的强度分别增强了6倍和4倍. 对微腔器件的电流-亮度-电压(I-B-V)特性和影响器件寿命的因素也进行了讨论.     

三维阵列电极粒子像素辐射探测器的终端结构仿真研究

在新型绝缘衬底上硅互补金属氧化物半导体(SOI CMOS)粒子像素(ASCP)探测器结构基础上,提出背部沟槽终端结构.采用二维和三维器件仿真对比研究有源边界终端结构,结果表明:背部沟槽终端结构会在沟槽拐角处形成电场峰,同像素内N+沟槽底端电场等效对称,改善衬底电场分布,提高像素探测器终端耐压.在等效中子辐射流通量0~1016cm-2内,背部沟槽终端和有源边界终端的边缘像素有相近的电荷收集特性.此外,还分析了ASCP探测器的粒子角度入射特性.     

基于自适应遗传算法的LED器件多应力条件下寿命快速评估系统模型

发光二极管(light-emittingdiode,LED)作为正在兴起的固态冷光源具有效率高、寿命长、体积小、响应快、抗振、驱动电压低、绿色环保等特点,在照明光源、仪表指示等领域显示出较大的发展潜力.针对LED器件寿命在实际使用环境中应力影响因素复杂、加速寿命试验模型考虑的应力因素不全面以及LED器件寿命预测模型准确性低等问题,本文提出了一种LED器件多应力条件下寿命快速评估系统模型.该模型适用于各种工艺制造的不同结构的LED器件.以光效衰减30%为寿命依据,以环境温度、湿度和驱动电流为输入量、LED器件寿命为输出量,采用设计的自适应遗传算法确定被测器件的辨识参数.利用构建的加速寿命试验获得较高温度湿度电流应力下的少量样本数据,基于得到的样本数据辨识该模型的未知参数,获得了模型.在常温常湿常电流应力下,通过该模型进行了LED器件寿命预测.研究结果表明:在任意温度湿度电流应力下,提出的模型可以快速较精确地实现LED器件寿命预测;在常温常湿常电流应力下,基于提出的模型得到的LED器件寿命接近于LED行业平均技术水平的LED预期寿命;提出的模型应用于LED器件寿命可靠性测评具有实用性,并可继续拓展成为纳入更多应力的模型.     

氧化锌压敏电阻空间电荷与非线性特性的关系

为了从微观角度解释ZnO压敏电阻的导电机理,利用电声脉冲（PEA）法,对4种ZnO压敏电阻试样在不同电流密度下的空间电荷分布特性进行了试验．研究结呆表明,空间电荷和电流密度之间的关系与伏安特性曲线具有一致性,可以反映非线性特性．在小电流区,空间电荷与场强和电流密度呈线性关系,空间电荷的增加反映了晶界层表面态的减少和肖特基势垒的变化．小电流区到中电流区存在过渡区,过渡区的电流是由热电子激活和隧道电流共同构成．在中电流区,随着电流的增大,空间电荷会呈减小趋势,当耗尽层减小为零时,空间电荷会基本消失．     

压电光子学效应及其应用

近年来,压电光子学作为一个新兴的研究领域吸引了学者们的广泛关注.压电光子学效应是压电半导体的压电极化和光激发的耦合,是利用应变诱导的压电极化调控材料能带结构进而控制电子-空穴的复合发光过程.压电光子学效应为新光源、智能触觉传感和机械光子学等重要技术提供了研究基础,尤其结合第三代、第四代半导体材料同时具有压电效应和半导体特性的优势,有望实现高性能的力-致发光器件.本文简要介绍了压电光子学效应的基本原理、材料体系以及压电光子学器件的研究进展,并对这一学科的未来发展进行了展望.     

基于摩擦纳米发电机的自驱动植入式电子医疗器件的研究

心脏起搏器、脑起搏器、神经刺激器等植入式电子医疗器件的工作寿命受限于电池容量.为了解决植入式电子医疗器件的供能问题,本文设计研制出了一种可将器官运动的机械能(心跳、肺呼吸等)转化为电能的供能器件-植入式摩擦纳米发电机.此发电机为接触分离的工作模式,在外力的作用下使具有微纳结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜和铝片发生摩擦而产生电能.器件大小1.2 cm×1.2 cm,采用生物相容性良好的材料PDMS进行全封装.实验表明其体外开路电压和短路电流的值分别为12 V,0.25μA,峰值功率密度为8.44 mW/m~2.植入到小鼠左胸皮下位置开路电压和短路电流为3.73 V,0.14μA.将此发电机和电源管理系统集成后用于植入式电子医疗器件的能源供给,有望实现植入式电子医疗器件的自驱动.     

转子斜槽及不同槽斜度对鼠笼式异步电机损耗影响的时步有限元分析

为研究转子斜槽及不同槽斜度对电机损耗的影响,利用多截面场-路耦合时步有限元法,针对一台5.5kW异步电机,分析了转子斜槽后定转子铁心典型位置的基波及谐波磁场沿轴向的分布特点,经分析得出如下结论：斜槽一方面会降低定转子谐波电流产生的谐波铜耗;另一方面会引起电机内部磁场沿轴向分布不均匀,导致铁心饱和严重、铁耗增加,且负载越大斜槽对铁耗的影响越明显.进一步研究了槽斜度在0.5～1.5个定子齿距之间变化时电机各项损耗的变化情况,最终得出当转子斜0.8个定子齿距时文中5.5kW电机的总损耗最小,同时也能够有效削弱齿谐波磁场.     

利用有机磁电导分析Rubrene发光器件中三重态激子解离和电子散射过程

为了研究红荧烯(5,6,11,12-tetraphenylnaphthacene,Rubrene)器件中三重态激子与电荷相互作用的微观过程,制备了基于Rubrene的有机发光二极管,并测量了室温下器件的磁电导(magneto-conductance,MC).实验发现,器件MC曲线的幅值非常小且表现出了奇特的变化:即在0~8 m T的磁场范围内,MC随磁场快速增大;当磁场处于8~100 m T时,MC则表现为下降;但当磁场大于100 m T时,MC则表现为缓慢增加.分析发现,Rubrene器件中除了超精细相互作用外,还有空穴对三重态激子的解离作用和三重态激子对电子的散射作用的共存,且它们都受单重态激子分裂(singlet fission)的影响.利用Lorentzian和non-Lorentzian经验函数可以对MC进行较好拟合,进一步证实了上述观点.三重态激子解离和电子散射共存这一发现不仅有助于对Rubrene器件中电荷与激发态间相互作用机制的认识,在优化器件性能方面也有一定的指导意义.     

磁尾的等离子体片边界层场向电流密度与地磁活动指数Kp的关系分析

对2001年7月～10月Cluster穿越磁尾等离子体片边界层期间观测到的172个场向电流事件进行了研究,主要分析了等离子体片边界层场向电流特性与地磁活动指数之间的关系.研究结果表明：1）等离子体片边界层场向电流的相对发生率随地磁活动的增强而增加;2）等离子体片边界层场向电流密度随Kp指数的增大而增大;在磁暴的主相阶段,场向电流迅速增大,电流密度最大达到19.05nA/m2,同时Kp增大至5;3）地磁活动指数Kp与等离子体片边界层区场向电流密度有着一致的变化关系.然而,当AE〈800nT时,等离子体片边界层场向电流密度随着AE的增加而增加,当AE〉800nT时,场向电流密度随着AE的增加而减小.从而说明,等离子体片边界层场向电流密度与Kp指数的变化关系更为密切.