Fe-氧化物薄膜的室温低场正磁电阻和高场负磁电阻

采用对靶溅射技术制备了多相共存的Fe-氧化物薄膜. X射线衍射和X射线光电子能谱的测试表明薄膜存在有多相: Fe, Fe₃O₄, γ-Fe₂O₃, FeO. 高分辨透射电子显微镜结果表明薄膜由柱状颗粒结构组成, 其中核心是未氧化的Fe, 外壳为Fe的氧化物. 在室温时, 低场正磁阻和高场负磁阻共存于Fe-氧化物薄膜中, 利用壳层模型给出了初步解释. 非线性电流-电压曲线和光生伏特效应进一步验证了薄膜的隧穿电导特性.     

多层交替沉积后退火处理MgB2超导薄膜上约瑟夫森结的制备

在多层交替(SiC/[Mg/B]5)沉积后退火处理的MgB2薄膜上用紫外光刻和Ar离子刻蚀制作出SQUID环路膜条,然后用聚焦离子束(FIB)刻蚀方法在SQUID的环路上制作了150～300nm之间不同尺寸的纳米微桥结构,并测量了其电阻温度(R-T)曲线和电流电压(I-V)曲线.膜条的R-T曲线与薄膜基本相同,表明薄膜没有受到膜条制备过程中潮湿的影响.对SQUID的R-T关系测量发现电阻有较大升高,并看到由纳米微桥的存在而具有的结构.SQUID的I-V曲线表明,纳米微桥形成了弱连接,超流主要体现为约瑟夫森耦合电流.其中一个150nm宽纳米微桥的SQUID,其回滞消失的温度约为10K,在此温度下,得到临界电流Ic约为4.5mA,IcRN～2.25mV,单个纳米微桥结的临界电流密度约为1.5×107A/cm2.临界电流Ic随温度以幂指数关系变化,也验证了纳米微桥的弱连接特性.我们的实验对基于MgB2薄膜的约瑟夫森器件制备具有参考价值.     

超导HEB混频器的设计与制备

展示了一种基于超导NbN薄膜材料的HEB混频器的设计与制备工艺, 详细介绍了高阻硅衬底上的超薄NbN薄膜的生长技术、HEB器件的结构、超导微桥区和平面等角螺旋天线的阻抗匹配等内容. 测量研究了超导NbN HEB的电阻-温度(R-T?)曲线、不同温度下的电流-电压(I-V?)曲线以及HEB对太赫兹(THz)信号的响应特性. 用Y因子方法测量了HEB器件的噪声温度, 在2.5 THz的太赫兹波辐照下, 其最低噪声温度为2213 K.     

液相自蚀生长CuTCNQ微晶中的纳米通道

自1979年Potember与其合作者首次报道了铜的四氰基苯醌对二甲烷(7,7’,8,8＇-tetracyanoquinodimethan,简称TCNQ)的电荷转移(CT)复合物有机薄膜具有电流控制的电学开关现象以来,陆续发现了过渡金属(Cu,Ag)TCNQ及其一系列衍生物有机薄膜的电学或光电阈值开关与存贮特性.这些具有极重要应用前景的特性缘于材料中发生的部分场致相变.由这些部分相变形成了所谓的高电导畴或低阻通道.已有结果表明,促使形成这些通道的条件与测量用金属电极/有机薄膜的界面以及薄膜的微观形貌有着十分密切的关系.界面条件     

晶格匹配InAlN/GaN异质结Ti/Al/Ni/Au欧姆接触的温度依赖特性

在硅衬底晶格匹配In_(0.17)Al_(0.83)N/GaN异质结外延片上制备了Ti/Al/Ni/Au欧姆接触传输线模型测试结构,通过测试变温电流-电压特性研究方块电阻(R_(sh))和比接触电阻率(ρ_(sc))的温度依赖特性.结果表明:(1)沟道层的R_(sh)对温度呈指数依赖关系,幂指数约-2.61,主要由高温下半导体的晶格散射机制决定;(2)300~523 K的变温范围内,ρ_(sc)随温度上升呈先增大后减小的趋势;当温度低于350 K时,ρ_(sc)的温度依赖关系主要由TiN合金的类金属特性决定;而在更高的温度下,热场发射机制将逐渐占主导.基于以上2种模型的并联形式对实验数据进行了拟合,并分析了提取的重要物理参数.     

多晶金刚石薄膜的开关特性

开关现象在一些片状和薄膜半导体样品中早巳观察到.但是,迄今为止,尚未见到有关金刚石薄膜开关特性的报道.鉴于金刚石薄膜有着许多优异的电学特性,如有较宽的能带间隙、高的击穿电压、高的电子迁移率以及高的饱和电子速度,因而,金刚石薄膜开关特性的研究,无疑会对实现高压、大功率开关器件有重要应用价值.我们研究了无衬底多晶金刚石薄膜的电流(I)-电压(U)特性.发现,金刚石薄膜在液氮温度和常温下有明显的开关特性,而液氮温度下的开关特性还具有明显的双稳态特点.     

石墨烯场效应晶体管的输运特性

石墨烯场效应晶体管的研究对于摩尔定律的延续具有非常重要的意义.近年来,大面积、高质量石墨烯薄膜制备技术的快速发展,进一步推动了基于石墨烯材料的新型电子器件的研究,引起了集成电路领域研究人员的广泛关注.本文所制备的石墨烯场效应晶体管以ITO为栅电极,Ta_2O_5为栅绝缘层,石墨烯为有源层,Ti/Au双层金属为源漏电极.电学特性测试与分析结果表明,石墨烯与源漏电极形成了良好的欧姆接触.室温下,石墨烯场效应晶体管展示了其特有的双极性特征,空穴迁移率约为2272 cm2/(V s),电流开关比约为6.2.转移特性曲线中出现了明显的滞回现象,且随着栅压扫描范围的增大而越发显著.同时研究了温度对石墨烯场效应晶体管性能的影响,随着温度的升高,狄拉克点电压逐渐向零点方向偏移,滞回现象愈加明显.当温度为75℃时,空穴迁移率与电流开关达到最佳.     

旁栅偏压对GaAs MESFET沟道电流中低频振荡的调制

在研究旁栅偏压条件下MESFET输出特性时经常发现沟道电流的低频振荡现象. 通过测试不同旁栅电压条件下的GaAs MESFET输出特性, 研究了沟道电流的低频振荡现象与旁栅偏压的关系, 发现旁栅偏压对沟道电流的低频振荡现象具有调制作用, 无论旁栅偏压朝正向还是负向变化都存在一个阈值可以消除此低频振荡. 理论分析认为这种调制作用与沟道-衬底(C-S)结的特性和高场下衬底深能级EL2的碰撞电离有关. 这一结论对于设计低噪声GaAs IC具有十分重要的指导意义.     

Al2O3 绝缘栅SiC MIS 结构基本特性的研究

采用原子层淀积(ALD)方法在4H-SiC(0001)8°N-/N+外延层上制备了超薄(~4 nm)Al₂O₃ 绝缘栅高介电常数SiC MIS 电容. 通过对Al₂O₃ 介质膜以及Al₂O₃/SiC 界面微结构和电学特性 分析表明, 实验所得Al₂O₃ 介质膜具有较好的体特性和界面特性, Al₂O₃ 薄膜的击穿电场为25 MV/cm, 并且在可以接受的界面态密度(2×10¹³ cm^-2)下具有较小的栅泄漏电流(8 MV/cm 电场 下漏电流密度为1×10^-3 A/cm^-2). 电流-电压测试分析表明, 在FN 隧穿条件下, SiC/Al₂O₃ 之间的 势垒高度为1.4 eV, 已达到制作SiC MISFET 器件的要求. 同时, 在整个栅压区域也受 Frenkel-Poole 和Schottky 机制的共同影响.     

8-羟基喹啉铝膜的电学输运特性分析

有机电致发光获得突破性进展以来,8-羟基喹啉铝(Alq)一直是人们关注的焦点.它具有良好的成膜特性、较高的发光效率和好的稳定性,促使有机电致发光器件进入实用阶段Alq是有机电致发光器件中广泛使用的材料,它作为发射层或电子输运层材料,用以研究有机电致发光的机理和探索高效率高稳定性的器件.Alq单层器件,在适当的电极(如镁、铝等)下,也能产生电致发光,且亮度-电流也同样满足线性关系,说明它与多层结构器件的发射机理一样,属复合型发射 但单层Alq膜层的输运特性与接触特性研究较少,而膜层的输运特性和接触特性又是决定Alq在高场(>10~5V/cm)下产生发射的关键问题. 另外,实验观测到单层Alq器件电致发光的衰减与其输运特性的变化有紧密的相关性.本文通过对电流-电压特性及电容-电压特性测试研究,初步了解单层Alq膜层的输运特性,并且对输运过程提出一个简单模型1 实验结果在经过清洗处理的电阻为150Ω/(?)的ITO衬底上,依次蒸发沉积8-羟基喹啉铝,金属镁、银. 沉积条件:8-羟基喹啉铝在4×10~3Pa真空下,以0.3nm/s速度沉积到未加热的ITO     

偏压对金刚石膜成核过程的影响

金刚石膜与天然金刚石类似,具有许多优异的特性,可广泛用于机械、光学和电子等领域.目前已用各种CVD技术制备出了可供实际应用的金刚石膜.这些技术遇到的一个主要问题是怎样提高成核密度和质量.特别是在异质衬底材料(如Si)上如何控制核化密度和貌相,从而达到异质外延生长金刚石膜.为了实现这一目的人们采取了各种方法和措施,如在沉积膜前对Si衬底进行划痕或在金刚石粉末溶液中进行超声波处理;用化学腐蚀或沉积非晶碳过渡层等.最近研究发现,对衬底加负偏压可大大提高成核密度.在微波等离子体CVD法中对衬底加负偏压后,在不经任何处理的抛光Si片上金刚石成核密度达10~(10)cm~(-2).并且利用此方法已成功地在Si衬底上实现了异质外延或织构生长金刚石膜.然而至今对热灯丝CVD法沉积金刚石膜中加负偏压增强成核密度研究的还不多.本文对热灯丝CVD负偏压法增强成核问题进行了实验研究,并对其结果进行了讨论.热灯丝CVD法沉积金刚石膜装置同文献[3]中的一样,衬底材料是Si(100),首先对硅衬底分别在丙酮和乙醇中分别进行超声处理,然后在50%HF溶液中腐蚀2min,去除天然氧化硅,接着用去离子水冲洗数次,最后用甲醇超声处理烘干后放入反应室中抽真空以备实验.沉积条件为衬底温度850℃,灯丝温度2000～2400℃,甲烷浓度(CH     

直波导耦合输出AlGaInAs多量子阱环形激光器研究

采用InP基InAlGaAs多量子阱激光器外延材料结构, 利用感应耦合等离子体(ICP)干法刻蚀技术和聚酰亚胺介质平坦化工艺, 研制了多量子阱半导体环形激光器样品. 该器件通过加正偏压的环形结构谐振腔实现光激射, 然后借助紧邻的直线波导耦合将光信号输出. 环形谐振腔直径为700 μm, 波导宽度为3 μm. 用光纤对准直线波导端口耦合测试了环形激光器的光功率-电流特性曲线和激射光谱, 其阈值电流为120 mA, 在注入电流160 mA时从直波导耦合输出得到激射光谱的中心波长为1602 nm, 并结合光功率-电流特性曲线对环形激光器中的工作模式进行了初步分析.     

钙钛矿氧化物La0.9Sr0.1MnO3/SrNb0.01Ti0.99O3巨磁电阻p-n结

用激光分子束外延成功地制备出钙钛矿氧化物La0.9Sr0.1MnO3/SrNb0.01Ti0.99O3 p-n结, 首次观测到钙钛矿结构氧化物p-n结电流的磁调制和巨磁电阻效应. 其巨磁电阻特性与掺杂的镧锰氧化物是非常不同的, 当温度为300, 200和150 K时, p-n结具有正磁电阻特性; 当温度为100 K时, 在低磁场条件下, p-n结呈现正磁电阻特性, 随着磁场强度的增加, p-n结变为负磁电阻特性. p-n结的磁电阻变化率?R/R0(?R = RH ?R0, R0是外磁场为0时p-n结的电阻, RH是外磁场强度为H时p-n结的电阻) 在300 K条件下, 当磁场强度为0.1和5 T时, 达到8%和13%; 在200 K条件下, 当磁场强度为5 T时, 达到41%; 在150 K条件下, 当磁场强度为1 T时, 达到40%; 在100 K条件下, 当磁场强度为0.13和5 T时, 达到10%和-60%.     

基于Alq3的有机电致发光器件温度特性的研究

以真空热蒸镀的方法制备了基于八羟基喹啉铝(Alq₃)为发光层的单层和双层有机电致发光器件, 测试了器件在不同温度条件下其电致发光特性的变化, 研究了器件性能的温度特性, 详细分析了温度对器件电流传导机制的影响. 结果表明, 器件的电流-电压特性与陷阱电荷限制电流理论的预测很好地符合. 此外, 由于有机层内载流子迁移率和浓度都随着温度的增加而增加, 导致Alq₃器件的电流随温度单调上升. 不同温度下Alq₃器件的电流传导机制没有改变, 但是电流-电压关系式中的幂指数m随温度无规则变化. 由于温度上升会引起Alq₃发光性能衰减, 所以器件的发光亮度随温度略有上升, 而发光效率随温度单调下降. 电致发光光谱随温度上升出现微小的蓝移, 其单色性的降低是来源于有机半导体材料本身的能级特征.     

有机分子器件输运性质的接触距离效应

在两金电极间置于空间对称的苯硫(PDT)分子构成一分子器件模型, 并通过移动其中一电极变对称接触为非对称接触. 利用第一原理方法研究了该器件的输运性质, 结果表明, 器件的I(G)-V特性相对偏压极性有显著的非对称, 其电流及电导的大小明显地依赖于分子与电极的接触距离, 即非对称接触能导致器件伏安特性的弱整流效应. 分析表明最高占据分子轨道(HOMO)是器件的共振隧穿轨道, 偏压作用使器件充电进而移动HOMO是I(G)-V非对称性的内在原因.     

多氮/硼掺杂带帽碳纳米管分子结电子输运性质

利用非平衡格林函数和第一性密度泛函理论,我们研究了多氮/硼掺杂带帽碳纳米管分子结的电子输运特性.结果显示,电子输运性质强烈依赖于氮/硼的掺杂数目和掺杂位置.单氮/硼掺杂时出现最好的整流行为.随着掺杂数目的增多,整流性能显著降低.此外,一些掺杂情形在非常低的偏压下出现明显的负微分电阻行为.     

基于铁磁金属薄膜纳米点连接的磁电阻现象

比较了运用电子束光刻技术和真空薄膜沉积技术制备的宽度和厚度分别为20~250nm和10nm的系列铁磁金属薄膜纳米点连接在不同温度下的磁电阻现象和I-V特性,得出了铁磁金属薄膜纳米点连接的磁电阻和电阻与它的中间部位纳米局部区域的宽度之间没有必然关系,说明铁磁金属薄膜纳米点连接的中间部位纳米局部区域的电阻与它两端的两个微米尺度的铁磁金属薄膜电极的电阻相比不起绝对决定作用,也就是说,我们所测得的铁磁金属薄膜纳米点连接的电阻主要来自于它的两个微米尺度的铁磁金属薄膜电极.比较了铁磁金属薄膜纳米点连接和在同样真空薄膜沉积条件下制备的同样厚度的0.2cm×0.8cm的铁磁金属薄膜的磁电阻之间的关系,发现与薄膜相比,纳米点连接样品的磁电阻比例普遍得到较大的提高,也就是说我们所测量的铁磁金属薄膜纳米点连接的磁电阻主要来自于纳米点连接样品的中间部位纳米局部区域.可以得出在铁磁金属薄膜纳米点连接中,由于具有很高磁电阻比例的中间部位纳米局部区域的电阻与具有很低磁电阻比例的微米尺度的铁磁金属薄膜电极的电阻相比很小,所以整个铁磁金属薄膜纳米点连接的电子输运行为由样品的微米尺度的铁磁金属薄膜电极的电子输运行为决定,表现为它所呈现的是线性的...     

金属离子替换的有机-无机钙钛矿太阳能电池及其迟滞现象

注入金属离子替换有机-无机钙钛矿中参与成键的Pb~(2+)可以有效调控其结晶动力学、薄膜形貌和光电特性,因此,通过优化Pb~(2+)替换比例提高钙钛矿太阳能电池性能是当前的研究热点之一.但是, Pb~(2+)替换对器件异常迟滞现象的影响却缺乏深入的研究.本文采用Cd~(2+)替换的MAPbI_3为模型体系,研究了不同Cd~(2+)浓度下MAPbI_3材料性质及其平面异质结光伏器件(结构为ITO/NiO_x/Cd-MAPbI_3/PCBM/Ag)性能的变化趋势.研究结果表明,优化比例(0.5%)的Cd~(2+)可以有效增强材料结晶性、改善薄膜形貌,降低非辐射复合,提高光生载流子寿命,从而大幅提高器件性能.而Cd~(2+)替换比例过高(2.5%)时,钙钛矿薄膜中不仅会出现相分离阻碍电荷传输,而且其非辐射复合加剧,光生载流子寿命降低,最终导致器件性能下降.与此同时,过量的Cd~(2+)注入还会引起严重的迟滞现象,利用扫描开尔文探针显微镜(SKPM)证实这一现象与钙钛矿薄膜中显著的离子迁移有关.     

初始晶硅多层薄膜光电响应及载流子输运特性

采用等离子体化学气相沉积技术, 通过交替改变H₂流量, 制备了多层结构的氢化初始晶硅薄膜, 利用拉曼(Raman)散射、傅里叶变换红外(FTIR)透射光谱和光电流谱等技术研究了薄膜的微观结构和光电响应特性. 微观结构分析揭示, 薄膜呈现为由纳米晶硅和非晶硅两相组成的初始晶硅结构, 薄膜光学带隙随晶化度提高逐渐降低. 光电流谱的结果显示, 纳米硅晶粒对薄膜内部光生载流子的空间分离可有效降低其非辐射复合几率, 导致薄膜光电响应峰值随晶化度的提高向短波方向移动, 然而纳米硅晶粒界面缺陷对载流子的空间限制使薄膜长波谱段的光电响应显著降低. 外加偏压下, 观察到350~1000 nm范围的光电响应, 表明外加偏压可促进光生载流子的有效收集. 分析表明, 纳米硅晶粒内部电子-空穴对的空间分离及界面载流子激发的共同作用, 导致薄膜光电响应及外量子效率大幅增加和峰位的红移. 实验结果为初始晶硅高效太阳电池的载流子输运控制提供了基础数据.     

FePt/FeRh双层薄膜的结构和磁性

用磁控溅射法,在加热到400℃的Mg O(001)基片上,得到25 nm厚的A1相Fe Pt软磁薄膜,经过热处理使之发生不同程度的A1→L10相转变,在450℃继续生长50 nm厚的Fe Rh,并在相同温度连续保温24 h,使Fe Rh层转变为有序的B2相,得到具有热致反铁磁-铁磁转变性质的Fe Pt/Fe Rh双层复合磁性薄膜.结果表明,Fe Pt层和Fe Rh层都有(001)取向;在生长Fe Rh层之前,如果Fe Pt层没有或者未完全转变为硬磁的L10相,可以使Fe Rh层的反铁磁-铁磁转变温度由100℃提高到200℃;沿垂直于膜面的方向施加磁场,双层薄膜的室温磁化曲线呈方形,矫顽力可达到7.4 k Oe;升温使Fe Rh层转变为软铁磁性,反磁化过程的磁化强度在2个特征磁场附近发生跳跃,显示双层膜中形成了磁性弹簧,矫顽力可下降一半以上.Fe Rh反铁磁-铁磁转变温度升高的原因在于有适量的Pt从Fe Pt层析出并扩散进入Fe Rh层,用于制作热辅助复合垂直磁存储介质,有助于提高稳定性.