ZnO和铪锆氧化物(Hf_(0.5)Zr_(0.5)O_(2))堆栈能带对准研究

铪锆氧化物(HZO)克服了传统铁电材料的缺陷,能够与CMOS工艺兼容,并且可以微缩,在高端芯片领域有很大的发展潜力。而其瓶颈在于循环寿命低,主流研究试图通过界面工程、介质掺杂等工艺改善其铁电性能并提高其寿命。本工作提出了以ZnO作为HZO与上电极的过渡层,制备HZO/ZnO堆栈,并通过X射线光电子能谱研究了ZnO过渡层与HZO的基本物理问题,即二者的能带结构和退火对能带对准的影响。结果表明,退火过程中界面处发生了元素扩散和偶极子的改变,使HZO/ZnO的能带偏移发生变化,异质结由type-Ⅱ型变为type-Ⅰ型。本工作将为HZO存储器的改善寿命的ZnO过渡层提供基础物理学依据。

原子层沉积的TiN/HZO堆栈界面元素的扩散研究

传统钙钛矿材料微缩后难以保存铁电性,并且与CMOS的兼容性差,而薄至10 nm以内的铪锆氧化物(HZO)材料仍然具有铁电性且与CMOS兼容性好,这弥补了传统钙钛矿的本征短板,备受学界和产业界关注,有望替代动态随机存储器应用于非易失性铁电存储器(FERAM)和铁电晶体管基集成电路中。基于目前应用最广泛的TiN/HZO/TiN堆栈,采用具有高端应用前景的原位ALD技术生长TiN电极,很好地控制了电极层的生长速度及其纳米级的膜厚。研究了堆栈界面元素扩散问题,通过飞行时间二次离子质谱技术发现了界面元素的外扩散现象,采用角分辨X射线光电子能谱研究了外扩散行为的机制,提出了一个可能的理论解释,即由于TiN和HZO之间发生了氧化还原反应引发表面活性剂效应,导致界面元素外扩散。本研究将为HZO基FERAM的应用奠定基础。

ZrO_(2)/InP和ZrO_(2)/InAs堆栈的元素扩散研究

Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体有望在5 nm以下节点替代Si作为场效应管的沟道材料,其与高k栅介质界面质量对器件性能极为关键。本文分别在InAs和InP衬底上通过H_(2)^(18)O蒸汽预处理表面,再利用原子层沉积技术原位制备了ZrO_(2)薄膜,通过角分辨X射线光电子能谱和飞行时间二次离子质谱技术系统性地研究了退火前后界面处衬底元素原子和氧原子扩散行为,并讨论了物理机制。本工作将加深Ⅲ-Ⅴ/高k栅介质界面在材料学上的理解。

功能化金属有机框架化合物催化电极材料的研究进展

电极材料是能源储存和转化设备的重要组成部分,其材料的价格和性能对设备的发展和应用具有显著影响。金属有机框架化合物(Metal-Organic Frameworks,MOFs)及其衍生物由于具有比表面积大、孔隙率高、孔隙大小可调和功能多样化等优点被应用到多个领域,具有广阔的应用前景。本文主要介绍MOF材料在催化电极领域最新研究进展,并对今后MOFs的研究趋势与应用前景进行了展望。

Ni3S4@C/CNFs对电极膜厚对染料敏化太阳能电池光伏性能的影响

采用静电纺丝技术和水热法合成了负载于碳纳米纤维表面的碳包覆Ni3S4纳米颗粒(Ni3S4@C/CNFs),利用喷涂法制备膜厚分别为2、4、6、7、8、9、10μm的Ni3S4@C/CNFs对电极。应用到染料敏化太阳能电池(DSSCs)中,探究Ni3S4@C/CNFs对电极的膜厚对于DSSCs光伏性能的影响。最终得出当Ni3S4@C/CNFs对电极膜厚为9μm时,DSSCs可以获得最高的光电转换效率(PCE)8.45%,也证明了对电极存在一个最佳膜厚,使DSSCs获得最优的光伏性能。

新型复合纳米TiO2制备及性能实验设计

利用常温络合-控制水解法,以四氯化钛、有机羧酸、氨水、硝酸铜、硝酸镍等原料制备铜/镍共掺杂的复合纳米TiO2透明乳液。使用XRD、纳米粒度分布分析仪、紫外-可见分光光度计等对样品的物相、粒径、光吸收、光催化等性质进行表征。将该透明乳液在模拟太阳光下对酸性红3R染料进行降解,分析了染料初始质量浓度、样品掺杂浓度、体系pH值、加热回流时间对光催化效果的影响。结果表明,当铜/镍掺杂量均为0.001 mol/L、体系pH值为5、回流时间为0时,复合纳米TiO2光催化性能最好。

碳纤维负载Re-Pt3Ni复合材料对电极膜厚对染敏电池性能影响

采用静电纺丝技术制备碳纳米纤维,通过油浴加热法制备碳纳米纤维负载Re-Pt_3Ni复合材料.为了研究该复合材料对电极的膜厚对染料敏化太阳能电池性能的影响,通过球磨以及喷涂法得到不同膜厚的对电极,分别为5、10、15、20μm,所得电池的能量转换效率分别为5.12%、7.67%、8.43%、8.09%.结果表明复合材料对电极膜厚存在一个最佳值,使电池的能量转换效率达到最高,同时,也表明复合材料有潜力成为Pt电极的替代品.

静电纺丝制备铕掺杂二氧化钛纳米纤维及其光催化性能

采用静电纺丝法,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、冰乙酸、无水乙醇、硝酸铕和钛酸四丁酯为原料,制备不同浓度铕掺杂的二氧化钛纳米纤维,用扫描电子显微镜(SEM)、X线粉末衍射仪(XRD)来表征二氧化钛纳米纤维的形貌、组成和晶型.结果显示二氧化钛纳米纤维煅烧之前直径为300~400 nm,煅烧后直径为200~300 nm,呈锐钛矿型.以酸性红3R染料作为目标污染物,在太阳光模拟器下进行光催化实验,找出最佳铕掺杂浓度,然后利用最佳铕掺杂浓度的二氧化钛纤维降解不同pH值的酸性红3R溶液,找到染料的最佳pH值,结果发现:当铕掺杂摩尔比为1%,pH值为3时,40 mg二氧化钛纤维经过25 min即可将40 mg/L的酸性红3R染料降解98%以上.