Ni/Pt异质结界面的自旋阻塞效应

相比于电荷流的高功耗,自旋流可以高效地传输能量与信息的同时避免焦耳热的产生,因此基于自旋流的电子器件成为未来电子信息器件研发的重要方向之一.自旋流及其输运现象的相关研究是自旋电子学器件的开发基础.本文着眼于铁磁金属镍(Ni)与非磁重金属(Pt)构建的异质结结构,研究了异质结界面的自旋输运特性,发现其对扩散自旋流的全阻塞效应.本工作以基于钇铁石榴石(yttrium iron garnet,YIG)的YIG/Ni/Pt三层器件开展,采用自旋泵浦技术激发扩散自旋流注入到镍中,同时检测与分析器件中的逆自旋霍尔电压,并与YIG/Ni双层器件中的信号进行对比分析.结果证明YIG/Ni/Pt三层器件中的铂金属层仅起分流作用而对逆自旋霍尔电流无贡献,即镍层中的扩散自旋流被阻塞于Ni/Pt异质结界面.本工作加深了对界面处自旋流输运的认识,铁磁性金属/非磁重金属自旋流阻塞界面的发现也为自旋电子器件的设计及新功能开发提供了新的思路与手段.

杂化太阳电池中异质结界面的修饰及其对电池光电性能的影响

有机-无机杂化太阳电池综合了有机、无机材料的优点,成本低、理论效率高,受到人们的广泛关注.杂化太阳电池的光活性层由无机半导体和有机共轭聚合物复合而成.当光照射到活性层上时,共轭聚合物吸收光子产生激子(电子-空穴对);激子迁移到有机给体-无机受体的异质结界面处发生解离而产生自由电子和空穴;自由电子和空穴分别向无机半导体和有机聚合物传输,从而实现电荷的分离和传导.激子在有机-无机异质结界面处的分离效率是影响电池性能的一个重要因素.有机、无机两相材料往往因为接触面积小以及相容性差使此两相材料接触不佳,激子迁移到此界面不能有效分离,从而严重影响了杂化太阳电池的效率.这个问题可以通过此界面的修饰加以改善.本文即综述了有机-无机异质结界面修饰的方法、作用和意义,并展望了杂化太阳电池未来的发展趋势和应用前景.

InP基异质结界面暗电流C-V测试分析

采用电化学C-V测试方法,测量分析了InP/InGaAs/InP外延结构的I-V特性,对异质结界面的电学性质进行了表征和分析。采用LP-MOCVD生长技术,对不同界面生长条件的三种样品进行了I-V和XRD测试,得到了InP向InGaAs界面转换采用中断生长、InGaAs向InP界面转换采用As/P直接切换的优化生长方式。用逐层化学腐蚀的方法,对比分析了I-V特性与XRD测试结果的关系,论证了I-V测试结果的有效性,指出了表征异质结界面电学质量的简洁方法。

固体异质结界面结构预测方法及AutoInterface程序实现

预测材料异质结的界面原子结构对于理解界面对性能的影响至关重要.目前,从理论上预测材料界面结构仍具有极大挑战,主要是缺乏普适有效的理论计算方法.本文介绍了本课题组在异质结界面结构预测方面取得的最新进展.结合马氏体相变唯象理论、图论和随机表面行走算法,提出了界面结构的一种有效预测方法,可以实现自动化的计算预测.通过GaP/TiO2半导体异质结等展示了该方法的有效性和在催化等领域的应用前景.

用电化学C－V技术研究Ga In P／GaAs异质结界面特性

本文用电化学Ｃ－Ｖ剖面技术研究了接近器件结构的ｎ－ｎＧａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ／ＧａＡｓ同型异质结的界面特性，测量了载流子浓度分布，用多项式逐段拟合的方法，计算得到异质结界面电势差ＶΦ为４９１ｍｅＶ，界面固定电荷σ为－４．４６×１０１１ｃｍ－２，并推算出导带差△Ｅｃ为１２６ｍｅＶ，相应于△Ｅｃ＝０．２８△Ｅｇ。

异质结界面结构在石墨烯负阻器件中的作用

基于石墨烯纳米带异质结设计新型负微分电阻(Negative differential resiatance,NDR)器件的思路,利用不同宽度尺寸石墨烯纳米带的组合来搭建双势垒量子阱,构造了具有优良NDR性能的新型器件。通过一系列的数值计算仿真,揭示了不同异质结界面结构对负微分电阻器件的电流强度和电流峰值的影响机制,并将其归因为"奇数"和"偶数"两种界面连接方式。对于"奇数"连接方式的石墨烯异质结,电子结构没有表现出局域性,而对于"偶数"连接形式的石墨烯异质结,电子结构则表现出很强的局域性,导致对应器件的沟道电流强度较低。

LaAlO_3/GaAs异质结界面的空穴导电行为分析

采用脉冲激光沉积方法在GaAs(001)单晶基片上生长LaAlO_3薄膜构成LaAlO_3/GaAs异质结,利用原子力显微镜和XRD对LaAlO_3/GaAs异质结进行表征,并通过PPMS对LaAlO_3/GaAs异质结进行面内电阻和霍尔电阻测试,研究其界面电输运性能。结果表明,LaAlO_3在GaAs表面生长均匀,LaAlO_3/GaAs异质结界面处存在空穴型的导电行为,且该空穴来源于界面处的悬空键效应。

有机光伏异质结氟化苯三唑聚合物给体/十环熔合非富勒烯受体的理论研究

本文为了理解由十环熔合非富勒烯受体和含有氟化苯三唑聚合物给体组成的有机光伏器件的优异光伏性能(光电转换效率大于13%),借助深入的量子化学计算,研究了氟化苯三唑聚合物给体、十环熔合非富勒烯受体及其异质结界面模型面-面相向构型复合物的几何结构、分子轨道、激发特性、分子表面静电势、转移电量和电荷转移距离.结果表明,氟化苯三唑聚合物给体:十环熔合非富勒烯受体异质结的卓越光伏性能是由于十环熔合非富勒烯受体分子内给体和受体片段之间的共面性,氟化苯三唑聚合物给体和十环熔合非富勒烯受体的电荷转移和杂化激发,在可见区域的互补光学吸收,以及从氟化苯三唑聚合物给体到十环熔合非富勒烯受体的分子表面静电势差值较大引起的.氟化苯三唑聚合物给体/十环熔合非富勒烯受体复合物的电子结构和激发表明,激子解离可以通过基于空穴转移的受体局域激发的衰退来实现,这不同于基于富勒烯受体的有机光伏的激子解离机理.通过Marcus理论评估的激子解离、电荷复合和电荷转移过程的速率常数表明有效的激子解离也是良好光伏性能的原因.

InGaP/GaAs异质结价带不连续性的直接测量

用Ｋｅｉｔｈｌｅｙ Ｓ９００Ａ 型半导体自动参数测试仪测量了用ＭＯＣＶＤ方法生长的ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ异质结样品的界面ＣＶ的分布。用多项式逐段拟合的方法，转化得到界面浓度的分布，最后计算得到该体系的价带不连续性ΔＥｖ 为３１６ ｍ ｅＶ，约相当于０．６９

实现双偏振光波信号单向传输的二维光子晶体异质结构设计

将全反射引入到异质结交界面,设计了一种双偏振态下可以实现光信号单向传输的二维四方晶格固固光子晶体异质构。该异质结构是由硅柱嵌入二氧化硅背景材料的光子晶体和二氧化硅柱嵌入硅背景材料的光子晶体叠加而成。该结构实现了光通信中心波长1 550nm附近的双偏振态光波信号单向传输。分析了不同偏振态下的能带结构,结果表明:由于在异质结交界面处的全反射耦合作用,该异质结构不再受到方向能带的束缚,实现了光波信号的单向传输。此外,还优化了结构周期和输出波导宽度,使得TM和TE偏振的单向传输效果得以增强,对比度提高,并且拓宽了单向传输范围。

半导体极性界面电子结构的理论研究

半导体电子结构的有效调控一直是人们长期关注的科学问题,也是主流半导体材料物性与器件设计的核心科学问题之一.传统栅极技术只能在小范围内改变半导体材料的带隙,作者从理论上通过人工设计半导体极性界面,产生约10 MV/cm的內建电场,从而实现对Ge、InN等主流半导体带隙在0-2 eV范围内的有效调控,并显著增强Rashba自旋轨道耦合强度,作者进一步利用构建的多带k.p模型证明增强的Rashba自旋轨道耦合可以将常规半导体驱动至拓扑相.文章重点介绍极性半导体InN的极性界面能隙调控;以及Ⅳ族非极性半导体Ge的极性界面能带调控.半导体极性界面的制备与主流半导体工艺兼容,展现了极性界面在主流半导体量子结构的物性调控与光电器件中潜在的应用前景.

界面极化效应对AlGaN/4H-SiC HBT器件性能影响研究

AlGaN/4H-SiC异质结界面存在大的自发和压电极化效应,从而使界面出现较多数量的极化电荷,这导致器件电学性能的改变。利用热场发射-扩散模型,基于数值模拟方法研究了异质结界面极化效应产生的极化电荷对AlGaN/4H-SiC HBT器件直流性能和高频性能的影响。得到了AlGaN/4H-SiC异质结界面极化效应引诱的正极性极化界面电荷削弱了异质结的内建电场,加速了载流子的扩散运动,因而能促进载流子的输运,从而使器件的直流特性和高频特性得到改善。

HEMT及其界面态效应的二维数值模拟

本文提出了一个调制掺杂异质结界面态模型,并首次将界面态效应引入到HEMT的二维数值模型中.本文用基于异质结漂移-扩散模型建立的 HEMT二维数值模型对常规结构的 AlGaAs/GaAs HEMT进行了模拟,讨论了 HEMT的内部工作机制,特别是异质结效应.本文着重模拟分析了HEMT中界面态对器件性能的影响。模拟结果表明界面态对HEMT的特性有显著的影响.

G波段AlN/GaN HEMT外延材料

南京电子器件研究所基于MOCVD平台,在100 mm SiC半绝缘衬底上,提出恒压式气流吹扫和台阶式流场调控技术分别应用于生长AlN/GaN异质结界面和AlN势垒层,显著改善了AlN/GaN异质结界面不清晰、Al原子表面扩散长度偏低的外延难题,研制出高性能AlN/GaN HEMT外延材料。图1为AFM 5μm×5μm范围下的表面形貌,势垒层表面平整,原子台阶明显,RMS=0.3 nm,且无明显缺陷。

苏州纳米所在增强型GaN HEMT器件研究方面取得进展

由于GaN具有大禁带宽度、高电子迁移率、高击穿场强等优点,GaN HEMT成为新一代功率器件研究的热点。由于极化作用,AlGaN/GaN异质结界面会形成高浓度的二维电子气,浓度可达到1013/cm2量级,因此一般的GaN HEMT都是耗尽型器件。

界面电偶极子对GaN/AlGaN/GaN光电探测器紫外/太阳光选择比的影响

在GaN/AlGaN/GaN倒置异质结光电二极管(IHP)中,存在于AlGaN/GaN异质结界面处强烈的极化效应对器件的紫外/太阳光(UV/Solar)选择比产生了重要的影响.将极化效应总的影响分为两部分:电偶极子和极化项,在建立的GaN/AlGaN/GaN结构IHP模型的基础上,对电偶极子对器件UV/Solar选择比的影响进行了分析.分析结果表明,只有在考虑电偶极子的影响时,光电探测器的UV/Solar选择比在103数量级左右,与实验结果符合较好.因此,在IHP中必须考虑电偶极子的影响.

有机电致发光器件中载流子传输与复合的调控

在典型的多异质结器件ITO/NPB/CBP:Ir(ppy)3/Bphen/Alq3/LiF/Al的基础上,利用有机半导体掺杂技术,设计制备了单异质结-单发光层器件、单异质结-p-i-n结构器件、单异质结-双发光层器件及无异质结-混合主体结构器件,并对其光电性能进行了研究和比较.其中,单异质结-p-i-n结构器件的最大功率效率为32.1lm/W,是参考器件的3.1倍,寿命是参考器件的15倍.无异质结-混合主体结构器件的最大功率效率为37.2lm/W,是参考器件的3.5倍,其寿命是参考器件的46倍.研究结果表明,通过对载流子传输层和发光层的优化设计,构建电子、空穴传输平衡的载流子传输层和发光层,减少或取消异质结界面仍可以实现对载流子传输和复合的有效调控,从而使器件的发光效率和寿命同时得到提高.本研究将为高性能OLED的设计提供实验基础.

氮化镓的材料与器件

本书是新加坡世界科技出版公司出版的《电子学与系统专题》丛书的第33卷。GaN半导体具有独特的材料性质，这些性质引发了半导体系统光电子和电子器件的研究与开发的极大兴趣。氮化物材料与器件对高功率、高温度应用极为有前途，其主要优点是高电子迁移率和饱和速度、在异质结界面上的高层载流子浓度、高击穿电场及当它们生长在SiC或大量的A1N基片上时的低热阻抗。