不同相NbS_(2)与GeS_(2)构成的二维金属-半导体异质结的电接触性质

金属-半导体异质结(MSJ)是研发新型器件的基础.本文考虑利用不同相的金属H-和T-NbS_(2)与半导体GeS_(2)组成不同的二维范德瓦耳斯MSJ,并对它们的结构稳定性、电子特性以及电接触性质进行深入研究,重点在探索MSJ电接触性质对不同相金属的依赖关系.计算的结合能、声子谱、AIMD模拟以及力学性质研究表明,两异质结高度稳定,可实验制备,且用于电子器件设计可行.本征态H-NbS_(2)/GeS_(2)和T-NbS_(2)/GeS_(2)异质结分别形成了p型肖特基接触和准n型欧姆接触.同时发现它们的肖特基势垒高度(SBH)和电接触类型可以通过外加电场和双轴应变来有效调控.例如,对于H-NbS_(2)/GeS_(2)异质结,无论施加正/负电场或平面双轴压缩,均能实现欧姆接触,而T-NbS_(2)/GeS_(2)异质结,仅在施加负电场时,才能实现欧姆接触,但需要的负电场很低,平面双轴拉伸能导致其实现准欧姆接触.也就是说,当以半导体GeS_(2)单层为场效应晶体管沟道材料,与不同相的金属NbS_(2)接触形成MSJ时,其界面肖特基势垒有明显区别,且在不同情形(本征或物理调控)中各有优势.所以,本研究对于理解H(T)-NbS_(2)/GeS_(2)异质结电接触的物理机制具有重要意义,特别是为如何选择合适金属电极以研发高性能电子器件提供了理论参考.

二酮吡咯并吡咯基半导体/碳量子点平面异质结光电晶体管的制备及性能研究

采用二酮吡咯并吡咯基半导体聚合物PDVT-10与新型碳纳米材料碳量子点(CQDs)复合,通过溶液法制备了平面异质结薄膜有机光电晶体管(OPT)。PDVT-10/CQDs薄膜叠加了PDVT-10和CQDs的光学特性,在紫外至近红外的宽频范围显示了很高的光吸收能力。相较于纯PDVT-10光电晶体管,PDVT-10/CQDs平面异质结OPT展现出更优异的宽谱光电探测性能,在450 nm激光照射下,器件的光响应度达2.6×10^(4)A/W,比探测率达2.4×10^(13)Jones,最大光灵敏度超104;在808 nm光照下,光响应度甚至高达4.4×10^(4)A/W,比探测率达1.2×10^(13)Jones。根据OPT光响应过程的探究,PDVT-10/CQDs异质结器件的性能提升源于界面处合适的能级排布增强了激子的解离效率、促进电荷分离,并有效减少了空穴-电子复合几率,同时PDVT-10高空穴迁移率有助于形成高效的电荷传输通路。研究为发展高性能有机光探测器件中提供了一条重要途径。

贵金属/半导体异质结中的光致自旋电流效应研究

自旋电子材料因能同时对电子的自旋和电荷两个自由度实施操控,在构筑以低功耗、超高速、大容量和超宽带为特征的新一代信息处理技术中展现出巨大的应用潜力.然而,通过掺杂过渡金属元素和稀土离子而形成的传统稀磁半导体和钙钛矿锰氧化物往往因结构缺陷导致的居里温度不高、自旋磁矩和自旋极化率偏低等不足,阻碍了自旋电子材料的商业化应用.近年来,在高纯半导体上沉积贵金属薄膜所形成的贵金属/半导体异质结中,通过使用偏振光激发该类异质结可产生纯自旋电流.这种基于逆自旋霍尔效应(ISHE)、可在室温下运行的、非接触和非破坏型的自旋极化激励方法理论上可获得高于50%自旋极化率,引起了人们的广泛关注.文章主要介绍光致自旋电流形成机制和测试方法,以及入射光圆偏振度、光强、入射角度等参数对光致自旋注入效率的调控机理,介绍杂质介导和声子介导对光致自旋输运的贡献,最后提出增强光致自旋电子极化率的可行方案,可为揭示自旋载流子产生、注入和输运相关的自旋动力学核心科学问题以及研制高性能自旋电子器件提供有益的参考.

半导体光催化剂BiOCl异质结的构建及应用

氯氧化铋(BiOCl)半导体因其独特的层状结构和可调控的电子结构,而在光催化解决环境问题和能源问题领域备受关注。为了提高BiOCl对太阳光的利用率、抑制光生电子-空穴对的高复合率和增强光电子的还原能力等,研究人员对此作出了巨大的努力。其中,构建异质结是最有效的削弱这些缺陷的方法之一。本文主要综述了Z-型、Ⅱ-型、p-n结以及S-型四类异质结的电荷传递机理以及重点介绍了一些具有优异光催化性能的BiOCl异质结。同时,对一些异质结的光催化降解性能进行了比较分析。其中,S型异质结不仅具有高效的电荷分离能力,还有强的氧化还原能力,因此其表现出优异的光催化性能。此外,本文还简述了BiOCl异质结在降解有机污染物、还原CO_(2)、还原重金属和分解H_(2)O等方面的应用。总结了当前BiOCl异质结遇到的一些问题。最后针对BiOCl异质结的构效关系、合成复杂等问题,提出了计算机模拟、载体负载、新技术开发的发展方向。

低维半导体/钙钛矿异质结构光电探测器的研究进展

光电探测器能将光辐照转换为电信号,是光电系统中接收端的核心部件,在国民经济、警用装备以及诸多军事领域都有着重要的应用。基于传统材料的光电探测器面临性能不够优越、单个探测器检测范围窄等问题。近年来,低维半导体和钙钛矿材料在光电探测器领域引起研究人员的广泛关注。相较单一材料,基于低维半导体/钙钛矿异质结构的光电探测器在光响应度、外量子效率、探测率以及响应时间上都有着更为优越的性能,逐渐成为研究热点。简述了光电探测器的基本性质以及钙钛矿材料常见的制备方法,进一步介绍了国内外关于低维半导体/钙钛矿异质结构光电探测器的主要研究进展,探讨了目前优化性能的主要措施,最后对发展前景进行了展望,并提出了相关建议。

无机金属异质结半导体在肿瘤治疗中的应用研究

随着对半导体催化机制的不断研究,发现半导体材料在光/声刺激下会发生催化反应,从而产生活性氧。因此,近年来半导体材料被广泛研究用于肿瘤治疗。基于不同激发源,用半导体材料催化治疗主要分为光催化治疗和声催化治疗,其中异质结半导体材料与单纯的半导体材料相比,因其特殊的电子转移方式,在肿瘤催化治疗中表现出更好的疗效。通过分析异质结材料的催化机制,将近年来设计合成的多种无机金属异质结分为4类,同时详细讨论了不同异质结材料在光/声催化治疗领域的研究和发展。希望从异质结催化增强的机制出发,为用于高效肿瘤治疗无机金属异质结材料的设计提供新的思路。

拉曼光谱技术在二维半导体光催化剂异质结研究中的应用

高活性光催化剂的设计是高效利用太阳能的有效手段,其中二维(2D)半导体光催化剂因其独特的物理化学性质,在光催化研究中有着较大优势。构筑异质结具有改变二维半导体能带结构、抑制光生载流子复合等作用,是一种高效的二维半导体光催化剂的设计方法。拉曼光谱技术因其探测时间短、可原位、无损检测以及样品制备简单等优点,在半导体材料研究中的应用逐渐增多。文章介绍了拉曼光谱技术的基本原理,并对近年来二维半导体光催化剂设计的有关研究进行整理,综述了拉曼光谱技术在二维半导体光催化剂异质结研究中的应用,为新型二维半导体光催化剂的设计奠定了技术基础。

面向应用的新一代稀磁半导体研究进展

稀磁半导体具有能同时调控电荷与自旋的特性,是破解摩尔定律难题的候选材料之一.我们团队率先提出了稀磁半导体中自旋和电荷掺杂分离的机制,探索并研制了新一代稀磁半导体材料,为突破经典稀磁半导体材料的制备瓶颈提供了有效解决方案.以(Ba,K)(Zn,Mn)_(2)As_(2)等为代表的新一代稀磁半导体,通过等价态的Mn掺杂引入自旋、异价态的非磁性离子掺杂引入电荷,成功实现了230 K的居里温度,刷新了可控型稀磁半导体的居里温度记录.本文将重点介绍几种代表性的新一代稀磁半导体的设计与研制、新一代稀磁半导体的综合物性表征、大尺寸单晶生长以及基于单晶的安德烈夫异质结研制.我们团队通过新一代稀磁半导体的新材料设计研制、综合物性研究、简单原型器件构建的“全链条”模式研究,开拓了自旋电荷分别掺杂的稀磁半导体材料研究领域,充分展现了自旋和电荷掺杂分离的新一代稀磁半导体材料潜在应用前景.

铋基半导体纳米材料的改性及光催化研究进展

光催化技术在解决能源危机和环境污染方面受到了广泛的关注,其研究也取得了很多进展。光催化剂在不同领域的作用机制不同,大多数光催化剂都需要克服带隙宽、光生电荷易复合、电荷利用率低等缺陷。由于铋基光催化剂的价带中存在Bi 6s和O 2p杂化轨道,使得大多数Bi基光催化剂具有较窄的可见光利用带隙,因此成为研究热点。本文以铋基半导体为研究对象,针对铋基半导体材料的优缺点,在简单介绍3种Fe^(3+)掺杂BiOCOOH、氧空位BiOCl/Bi4O5Br2和CoWO4/Bi2WO6 Z型异质结铋基半导体纳米材料改性研究的基础上,系统综述铋基半导体纳米材料的光催化降解性能及其改性研究进展,以期为相关研究提供参考。

半导体异质结界面能带排列的实验研究

本文综述半导体异质结界面能带排列的实验研究情况。介绍了九种目前已成功用于这方面研究的实验方法,这包括C—V测试、光致发光谱测量和光电子能谱测量,并讨论了Al_xGa_(-x)As/GaAs、InAs/GaSb、Ge/Si和Ge/GaAs等几种典型系统的一些研究结果。

外加磁场对含双δ势垒的铁磁/半导体/铁磁异质结中自旋输运和散粒噪声的影响

研究了外磁场存在时,含双δ势垒的铁磁/半导体/铁磁异质结中自旋相关的透射概率和散粒噪声,讨论了量子尺寸效应和Rashba自旋轨道耦合效应.研究结果表明:不同自旋取向的电子隧穿异质结时,透射概率和散粒噪声随半导体长度的变化特性是作等幅振荡;外加磁场和Rashba自旋轨道耦合强度的增强都会加大透射概率和散粒噪声的振荡频率;外加磁场角度的改变会改变散粒噪声的振荡频率;双δ势垒的存在增大了自旋电子透射概率的振幅.

半导体形变势及其应变层异质结带阶

采用一种只计算体材料的能带、带阶参数和形变势就能预言不同应变情况下的应变层异质结带阶的方法，并通过 Ｉｎ Ｐ／ Ｉｎ Ａｓ、 Ｉｎ Ｐ／ Ｇａ Ｐ、 Ｇａ Ａｓ／ Ｉｎ Ａｓ、 Ｇａ Ｐ／ Ｇａ Ａｓ、 Ａｌ Ａｓ／ Ｉｎ Ａｓ 等应变层异质结在不同应变情况下的价带带阶计算，并证实了该方法的实用性．

分别限制异质结可见光半导体激光器

研制成功高峰值功率分别限制异质结可见光半导体激光器，从理论及实验上研究了结构参数对器件性能的影响，得到了最佳的设计参数。

铁磁/半导体异质结材料MnSb/Si的物理气相沉积生长

采用一种新的生长铁磁 /半导体异质结材料的方法——物理气相沉积方法生长了一种铁磁 /半导体异质结材料 Mn Sb/Si.对所获得的样品进行特征 X射线能谱分析表明 Mn和 Sb在 Si衬底上的沉积速率相近 ,它们的原子百分数之比接近 1∶ 1.X射线衍射分析发现薄膜中形成了 Mn Sb相 ,样品在室温下测出磁滞回线也从侧面验证了存在 Mn Sb相 .用原子力显微镜对样品的表面进行观察 ,发现 Mn Sb呈有规则形状的小晶粒状 ,晶粒大小比较均匀 ,尺寸大多数在 5 0 0 nm左右 .

用XPS测量ZnS_(0.8)Te_(0.2)/G_aP半导体异质结的价带偏移

应用Ｘ射线光电子能谱(ＸＰＳ）对分子束外延生长的ＺｎＳ(０．８)Ｔｅ(０．２)／ＧａＰ半导体异质结进行直接法测量，得其价带偏移值为１．５ｅＶ；采用芯态能级技术法测量，得其价带偏移值为１．４５ｅＶ在测量误差范围内，两种方法测得的结果相一致．

C_（60）－有机半导体异质结

讨论了Ｃ６０作为一种有机半导体材料，与聚合物半导体和有机化合物半导体构成的异质结的一些基本特性，分析了这种结构在半导体光电器件中的潜在应用价值。

分析转移矩阵方法研究半导体异质结中的隧穿

用分析转移矩阵方法研究了电子隧道贯穿半导体异质结的性质,给出了包含有效质量变化的任意形状的势垒的透射几率的解析公式.此公式既适用于线性变化的势垒,也适用于非线性变化的势垒.文中应用于四种势垒的隧穿系数的计算,结果都非常精确.单垒结构中,随着电子入射能量的增加,透射几率的曲线将在接近1的数值区域振荡.在半导体异质结形成的双垒结构中会发生隧穿共振现象.

异质结半导体激光器

异质结半导体激光器是半导体激光发展史上的重要突破,它的出现使光纤通信及网络技术成为现实并迅速发展。异质结构已成为当代高性能半导体光电子器件的典型结构,具有巨大的开发潜力和应用价值。

稀磁半导体异质结构的自旋极化输运性质

采用格林函数方法和群速近似研究在电场、磁场作用下电子渡越稀磁半导体异质结构的自旋过滤及自旋分离的特征。研究表明具有不同自旋指向的极化电子渡越同一稀磁半导体异质结构 ,不仅隧穿几率存在着显著的差异 ,而且渡越时间的差异可达几个数量级。这种差异随着外磁场的增强而加大 ,而随外电场的增强而减小。结果意味着稀磁半导体异质结构具有很好的自旋过滤效果 。