基于双给体三元体异质结的高性能倍增型有机光电探测器

为了拓展光谱响应范围至近红外,采用双给体单受体的三元体异质结策略,基于溶液法制备了以ITO/PEDOT∶PSS/活性层/Al为基本结构的倍增型有机光电探测器,活性层由P3HT∶PTB7-Th∶IEICO-4F(100-x∶x∶1,wt/wt/wt)组成,研究了不同质量比的PTB7-Th对器件光电特性的影响。优化后的三元倍增型有机光电探测器以P3HT∶PTB7-Th∶IEICO-4F(60∶40∶1,wt/wt/wt)为活性层,在-15 V偏压下,在450、520、655和850 nm处的外量子效率分别为2 666.40%、1 752.11%、1 894.26%和938.22%,响应度分别为965.80、733.35、998.68和641.91 A/W,比探测率均超过10^(13)Jones,在850 nm处的响应度与比探测率分别是相同条件下二元器件P3HT∶IEICO-4F(100∶1,wt/wt)的2.23倍和7.08倍。结果表明,在二元体系P3HT∶IEICO-4F中掺入适量的PTB7-Th,不仅能拓展光谱响应范围至近红外,还能改变活性层中激子解离界面、电子陷阱类型和空穴注入势垒高度,优化器件的电学性能。

Bi_(2)Ti_(2)O_(7)/TiO_(2)/Bi_(4)Ti_(3)O_(12)多异质结的构筑及其增强的可见光催化性能

以静电纺丝技术制备的TiO_(2)纳米纤维为基质,硝酸铋为铋源,KOH为矿化剂,成功制备了多异质结Bi_(2)Ti_(2)O_(7)/TiO_(2)/Bi_(4)Ti_(3)O_(12)复合纳米纤维光催化剂。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等一系列表征,对其物相组成、微观形貌和光学性质等进行分析。结果表明:TiO_(2)纳米纤维的介入,将Ⅰ型异质结Bi_(2)Ti_(2)O_(7)/Bi_(4)Ti_(3)O_(12)分离为2个Ⅱ型异质结Bi_(2)Ti_(2)O_(7)/TiO_(2)和Bi_(4)Ti_(3)O_(12)/TiO_(2)。Bi_(2)Ti_(2)O_(7)、Bi_(4)Ti_(3)O_(12)和TiO_(2)三者的协同作用,有效提高了可见光吸收能力,改变了光生载流子的传输路径,降低了光生电子与空穴的复合几率,从而获得高效的光催化降解CH_(3)CHO性能。可见光照8 h,Bi_(4)Ti_(3)O_(12)/TiO_(2)/Bi_(2)Ti_(2)O_(7)复合纳米纤维对CH_(3)CHO的降解率达到87.1%。

高迁移率AlN/GaN/AlN双异质结材料生长及特性研究

采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)制备了高迁移率AlN/GaN/AlN双异质结材料,实验发现生长温度是影响异质结材料性能的关键,降低生长温度可以减少表面裂纹密度,同时减少界面AlGaN合金形成,提升二维电子气(2DEG)浓度。在1000℃采用脉冲法生长AlN势垒,既能提升Al原子在生长表面的横向迁移,又能减少GaN沟道层中Ga原子的纵向扩散;另外,还可以降低AlGaN合金对二维电子气的散射作用,改善异质结的界面陡峭度和表面质量,提升AlN/GaN/AlN双异质结二维输运特性。通过优化脉冲时间、脉冲周期等条件,制备出了室温下方块电阻仅为245Ω/sq,2DEG迁移率约1190 cm^(2)/(V·s),2DEG浓度达2.4×10^(13)cm-2的AlN/GaN/AlN双异质结材料。

GaN/VSe_(2)范德瓦耳斯异质结电接触特性及调控效应

降低金属-半导体界面的肖特基势垒并实现欧姆接触对于研发高性能肖特基场效应管非常重要.鉴于实验上已成功制备GaN及1T-VSe_(2)单层,本文理论构建GaN/1T-VSe_(2)异质结模型,并利用基于密度泛函理论的第一性原理研究了其稳定性、肖特基势垒特性及其调控效应.计算的形成焓及淬火分子动力学模拟表明构建的异质结是稳定的.研究表明:本征异质结为p型肖特基接触,同时发现施加拉伸或压缩应变,异质结始终保持p型肖特基接触不变,没有出现欧姆接触.而施加外电场则不同,具有明显的调控效应,较高的正向电场能使异质结从肖特基接触转变为欧姆接触,较高的反向电场能导致p型肖特基接触转变为n型肖特基接触.特别是实施化学掺杂,异质结较容易实现由肖特基接触到欧姆接触的转变,例如引入B原子能使GaN/1T-VSe_(2)异质结实现典型的欧姆接触,而C和F原子掺杂,能使GaN/1T-VSe_(2)异质结实现准欧姆接触.这些研究对该异质结的实际应用提供了理论参考,特别是对于研发新型高性能纳米场效应管具有重要意义.

石墨烯/C_(3)N范德瓦耳斯异质结的可调电子特性和界面接触

基于石墨烯的范德瓦耳斯异质结既可以调节石墨烯的电子特性,还可以保留原始单层材料的优越特性.利用第一性原理,本文系统地研究了石墨烯/C_(3)N范德瓦耳斯异质结的结构、电接触类型及光学性质.研究表明,平衡态下异质结中存在仅为0.039 eV的准p型欧姆接触.外加电场能调控异质结界面的接触类型,实现p型肖特基接触到欧姆接触的转变.垂直应变可以同时调控石墨烯和C_(3)N的投影能带,甚至为石墨烯打开了一个不可忽视的带隙(360 meV).外加电场和施加垂直应变这两种物理方法都能对异质结中石墨烯层的载流子掺杂类型和浓度进行有效调制.石墨烯层的载流子掺杂浓度的增大通过电场的调制更显著.与单层石墨烯和C_(3)N相比,两者构成的范德瓦耳斯异质结的光学响应范围和光吸收率均得到了提高.光谱中的主吸收峰高达10^(6) cm^(-1).这些结果不仅为基于石墨烯/C_(3)N范德瓦耳斯异质结器件的设计提供了有价值的理论指导,还为异质结在光电纳米器件和场效应晶体管器件应用提供了新的思路和设计.

应变和电场对Ga_(2)SeTe/In_(2)Se_(3)异质结电子结构和光学性质的影响

异质结构的构筑与堆垛是新型二维材料物性调控及应用的有效策略.基于密度泛函理论的第一性原理计算,本文研究了4种不同堆叠构型的新型二维Janus Ga_(2)SeTe/In_(2)Se_(3)范德瓦耳斯异质结的电子结构和光学性质.4种异质结构型均为Ⅱ型能带结构的间接带隙半导体,光致电子的供体和受体材料由二维In_(2)Se_(3)的极化方向决定.光吸收度在可见光区域高达25%,有利于太阳可见光的有效利用.双轴应变可诱导直接-间接带隙转变,外加电场能有效调控异质结构带隙,使AA2叠加构型的带隙从0.195 eV单调增大到0.714 eV,AB2叠加构型的带隙从0.859 eV单调减小到0.058 eV,两种调控作用下异质结的能带始终保持Ⅱ型结构.压缩应变作用下的异质结在波长较短的可见光区域表现出更优异的光吸收能力.这些研究结果揭示了Janus Ga_(2)SeTe/In_(2)Se_(3)范德瓦耳斯异质结电子结构的调控机理,为新型光电器件的设计提供理论指导.

表面重构的富氧空位非晶-结晶Ni(Co)异质结促进析氧反应

设计具有丰富活性位点的低成本且稳定的电催化剂对于提高析氧反应效率仍然具有挑战性。本文采用电化学沉积的方法,在铜箔上制备了非晶-结晶共存的三元Ni-Co-Mo金属氧化物薄膜催化剂.实验结果表明,Ni-Co-Mo催化剂具有非晶-结晶异质结构,经过表面重构后,发生了显著的Mo离子析出,从而导致稳定后的催化剂中富含大量的氧空位.具有丰富氧空位的非晶-结晶异质结催化剂,能够暴露更多的催化活性位点并降低电子转移阻抗,显著提升催化剂析氧反应性能.在1mmolKOH中的电化学测试表明,重构后的催化剂驱动20mA/cm^(2)电流密度的过电位仅为308mV,塔菲尔斜率为90mV/dec.同时,该催化剂可以在20mA/cm^(2)的电流密度下连续工作超过24小时,显示出良好的稳定性.

双层MoS_(2)/VS_(2)范德瓦耳斯异质结中界面特性的改善与光学性能的提升

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了不同层数MoS_(2)和VS_(2)堆垛形成的范德瓦耳斯异质结的电子结构和光学性能。通过从头算分子动力学验证了两种异质结在室温下的稳定性。此外,两种异质结均显示p型肖特基接触,但相较于单层MoS_(2)构成的异质结,在双层MoS_(2)和VS_(2)堆垛形成的异质结中,势垒高度从0.36 eV显著降低到0.08 eV,有效地形成了低接触电阻,有助于降低载流子输运损失的能量。光吸收光谱的计算表明,双层MoS_(2)构成的异质结具有更高的吸收峰值。研究成果对基于MoS_(2)的异质结设计以及在高性能光电器件方面的应用提供了理论依据。

Janus二维双层MoSSe/WSSe异质结光电性质的第一性原理研究

通过第一性原理计算研究了四种二维双层MoSSe/WSSe范德瓦耳斯异质结的光电性质。声子谱表明四种结构具有可靠的热力学稳定性。根据堆垛方式的不同,双层MoSSe/WSSe异质结可以是间接或直接半导体。而且,两种Janus型MoSSe/WSSe异质结具有1.22和1.88 eV的适中带隙、显著的可见光吸收系数、跨越了水氧化还原电位的带边位置。因此,Janus型的MoSSe/WSSe异质结构在光催化水分解领域具有一定的应用前景。

半导体异质结的发展及其性质的讨论

本文介绍了有关半导体异质结的技术及其研究进展,首先简要介绍了异质结器件的历史发展过程,其次以典型的GaAlAs双异质结LED中的异质结结构为例,介绍了异质结的主要物理性质,最终以异质结新技术为出发点,展望异质结技术发展的新方向。

InP/GaAsSb/InP双异质结双极晶体管技术发展现状(Ⅰ)

InP/GaAsSb/InP双异质结双极晶体管(DHBT)以其独特的交错Ⅱ型能带结构,在频率特性、击穿特性和热特性等方面较传统的InP/InGaAsSHBT与InP/InGaAs/InPDHBT等显示出极大的优越性。对InP/GaAsSb/InPⅡ型DHBT技术的提出、外延层结构设计与生长、器件结构设计、器件制造工艺与优化以及国内外发展情况研究水平、发展趋势和商业化情况进行了系统的回顾和展望。指出结合垂直方向材料结构优化缩小器件尺寸和采用微空气桥隔离基极电极结构是InP/GaAsSb/InPDHBT向THz截止频率发展的最重要的技术路线。

东营凹陷古近系沙河街组砂岩透镜体钙质结壳形成机理及其对油气成藏的影响

东营凹陷古近系沙河街组沙三段主要由深色泥岩组成,其中砂岩透镜体发育。在砂岩透镜体与泥岩接触带的钙质结壳是含油气盆地泥岩(烃源岩)—流体(油、气、水)—砂岩(储集岩)相互作用过程中的产物。烃源岩—地层水相互作用生成的有机酸促使烃源岩中矿物、特别是碳酸盐矿物溶解。烃源岩中生成的烃类流体和地层水,在驱动力的作用下,向临近的砂岩透镜体内运移,同时携带含碳酸盐的有机酸一起运移。烃源岩—水溶液作用后的流体重新进入到一个新的储集岩后,在新的物理化学环境中要与储集岩再次发生作用。流体与储集岩作用的直接结果是方解石和白云石沉淀到储集岩中,它们将占有原岩的部分孔隙空间,形成胶结物,进而形成钙质结壳。这样形成的碳酸盐胶结物为晚期胶结物,主要为含铁方解石和铁白云石。砂岩透镜体碳酸盐胶结物含量与孔隙度、渗透率和含油饱和度存在很好的负相关性。钙质结壳的存在使得孔隙结构也发生变化原生孔隙被碳酸盐胶结物充填,发育的次生孔隙是碳酸盐胶结物的晶间和晶内微孔隙;压汞曲线较陡,排驱压力和中值压力高;喉道偏细,分选较差。东营凹陷牛35井沙三中段2939～3003m井段6个主要砂层组的精细解剖表明,砂岩透镜体与泥岩接触带的钙质结壳是控制砂岩透镜体成藏的重要因素。

ZnO薄层对体异质结有机太阳能电池性能的影响

本文主要研究了ZnO薄层的插入对P3HT∶PCBM为活性层的有机太阳能电池性能的影响,由于ZnO的功函数接近PCBM有利于电子的传输和ZnO低的HOMO起到阻挡空穴的作用,从而平衡电子和空穴的传输;在活性层和A l电极之间插入3 nm的ZnO薄层作为空穴阻挡层和电子选择层,使得电池转化效率由2.65%提高到3.45%。研究表明,由于ZnO薄层有利于改善活性层内部光场强度分布,从而使活性层的吸收进一步增强,进而达到了提高效率的目的。

溶液加工条件对聚合物体相异质结太阳能电池性能的影响

由于有机太阳能电池具有成本低、易加工、可以制作在柔性衬底上等优点备受人们关注。文中采用了溶液旋涂的加工方法,研究了基于聚3-乙基噻吩(P3HT)与富勒烯衍生物(PCBM)共混的有机聚合物体相异质结太阳能电池。在大气条件下完成了器件的制备与测试,通过旋涂条件、质量分数、退火条件等优化提升了器件的光电特性,获得开路电压(Voc)为0.62V,短路电流密度(Jsc)为14.97mA/cm2,填充因子(FF)为42.21%,电池效率(PCE)为3.92%的高效聚合物体相异质结太阳能电池。因此,通过对溶液加工条件的优化,可以提高薄膜质量,促进载流子传输和分离的能力。不仅可以提升有机聚合物体相异质结太阳能电池的效率,也为推进有机太阳能电池的量产化奠定了基础。

CuS/TiO2纳米管异质结阵列的制备及光电性能

利用水热反应制备了CuS/TiO2纳米管异质结阵列,采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射谱(XRD)等手段表征了异质结阵列的表面形貌和晶体结构.电流-电压曲线结果表明,CuS/TiO2纳米管异质结阵列具有明显的整流效应.根据表面光电压谱和相位谱,在376～600 nm之间,CuS/TiO2纳米管异质结阵列表现为p型半导体特征,电子在表面聚集;在300～376 nm之间表现为n型半导体特征,空穴在表面聚集;在376 nm处异质结阵列的表面光伏响应为零.CuS/TiO2和CuS/ITO之间界面电场的不同导致异质结在不同波长范围内表面电荷聚集的差异.光电化学性能测试发现,以CuS/TiO2纳米管异质结阵列为光阳极组成的光化学太阳电池,在大气质量AM 1.5G,100 mW/cm2标准光强作用下具有0.4%的光电转换能力.

InGaN/AlGaN双异质结绿光发光二极管

报道了用 LP- MOVPE技术在蓝宝石 ( α- Al2 O3)衬底上生长出以双掺 Zn和 Si的 In Ga N为有源区的绿光 In Ga N/Al Ga N双异质结结构 ,并研制成功发射波长为 52 0— 540 nm的绿光LED.

InGaN/AlGaN双异质结蓝光和绿光发光二极管

报道了用LP MOVPE技术在蓝宝石 (α Al2 O3)衬底上生长出以双掺Zn和Si的InGaN为有源区的蓝光和绿光InGaN/AlGaN双异质结结构 ,并研制成功发射波长分别为 4 30～ 4 50nm和 52 0～ 540nm的蓝光和绿光LED。据查 。

AlGaN/GaN双异质结F注入增强型高电子迁移率晶体管

理论模拟了不同GaN沟道厚度的双异质结(AlGaN/GaN/AlGaN/GaN)材料对高电子迁移率晶体管(HEMT)特性的影响,并模拟了不同F注入剂量下用该材料制作的增强型器件的特性差异.采用双异质结材料,结合F注入工艺成功地研制出了较高正向阈值电压的增强型HEMT器件.实验研究了三种GaN沟道厚度制作的增强型器件直流特性的差异,与模拟结果进行了对比验证.采用降低的F注入等离子体功率,减小了等离子体处理工艺对器件沟道迁移率的损伤,研制出的器件未经高温退火即实现了较高的跨导和饱和电流特性.对14 nm GaN沟道厚度的器件进行了阈值电压温度稳定性和栅泄漏电流的比较研究,并且分析了双异质结器件的漏致势垒降低效应.

体异质结有机太阳能电池性能提高的研究

制备了四种不同结构的有机太阳能电池器件,器件1ITO/LiF/PEDOT∶PSS/MEH-PPV/C60/Al、器件2ITO/PEDOT∶PSS/MEH-PPV/C60/Al、器件3ITO/LiF/PEDOT∶PSS/MEH-PPV∶C60/C60/Al和器件4ITO/PEDOT∶PSS/MEH-PPV∶C60/C60/Al。测量了它们的电流-电压特性,结果显示在ITO和PEDOT∶PSS之间插入一薄层LiF使得器件性能得到较大提高。其器件1的JSC和FF比器件2的提高了74%和31%;器件3的JSC比器件4的提高了约40%。这主要是由于LiF层有效地抑制了空穴向阳极的传输,并且LiF层在ITO和PEDOT:PSS之间形成了良好的界面特性。因此,这种结构上的改进有效地提高了有机太阳能电池的性能。

AlGaN/GaN/AlGaN双异质结材料生长及性质研究

基于能带理论设计并利用MOCVD技术在76.2 mm蓝宝石衬底上生长了不同GaN沟道层厚度的AlGaN/GaN/AlGaN双异质结材料。室温霍尔测试结果表明:双异质结材料的二维电子气面密度随沟道层厚度增加有所升高并趋于饱和;二维电子气迁移率则随沟道厚度增加明显升高。200 nm厚GaN沟道的双异质结材料方块电阻平均值344.2Ω/□,方阻不均匀性1.69%。HEMT器件工艺验证表明,使用双异质结材料显著抑制了栅漏电,有利于提高器件的耐压特性。