强电场作用下的固体电介质中电子填充陷阱动力学

本文阐述了用表面电位测量法研究固体电介质在强电场下电子填充陷阱的动力学特性。改进的一级捕获动力学方程定性地解释了陷阱填充过程以及电子填充陷阱稳态值随电场的变化而出现峰值的现象。由此分析指出在接近击穿的电场范围内,导带中的自由电子要与陷阱化电子发生碰撞电离,当这种碰撞电离退陷阱化达到一定程度时,介质便发生电击穿。

聚乙烯载流子迁移率与空间电荷包形成机理

空间电荷包现象是电介质绝缘材料即将发生击穿破坏的重要标志。现有理论分析与仿真结果表明,电介质中载流子迁移率与场强的非线性关系是电荷包形成的重要条件。然而,此非线性关系的物理机制尚不清楚。为此,针对迁移率与场强的非线性关系展开研究,旨在解释聚乙烯材料中空间电荷包的形成机理。基于聚乙烯材料的定域态密度分布函数,利用以跳跃电导方式运动的电子性载流子迁移率公式,计算得到并分析了不同场强、最深陷阱中心能级与陷阱浓度等条件下的迁移率-载流子浓度关系。在迁移率的计算中,采用数值方法计算了Fermi能级,相对于解析近似方法具有更高的精度。迁移率的计算结果印证了陷阱填充效应的存在:随着陷阱不断被填充,新注入的载流子将受陷于较浅的陷阱,从而导致载流子的平均迁移率有较大提高。基于这种陷阱对载流子迁移率的调制作用,通过定性分析得出结论:电荷包运动方向后方的载流子对陷阱的填充效应可以使电荷包前后沿载流子的速度基本一致,从而为空间电荷包的形成和维持提供了一种可能的解释。

铁酸铋薄膜在小于矫顽电压下的阻变机制

为了研究利用脉冲激光沉积法制备于SrTiO_3衬底上的Au/BiFeO_3/SrRuO_3结构的阻变效应,实验通过测量样品的I-V特性曲线来表征样品的阻态变化.由于BiFeO_3与Au、SrRuO_3功函数的不同在Au/BiFeO_3、BiFeO_3/SrRuO_3两个接触界面形成稳定的肖特基接触,通过改变外部电压控制陷阱能级填充的程度可以改变肖特基势垒高度,从而在施加电压小于矫顽电压时可以形成稳定的高低阻变化,表现出最大可达103高低阻电流比的I-V特性曲线.对I-V特性曲线进行不同导电机制的拟合表明:小于矫顽电压下空间电荷限制电流起到了主导作用,陷阱的填充与脱陷是主要的阻变机制.

高压ns光电导开关及其击穿特性研究

对GaAs光电导开关的电极进行刻蚀处理,可极大地分散电极处的电场强度,有效避免局部电场的过于集中,从而增大开关的耐压和通流能力,为有效应用这一技术,用有限元方法模拟分析了不同角度刻蚀方案对电极处电场分布的影响,研制了32 kV、峰值电流3.7 kA的高压纳秒GaAs光电导开关。根据实验结果分析了光电导开关在强场下的击穿机理,指出开关击穿主要由开关体负阻效应在开关阳极产生的空间电荷累积所导致的开关阳极电场剧增引起的;同时,基于转移电子效应对开关击穿电压进行了理论计算,计算结果与实验相吻合。

上转换充能的动力学研究——以Mn^(2+)掺杂的长余辉材料为例

无机长余辉材料是一种储能释光材料,其储能特性源于材料内部的电子或空穴陷阱在外界激发光作用下的填充..通过上转换激发的方式对长余辉材料充能是学者们在近几年提出的一种新颖的激发充能机制.这种两步离化的激发设计使长余辉材料的充能摆脱了高能离化光的限制,将充能激发波长扩展至可见光甚至红外光区,为长余辉技术在生物成像等领域的应用提供了原位激发的选择.目前,学者们对上转换充能的研究主要集中在材料的开发和激发路径的设计等方面,而对充能本身的物理过程知之甚少.本文通过构建分析上转换充能的速率方程,预测了激发辐照光对陷阱的光排空影响.在此基础上,选择450 nm激光激发的LaMgGa_(11)O_(19):Mn^(2+)长余辉材料体系为模板,分析了激发光剂量与材料热释光强度的函数关系,揭示了光辐照陷阱填充与光排空之间的动力学竞争.此外,相似的充能动力学规律也适用于其他具有上转换充能性质的长余辉材料.

Pt/(Ba_(0．65)Sr_(0．35))TiO_3/Pt漏电流特性研究

利用射频(RF)溅射在Pt/Ti/SiO_2/Si衬底上沉积(Ba_(0.65)Sr_(0.35))TiO_3(BST)薄膜,制成Pt/BST/Pt平板电容,研究在正反偏压下BST薄膜漏电流的J-V和J-T特性。反偏压时,上电极Pt和BST薄膜形成肖特基接触,漏电流遵循肖特基发射机制。正偏压时,BST薄膜和下电极Pt界面存在大量的界面态,使得漏电流遵循空间电荷限制电流(SCLC)机制,漏电流密度随偏压的增加而急剧增加,随测试温度的增加而减小产生了PTCR效应。利用深陷阱空间电荷限制电流模型,解释了BST薄膜的PTCR效应受ε_r(T)和V^((Tc/T)+1)的共同作用,其中ε_r(T)的作用占优。

高压超大电流光电导开关及其击穿特性研究

研制了耐压达32kV,通态峰值电流达3.7kA的高压超大电流半绝缘GaAs光电导开关.分析了光电导开关在强场下的击穿机理,指出对于间接能带间隙光导材料(如Si)制作的光电导开关,开关的击穿电压主要由陷阱填充限制电导模型决定.而对于直接能带间隙光导材料(如GaAs,InP等)制作的光电导开关,开关击穿主要是由开关体负阻效应在开关阳极产生的空间电荷累积所导致的开关阳极电场剧增引起的.基于转移电子效应对GaAs光电导开关击穿电压进行了理论计算,计算结果与实验相一致.

铁酸铋薄膜的阻变效应和导电机制

针对脉冲激光沉积法制备的铁酸铋薄膜展开研究,利用电流–电压(I–V)特性曲线表征样品的阻变现象,对样品施加不同极性、大小的电压,其I–V曲线呈现出不同高低阻值的变化。通过对I–V曲线拟合,发现样品的导电机制符合空间电荷限制电流。结合正向电压下从高阻到低阻的转变,负向电压下从低阻到高阻的转变规律,验证样品的阻变效应符合陷阱能级的填充和脱陷,即陷阱能级的填充程度不同导致电极与铁酸铋界面势垒高度不同从而导致薄膜阻值的变化。