郑艳鹏[1]（2021）在《二维GaN基材料表面修饰及GaN纳米片制备研究》文中研究说明二维GaN具有较宽的带隙、优异的光电特性和良好的热力学稳定性,在光电子器件、自旋半导体器件、气体传感器件以及高功率器件等方面具备广阔的应用前景。目前,二维GaN是二维材料研究领域的一个热点。本文基于第一性原理分别研究了 g-GaN/C60异质结和CO、H2S和NO三种有毒气体分子吸附碱金属掺杂g-GaN的电子和光学特性;研究了用化学气相沉积法制备GaN纳米片。本文的研究内容主要如下:第一,g-GaN/C60异质结属于Type-II型异质结构,导带底由C60分子中C的2p轨道贡献而价带顶由单层g-GaN中N的2p轨道和Ga的3d轨道贡献,内建电场达6.11 eV,有效分离电子和空穴,延长载流子寿命:当施加0.2和0.4 V/A的垂直电场时,Type-II型异质结特点依然被保留下来,并且随着电场强度的增加,电荷转移量也随之增加,提高载流子的分离效率。吸收光谱研究结果表明g-GaN/C60异质结在紫外和可见光波段均出现明显的吸收峰,使得这种材料在光电子器件领域比如太阳能电池方面具有广阔的应用前景。第二,基于第一性原理分别对CO、H2S和NO三种有毒气体分子吸附本征单层g-GaN、碱金属（Li、Na、K、Rb和Cs）掺杂单层g-GaN,以及CO、H2S和NO三种有毒气体分子吸附碱金属掺杂单层g-GaN体系进行了研究。NO吸附本征单层g-GaN体系产生磁性,而CO和H2S吸附本征单层g-GaN并未出现磁性,掺杂碱金属后三种吸附体系均产生磁性;掺杂碱金属后引起轨道杂化,在禁带中出现杂化轨道,这种杂化轨道的出现有利于价带电子的跃迁,提高吸附体系的电导率;吸附体系的电荷转移发生在气体分子、Ga原子、N原子以及掺杂原子之间,表明碱金属掺杂可以明显改善二维GaN基材料的吸附特性,从而推动二维GaN基材料在气体传感器方面的应用。第三,用化学气相沉积（CVD）法,以金属镓为镓源,以NH3为氮源,用双层钨片做衬底,下层钨片涂覆金属镓,上层钨片放置于下层钨片正上方,通过控制反应时间,NH3流量和反应温度,研究了可控生长均匀致密、厚度较薄的GaN纳米片。在NH3流量为100sccm,温度区间为750-800℃时可控制备了具有良好结晶度的六方纤锌矿结构GaN纳米片,其厚度小于100nm,横向尺寸1-2μm。研究结果对推进二维GaN的应用有重要意义。
盛彬彬[2]（2021）在《单片集成式GaN基紫外器件研究》文中提出GaN基材料具有直接带隙、禁带宽、光吸收系数大、抗辐射及耐高温等优良的物理和化学特性,非常适合制备高性能的光电探测器或者电子器件。其中Al GaN材料随着Al组分的变化,其禁带宽度可以从3.4 e V变化到6.2 e V,恰好覆盖200 nm-400 nm范围的紫外波段,因此在紫外探测领域（尤其是日盲紫外区域）有很大的应用价值。随着航天、军事以及科研对于研究紫外焦平面探测器的需求,相关的研究报道层出不穷。目前,紫外焦平面探测器主要是混成式焦平面探测器,即紫外光电探测器和Si读出电路通过In柱互连的方式形成的探测器。但是随着焦平面规模的增大,这种工作方式也存在一定的缺点,如:光敏元产生的信号相对较弱,易受噪声干扰;读出电路的输入电容以及寄生电容往往较大,会影响输出电压范围和电荷转换增益;In柱尺寸需要随着焦平面像元间距的减小而变小,这对互连工艺提出了更高的要求。基于此,本文研究单片集成式GaN基紫外探测器件,能够实现光生电荷片上处理功能,即把光电探测器和具有电荷处理能力的器件做在同一GaN基外延材料上。围绕制备单片集成式GaN基紫外探测器件这一目标,本文中依次开展了AlGaN材料透射光谱拟合提取材料光学参数、单片集成式GaN基紫外探测器件仿真设计、GaN基紫外器件以及GaN基HEMT（High Electron Mobility Transistors）器件制备与测试分析等研究。利用多层膜系和传递矩阵原理,对生长在蓝宝石衬底上的Al0.65Ga0.35N薄膜材料的透射光谱进行了拟合,并提取了薄膜材料的膜层厚度、表面粗糙度、折射率和吸收系数。其中膜层厚度与材料设计厚度误差小于4%,表面粗糙度与AFM（Atomic Force Microscope）测试结果一致性较好,提取的Al GaN材料折射率和吸收系数为进一步研究Al GaN紫外探测器的响应光谱提供了准确的实验数据。在单片集成式GaN基紫外器件设计方面,主要借鉴了传统Si基4T APS在光生电荷产生和处理方面的模型和理论知识,利用TCAD（Technology Computer Aided Design）工具设计了具有光生电荷存储、转移以及转换为电压输出功能的单片集成式GaN基紫外器件,并在器件的结构、钉扎光电二极管的N区长度等方面进行了优化,讨论了残留光生电荷少、光生电荷转移速度快的单片集成式GaN基紫外器件。同时,针对仿真设计的GaN基APS器件,设计了作为光电二极管的GaN基紫外探测器和能够作为转移、复位管的HEMT器件的工艺流程,并制备得到了相应的器件。在GaN基紫外器件方面,设计并制备了具有n-on-p结构的GaN紫外器件,探测器在348 nm时峰值响应率0.073 A/W。为了验证埋层p层GaN退火激活原位掺杂Mg的实验,探究了不同退火条件对于p型GaN材料欧姆接触质量的影响。最后,制备了未刻蚀槽栅的耗尽型和刻蚀槽栅的增强型GaN基HEMT器件;并对比了在氮气750℃30s和850℃30s的退火条件下源漏电极欧姆接触性能,测试结果表明在氮气750℃30s的退火条件下GaN基HEMT器件可以形成良好稳定的欧姆接触。
郭齐[3]（2021）在《氮化镓基柔性LED器件的研究》文中提出近年来,应用于可穿戴和生物电子的柔性和可拉伸的光电器件得到广泛的关注。基于GaN基高亮度发光二极管（HPLED）和微发光二极管（Micro-LED）柔性显示器成为未来极具前景的研究方向。LED芯片小型化的具备高效率长寿命高分辨率等优势,但随着尺寸变小,工艺制造和柔性化转移更加复杂。同时由于自热效应,LED工作时会产生大量的热,这降低了器件的量子效率和可靠性。因此降低LED的自热效应一直是LED在高亮度和集成化应用中的难点。本论文立足于GaN基柔性LED的制备与理论建模,系统研究了压电电子学效应对LED弯曲状态下的光学、电学和热学性能的调制特性。本论文的主要研究工作由下面三个部分组成:1.GaN基LED器件制备与柔性化运用微纳加工工艺制备了硅衬底上的InGaN/GaN MQW LEDs,并运用深硅刻蚀工艺减薄了LED的硅衬底,实现了器件的柔性化。同时研究了LED的柔性转移技术,制备了一种LED转移后的水凝胶柔性基底。2.压电光电子学效应调制GaN基柔性LED系统研究了柔性弯曲的过程中外应力对柔性LED自热效应、发光强度、电学特性的影响,并且首次证明了压电光电子学效应有效地抑制了自热效应。与传统的LED相比,施加0.1%的外部应变时,LED的发光强度提高了26.6%,工作温度在施加6 V和7 V的偏置电压的情况下分别降低了50.00%和47.62%。3.柔性GaN基LED的理论模型基于压电光电子学效应的基本原理,运用压电本构方程、薛定谔方程、泊松方程、费米黄金定律建立了自洽耦合模型。该模型系统地讨论了外部应变感应的压电势对柔性LED中载流子的产生,传输,分离和复合的影响,分析了柔性LED弯曲受力状态下的光电特性的物理机理,给出了GaN基柔性LED的实验结果的理论证明。
朱勇学[4]（2021）在《高性能ZnMgO紫外探测器的设计、制备和特性研究》文中研究表明近年来,紫外探测技术在火焰探测、导弹制导、保密通信等军民领域展现出巨大应用潜力。ZnO作为直接带隙宽禁带（3.37 eV）半导体材料,通过Mg的掺入可实现禁带宽度从3.3 e V到7.8 e V可调的ZnMgO合金。由于其优异的光电性能,被认为是制备日盲以及可见盲紫外探测器最理想的材料之一。经过多年的发展,ZnMgO基紫外探测器已经取得了一系列重要的研究成果。然而为了满足实际应用过程中对探测器高稳定性、低能耗、高响应度等要求,现阶段的ZnMgO紫外探测器其综合性能还有很大的提升空间。需要进一步提高现有器件的响应度、降低暗电流、提高响应速度、改善光谱响应特性等。本文从调控薄膜表面缺陷状态、改善薄膜晶体质量、设计器件能带结构和电学性质等方面着手,有效实现了ZnMgO基紫外探测器件综合性能的提高,具体工作如下:1、通过双氧水溶液处理调控了薄膜表面的缺陷状态,有效提高了ZnMgO紫外探测器的综合性能,为改善氧化物半导体器件性能提供了一种简单高效的方法。经双氧水处理后,器件的暗电流降低了一个数量级,真空下响应速度由大于10 h减小到少于1 s,器件性能对气氛的敏感性被有效降低。由薄膜的PL测试结果以及不同气氛下器件的I-t曲线可以推测出,这些变化源于双氧水处理有效地去除了薄膜表面的氧空位缺陷。2、利用AlN作为缓冲层改善了高Mg组分ZnMgO薄膜的晶体质量,全面提高了其对应的深紫外波段光电探测器的综合性能,为提高ZnMgO材料质量及器件性能提供了一种新途径。缓冲层工艺可以有效改善外延生长高Mg组分ZnMgO薄膜的晶体质量。AlN作为缓冲层,具有比其上有源层更宽的带隙,可以避免在UVA波段带来额外的光响应,同时其超高的电阻率,可进一步降低器件的暗电流。与直接生长在c-Al2O3衬底上的器件相比,暗电流降低了约一个数量级,空气下90-10%下降时间由～660 ms减小到～80 ms。此外,主要的光响应参数,如峰值响应度、紫外-可见光抑制比和响应截止边,都有一定程度地提高和改善。3、通过提高有源层的晶体质量和电导率,优化器件的能带结构,制备了高性能的p-GaN/n-ZnMgO异质结自供能紫外探测器。相对于已报道的工作,本文一方面利用MBE在制备掺杂半导体上的优势,生长了电学性能和晶体质量更优的p-GaN,以减小器件中的串联电阻;另一方面采用带隙更宽的ZnMgO替代ZnO作为n型层,相对于GaN（3.40 eV）,本文生长的ZnMgO（3.51 eV）具有更大的禁带宽度,可使大部分紫外光更有效地到达空间电荷区,提升光电流。由此制备的p-GaN/n-ZnMgO异质结自供能探测器响应半峰宽仅为14 nm,0V下峰值响应度达到196 m A/W,10-90%的上升时间为1.7 ms,90-10%的下降时间为3.3 ms。其综合性能在同类器件中处于领先水平。
蒋晓妹[5]（2021）在《无铅低维有机金属卤化物单晶的生长及其性能研究》文中研究指明有机金属卤化物由于其优异的光物理性质在光电子领域迅速崛起,已成为研究最热门的可溶液制备的材料之一,尤其在光伏领域取得了令人瞩目的研究进展。得益于其独特的化学和结构多样性,采用不同有机组分和金属卤化物无机组分的合理组合可以调节金属卤化物多面体的连接方式,从而获得分子级别上的三维（3D）、二维（2D）、一维（1D）和零维（0D）有机金属卤化物,为人们探索其可调结构、能带和光致发光的多样性提供了材料平台。其中,低维有机金属卤化物的丰富的化学组分和晶体结构类型赋予了它们独特的性质,如大的斯托克斯位移的超宽带荧光（PL）发射、各向异性的载流子传输以及机械柔性等,使其在发光、显示及柔性光电器件等领域中具有巨大的应用潜力。目前,低维有机金属卤化物材料的发展中仍然存在着一些问题,例如:（1）铅基有机金属卤化物材料的研究仍然是该领域的主流方向,有毒的铅元素将阻碍其实际的商业化,因此推动具有优异光物理性质的无铅有机金属卤化物材料的发展具有重要意义:（2）对低维有机金属卤化物发光材料的稳定性和性能的提高仍面临着挑战,深入理解其性质/化学组成/材料结构之间的关系将对设计优质新型发光材料具有重要的指导意义;（3）目前有机金属卤化物基光电器件大都使用多晶薄膜制备,晶界处存在的大量缺陷会降低器件的性能和稳定性。然而,单晶薄膜的生长和制备具有一定的难度,为了实现高效光电器件,需要对高质量晶体薄膜的生长进一步探索和研究;（4）低维有机金属卤化物与柔性功能电子器件的进一步集成具有一定的挑战性,所以亟需探索具有优异光电性质的有机金属卤化物柔性材料。基于上述问题,本论文采用简单的溶剂挥发法和溶液降温法设计并生长了一系列新型无铅低维（0D-1D-2D）有机金属卤化物单晶,并对材料的晶体结构、热学、光物理、电学及其它本征性质进行了详细的研究,深入分析其晶体结构与本征性质之间的关系。此外,制备了柔性光电器件,并对其器件性能进行了系统的研究。主要研究内容如下:（1）通过引入大尺寸的[C5H14N2]2+有机胺分子,设计了新型Mn2+基有机金属卤化物并采用简单的溶剂挥发法生长了 0D（C5H14N2Br）2MnBr4发光晶体。（C5H14N2Br）2MnBr4具有典型的0D结构,孤立的[MnBr4]四面体被[C5H14N2]2+有机阳离子和游离的Br-包围,其最短Mn-Mn距离长达8.2720 A。通过对其光物理性质的研究,发现其在室温下具有中心位于520 nm的窄带绿色PL发射（FWHM～43 nm,PLQY～60.7%）,源于四面体配位Mn2+离子的自旋禁阻跃迁（4T1（G）到6A1）。低成本的合成方法、优异的发光性质及良好的发光稳定性和热稳定性等,展示了（C5H14N2Br）2MnBr4作为窄带绿色荧光粉在发光器件中的潜在应用。（2）采用溶剂挥发法,生长了新型0D（C4H9NH3）2MnI4有机金属卤化物单晶,首次在未掺杂额外发光激活剂的有机金属卤化物材料中发现了灵敏的温度敏感双PL发射现象。（C4H9NH3）2MnI4中孤立的[MnI4]2-四面体被[C4H9NH3]+有机胺分子包围,形成0D结构,在室温下发射强烈的红色PL。研究发现,其室温下具有两个PL发射峰（550 nm处的窄带和672 nm处的宽带发射）,分别源于四面体配位的Mn2+的d-d跃迁以及自陷激子（STEs）复合发光。此外,（C4H9NH3）2MnI4的两个PL发射峰的相对强度（I672 nm/I550nm）与温度呈线性关系,从而可在加热过程中观察到PL发射从红色到黄色的明显转变,并且PLQY在70℃下表现为68.3%,使这类新的本征双发射体在比率光学测温领域具有应用潜力。同时,所揭示的相互作用的光致发光衰减机制将有助于进一步探索用于光学测温技术的有机金属卤化物材料。（3）采用溶液降温法,设计并探索生长了具有不同维度的环境友好的新型Sn2+基低维有机金属卤化物单晶,包括1D（C5H14N2Br）2SnBr4·3H2O和0D（C5H14N2）2SnI6·3H2O。单晶解析表明,1D（C5H14N2Br）2SnBr4·3H2O包含由角共享[SnBr6]八面体连接而成的1D波纹链,而0D（C5H14N2）2SnI6·3H2O包含[SnI6]孤立八面体。两者在室温下均可被365 nm紫外灯激发出强烈的PL发射。通过对其光物理性质的系统研究,两者的发光被认为是源于低维有机金属卤化物中常见的STEs发光。值得注意的是,1D（C5H14N2Br）2SnBr4·3H2O的室温PLQY高达75.8%,这是目前报道的1D有机金属卤化物的最高值之一。这种强烈的PL发射被归因于高度畸变的[SnBr6]导致高效的STEs宽带发射。此外,1D（C5H14N2Br）2SnBr4·3H2O表现出极其优秀的热稳定性和发光性能,其热分解温度可达600K,并且在513K的高温下仍然可以观察到PL发射。低成本的生态友好型原料、简易的合成方法及优异的稳定性,表明这种新型无铅有机金属卤化物材料在发光相关领域具有应用的潜力。（4）基于改良的溶剂挥发法,成功生长了厘米级Cu2+基2D有机金属卤化物（C4H9NH3）2CuBr4高质量晶体薄膜。首次采用单晶XRD测试获得了其详细的单晶结构参数。通过系统地研究其光电性质,发现（C4H9NH3）2CuBr4具有合适的带隙、长的载流子寿命、大的载流子迁移率以及良好的机械柔性。此外,制备了基于（C4H9NH3）2CuBr4晶体薄膜的光电导型柔性光探测器,器件表现出优异的光电转换性能,包括低的暗电流（～10-11A）、高的探测率（～1011 Jones）、良好的柔性及机械稳定性等。本工作为实现具有简单器件结构的无毒、低成本、高性能柔性光电探测器提供了一条新途径。
王敏瑞[6]（2021）在《增强光电化学分解水活性的新策略探索》文中认为能源是推动人类社会进步和科技发展的源动力,长久以来人类社会已形成以煤炭、石油、天然气等化石能源为主的能源结构。而近年来,随着化石能源的不断消耗,一方面化石能源储量有限,有些化石能源即将消耗殆尽,另一方面化石能源的大量消耗造成二氧化碳等“温室气体”的大量排放,严重破坏着地球的生态环境。因此,为缓解目前全球能源短缺和生态环境恶化问题,继续保持和推进人类社会的不断进步和科技的创新发展,探索和寻找新型清洁可在生能源,成为全球科学家们的研究重点和热点之一。氢能作为未来具有巨大应用潜力的新型能源之一,具有能量密度高、清洁无污染、易与传统能源和技术对接等特点,有望在不久的将来替代传统化石能源。目前基于氢能利用的各项技术已陆续获得人们的广泛关注和不断完善发展。然而,目前氢能的产生依然主要依赖化石能源裂解产生或通过电解水产生,这些方法依然无法完全避免化石能源的消耗和“温室气体”的排放。因此,探索和发展基于新能源利用的高效产氢新技术对于未来氢能发展至关重要。太阳能作为另一种重要的新能源形式,具有储量丰富、来源广泛、绿色清洁等特点。近年来,随着光催化、光电化学（PEC）等技术的发展,可实现利用太阳能分解水产生氢气。这使得基于太阳能利用的光催化、PEC分解水等技术,有望成为未来产氢的潜在的解决方案之一。而相对于光催化分解水制氢,PEC分解水制氢具有更高的太阳能转换效率,且产生的氢气与氧气更容易分离,更适合大规模工业化生产,被认为是最具应用发展潜力的新型制氢技术之一。虽然,经过多年的研究,PEC分解水技术已得到了飞速的发展,但其太阳能产氢（STH）效率距离规模化应用要求依然具有较大差距。因此,如何进一步提高PEC分解水效率,探索和制备高效PEC电极是该领域的研究热点。为进一步提高PEC分解水效率,我们选择制约PEC分解水效率提升瓶颈的光阳极作为主要研究对象,并在增强光阳极活性传统策略的基础上,创新性地从PEC分解水反应的热力学和动力学角度出发,借鉴超级电容器和肖特基结太阳能电池基本概念,提出了“基于光生电子调制的高效复合光阳极”和“Schottky-PEC串联光阳极”两种提高PEC光阳极分解水活性的新策略,并通过实验验证了这两种策略对于提高PEC分解水活性的普适性和有效性,为探索和设计新型高效PEC分解水光阳极提供了新的思路。本论文的具体研究内容如下:第一章中,首先概述了能源对于人类社会发展的重要性以及现在全人类面临的能源短缺与环境污染问题,进而在开发可再生新能源中,氢能因其具有诸多优势而成为重点关注对象。因此,寻求高效廉价的制氢方法就成为研究重点,在众多制氢方式中,PEC分解水制氢因其独特的优势脱颖而出。接着介绍了 PEC分解水技术相关的研究基础,包括PEC分解水基本原理、基本装置、性能评价参数、影响因素以及目前PEC分解水产氢技术的发展现状等。然后对PEC分解水技术的关键光电极材料进行介绍,首先需要明确作为光电极材料需要满足的条件,接着对目前广泛研究的光阴极和光阳极材料体系进行介绍,指出目前PEC分解水光阳极材料的研究是提高PEC效率关键。然后对目前现有的光阳极调控策略进行介绍并指出目前PEC分解水光阳极材料依然存在的问题与挑战。最后,在这些研究背景的基础上,我们提出了自己独特的见解以及研究思路,从而引出本论文的选题意义与研究内容。第二章中,首次提出利用超级电容器对光生电子的调制作用促进光阳极水氧化反应动力学的设计思想,在进行实验验证时,优选四种碳材料作为储电子材料与TiO2光阳极进行复合,通过对比研究发现,表面具有丰富OH基团的碳球能够与光阳极材料形成良好接触。接着对碳球复合TiO2（C-TiO2）光阳极的PEC相关性能进行研究,实验结果表明,相对于纯TiO2光阳极,C-TiO2光阳极具有较高的PEC分解水活性和较大的比电容,在1 VRHE偏压下,其注入效率从35.3%提高到71.4%,实现了 2.5倍的增加,有效地提高了 TiO2光阳极水氧化反应速率。因此验证了利用碳球对光生电子的调制作用提高光阳极PEC水氧化反应动力学策略的可行性。第三章中,为验证碳球调制光生电子增强PEC光阳极水氧化反应动力学策略的普适性以及进一步明确其反应机理,基于第二章的研究基础,设计制备了由BiVO4与碳球构成的C-BiVO4（C-BVO）复合光阳极。PEC性能测试表明,在1 VRHE偏压下,C-BVO复合光阳极实现了较纯BVO光阳极光电流密度6.5倍的增加,同时在0.8 VRHE偏压,其注入效率实现了从18%到81%的增长,验证了该策略的有效性和普适性。并且在一定碳球浓度范围内,C-BVO复合光阳极的光电流密度随复合电极中碳球含量的增加而增加,表明了碳球对光生电子的调制能力对PEC分解水性能的重要作用。通过对碳球增强BVO光阳极PEC水氧化反应动力学反应机理的研究,揭示了 C-BVO复合光阳极中由于碳球对光生电子的存储和释放促进了光生电子空穴对的有效分离,大大提高了其水氧化反应动力学,为设计制备高效的PEC光阳极提供一种具有普适性的新策略。第四章中,创新性地提出并构建了 Schottky-PEC串联光阳极用于提高PEC分解水的STH效率,首先采用表面缺陷态较少的单晶光阳极用以构建有效的Schottky结,因此生长了暗红色的ZnSiP2单晶用作光阳极。接着通过调控半导体-金属接触界面,成功构建了 Schottky-ZnSiP2串联光阳极。其I-V测试表明ZnSiP2单晶界面的Schottky结具有0.64 V的开路电压,因此与ZnSiP2光阳极串联时,能够直接为其PEC分解水反应提供热力学驱动,从而降低了水氧化反应热力学起始电位,甚至实现了单电极无偏压分解水以及最大2.6%的外加偏压下的光电转化效率（ABPE）,处于目前研究成果的前列,表明我们设计构建的简单一体化的Schottky-PEC串联光阳极能够消除光阳极光吸收与分解水反应过电位之间的矛盾问题,大大提高PEC分解水的STH效率。至此,本工作提供了一种制备高效无偏压分解水PEC光阳极的新方法。第五章中,基于第四章中通过构建Schottky-PEC串联光阳极显着提高PEC分解水效率的研究结果,对该方法进行了普适性验证,同时对半导体-金属界面接触特性的影响因素进行了初步研究。首先选择了工艺难度较小的GaN单晶作为光阳极,通过调控接触界面,成功构建了 Schottky-GaN串联光阳极,其I-V特性曲线表明Schottky-GaN光阳极能够产生0.26 V的光生电压,且其PEC性能测试表明,相对于具有欧姆接触的GaN光阳极,Schottky-GaN光阳极具有较高的PEC分解水活性,且具有明显降低的水氧化反应热力学起始电位,因此,验证了Schottky-PEC串联光阳极通过降低反应热力学起始电位,增强PEC分解水效率的普适性。同时也对半导体-金属界面接触特性的影响因素进行了初步探索,不同的接触金属、退火处理以及掺杂等因素都会对界面接触性质产生重要影响。第六章中,概述了本论文的研究思路、研究内容以及创新点,然后分析和总结了目前研究工作中存在的一些问题、不足和启发,并针对这些问题和不足提出了下一步的研究计划,同时从受到的启发中展望了下一阶段的研究方向。
邢志伟[7]（2021）在《基于电化学反应的GaN基纳米材料与器件研究》文中进行了进一步梳理氮化镓（GaN）基材料因其优异的材料特性,比如直接带隙、电子饱和速率快以及化学性质稳定等,在太阳光电化学储能以及柔性透明光电子器件领域具有十分巨大的研究和应用前景。然而,尽管GaN基材料是光催化还原CO2的理想材料,但是氮化物材料在长时间光催化反应中的稳定性差以及太阳能利用率低的难题严重制约了太阳光催化反应的发展。另一方面,由于GaN基材料的外延衬底通常是刚性的,很难获得柔性透明的GaN基材料,所以柔性透明光电子器件的发展迫切需要高效且低成本的相应柔性薄膜制备技术。基于以上难题,本论文以GaN基材料在太阳光能储能以及相关柔性且透明光电子器件的制备和应用为目标,基于电化学反应开展了 InGaN材料光催化还原CO2和GaN基纳米柱结构柔性薄膜制备的相关研究工作。本论文采用旋涂的工艺方法,构筑了 InGaN薄膜/C3N4异质结光电极,提高了光电极稳定性和催化效率;优化了 InGaN材料结构,进一步提升了光电极稳定性以及产H2效率;基于电化学反应,研究了 InGaN纳米柱和AlGaN纳米柱结构柔性薄膜的制备,为实现柔性透明的GaN基器件奠定了扎实基础。本论文的主要研究成果如下:1.研究了 InGaN外延薄膜在光催化还原CO2中的应用。基于InGaN光阳极,仅在光照下,还原CO2得到CO、CH4、C2H4、C2H6和H2产物,其中主要产物CO和H2的含量分别为14.75 μmol/mol和21.39 μmol/mol。通过界面工程分析,采用C3N4作为助催化剂,催化还原CO2的主要产物CO和H2产物含量分别增加了 2.5倍和1.3倍。C3N4增强了光吸收,抑制了载流子复合并大大增加了反应的比表面积,提高了 InGaN光电极的稳定性,进而提高了催化效率。进一步,基于室温晶片键合技术制备了 p-GaAs//n-GaN异质结,研究了键合界面层对键合异质结电学性能的影响,结果表明具有较薄键合界面层的样品更容易展现出线性接触特性和小的接触电势差,并可以通过改变键合界面层的结构来调控键合样品的电学性能。2.研究了 InGaN量子点和InGaN纳米柱（Nanowires,NWs）在还原CO2中的催化还原特性。相同实验条件下,相比于InGaN薄膜光阳极,InGaN量子点/C3N4电极表现出更强的稳定性和更高的催化活性,并且主要产物CO和H2的含量比InGaN薄膜分别增加了约2.2倍和14.5倍。这种性能的提升归因于InGaN量子点表面形成的电偶极子促进了光生载流子传输和水的氧化。InGaN量子点更适合于光分解水制备H2,同时C3N4可以促进含碳化合物的形成并增强光电极稳定性。然而,对于InGaN纳米柱,由于氮化物材料的选择性电化学刻蚀,InGaN纳米柱在光催化还原CO2中,虽然有气相产物产生,但InGaN纳米柱在较短时间内脱落。3.基于电化学刻蚀的方式制备InGaN纳米柱柔性薄膜。研究了 InGaNNWs柔性薄膜制备的影响因素,结果表明外置偏压InGaNNWs中的A1N层以及NWs之间的空隙是柔性纳米柱结构薄膜制备的必要条件,薄的A1N层在剥离过程中起着牺牲层的作用。而电解质主要通过NWs之间的空隙到达A1N层,进而在水平方向以及垂直方向上刻蚀A1N层,从而导致柔性纳米柱薄膜的形成。InGaN NWs结构薄膜可以很好保持本身的材料结构特性,并展现出稳定的光学特性以及优异的柔韧性,这归因于薄膜的纳米柱结构和纳米柱薄膜底部的网状结构。并且,通过PL以及压电性能测试,发现InGaN纳米柱结构薄膜在白光LED以及压电传感器方面具有潜在的应用。4.研究了 AlGaNNWs柔性薄膜的制备以及探测器应用。通过所设计的剥离工艺,成功地获得了具有良好柔韧性和高透明性1 cm×1 cm致密的AlGaN NWs柔性薄膜。除了选择性刻蚀外,还发现酸性溶液更适于AlGaNNWs薄膜的剥离转移。AlGaNNWs在数百次弯曲后依然保持了很好的结构完整性。基于NWs薄膜制备出了肖特基型光电探测器,探测器的峰值响应度（异质硅衬底）在300 nm时约为3.9 mA/W,上升时间Ton=65 ms,下降时间Toff≤ms。相比于原始AlGaNNWs样品制备的探测器器件,AlGaNNWs薄膜器件的峰值响应特性提高了约166%。AlGaNNWs薄膜探测器性能的提升,归因于AlGaNNWs中富A1壳层和A1N层的去除以及NWs表面缺陷和表面态的降低。
张学敏[8]（2021）在《石墨烯与新型半导体材料异质结构制备及器件研究》文中研究指明石墨烯、宽禁带半导体和新型二维半导体材料都具有各自的优异的结构性质和光电特性以及广阔的应用前景,当然它们也存在各自的局限性。近年来针对石墨烯和宽禁带半导体或二维材料的异质结构的制备和器件应用已经成为了研究热点。这种异质结构可以性质互补,更好的发挥出材料的优势,实现应用性能的卓越提升。虽然目前各研究小组已在相关领域取得了较多进展,但是还有很多方面值得更深入的研究,例如异质结构制备的新方法以及异质结光电器件的性能优化等。本论文以石墨烯和GaN、SiC、金刚石及黑磷等材料的异质结制备为主要基础,以光电探测器应用领域为主要研究方向,深入探索了上述材料的结合性质和器件光电性能优化。主要开展了如下研究工作:（1）CVD偏析法制备高质量石墨烯薄膜以及石墨烯和GaN异质结构的制备研究。提出了一种在Ni膜上结合H2刻蚀石墨烯实现偏析法合成石墨烯的方法,对此方法的实验设计和合成过程进行了简单阐述,并通过合成后石墨烯薄膜的均匀性分析,层数可控及堆垛特性研究,氢气刻蚀作用及偏析温度效应等验证研究,论证了我们所提出的这种在Ni膜上生长石墨烯的方法具有可控性。并通过霍尔器件的制作和测试进一步证明了所合成石墨烯的高质量和优异的电学特性。接着通过采用新颖的MMA转移技术,将所合成的石墨烯转移到GaN衬底上形成异质结构,并进行了相关表征测试,验证了异质结构的基本性能。（2）对石墨烯、SiC及金刚石之间的异质结构的外延生长进行了深入的研究。基于高温CVD设备进行了外延SiC的生长研究,以及利用一炉两步法先外延SiC衬底后直接在此衬底上原位外延生长石墨烯,获得了高质量的外延碳化硅-石墨烯异质结构。接着我们实现了首次实现利用MPCVD设备在SiC上外延生长出高质量的石墨烯。并基于MPCVD设备进行了生长拓展,实现SiC上金刚石、SiC-石墨烯上金刚石以及在目标衬底上直接生长石墨烯等异质结构的制备。（3）以石墨烯-GaN为代表性异质结构,深入研究其肖特基紫外探测器件的制备、表征以及在紫外波段的探测性能研究。实现了GaN慢速低损伤刻蚀并研究了GaN慢速刻蚀对肖特基结构的影响。基于偏析法合成的石墨烯和GaN慢速刻蚀表面处理,制作出石墨烯-GaN垂直型肖特基紫外探测器,并测试其紫外探测性能。然后进一步制作出石墨烯-GaN纳米柱结构的肖特基紫外探测器,实现了紫外探测性能的优化。（4）为了实现本论文在可见光和红外领域的光电探测器拓展,我们采用范德华力堆垛的方法制备了石墨烯和黑磷的异质结构,并采用上层电极法和下层电极法两种方法制作成了光电探测器件。经过在可见光波段的光电探测性能对比,验证了我们提出的采用Mo作为下层电极的器件优越性。进一步的对该器件进行了红外波段光电探测性能研究,实现了石墨烯-黑磷光电探测器件从可见光到中红外波段的宽范围高灵敏光探测。
王鹏辉[9]（2020）在《GaN紫外μ-LED的制备与信号传输特性的研究》文中研究说明第三代半导体材料为半导体产业做出了不可估量的贡献,而其中GaN基材料则承担了主要角色,无论是纯粹的AlN、GaN、InN还是由它们掺杂而成的合金材料皆属于GaN基材料,其发光范围可从紫外波段的200nm到红外波段1770 nm,禁带宽度则是在0.7e V～6.2e V之间连续可调,GaN基材料现在已经广泛应用在照明、光通信、光电探测以及功率器件等诸多领域。作为第三代半导体材料典型代表的GaN,由于其具有优异性能的光电特性,尤其是在发光二极管、激光器方面的应用受到了人们的广泛关注。近年来紫外光的应用不断得到拓展,在净化、杀菌、消毒、防伪检测、医疗诊断等方面具有巨大的市场价值。相较于汞灯,GaN紫外μ-LED发光波段更加窄,避免了光能浪费的现象,并且具有无毒无害,寿命长等优势。因此,近紫外波段的GaN基光电器件的研究成为了半导体材料研究的热点。本文主要介绍了近紫外波段硅基GaN基微发光二极管的制备工艺过程和信号传输特性测试分析。利用商用的硅基GaN基外延片通过微纳加工工艺设计并制备了圆盘状微腔的紫外微发光二极管,利用光学显微镜以及扫描电子显微镜对器件进行了形貌表征。器件最终制备成功后,利用电致发光光谱测试系统、3d B带宽测试系统、眼图测试系统以及半导体参数仪等仪器对器件进行了测试并进行分析,电致发光光谱测试系统测试结果显示器件具有不错的发光特性,在10m A的注入电流下,其峰值波长中心为398 nm,半高宽为10.2 nm,3d B带宽和眼图等信号传输测试系统则表明器件的信号传输质量良好,噪声容限大,信号失真小,具有不错的信号传输特性。我们设计并制备的硅衬底GaN基紫外μ-LED在具有不错的发光特性和信号传输特性下,证明其在照明、信号传输等领域都具有广阔的应用前景。
李佳平[10]（2020）在《面向短波长通信的GaN微腔激光器》文中进行了进一步梳理近二十年来,芯片之间的通信以及整个处理器系统与存储系统之间的通信已经成为影响系统性能的限制因素,而集成光子学能够以低功耗大带宽,解决片上通信、片上互联以及片外通信的发展瓶颈。然而要实现光子集成系统首先要解决的就是片上光源。而Ga N基宽禁带半导体激光器,尤其是Ga N回音壁（WGM）激光是利用光学全反射将光有效的束缚在腔体内,光学损耗极其微弱,具有高品质因子和低阈值的激光特性,是实现片上通信理想的片上光源,一直是光电器件研究领域的热点之一。本论文主要从激光的Q值,激光模式,激光辐射方向,激光光场能量分布等方面来研究Ga N WGM紫外激光。为了实现高Q值低阈值的单模Ga N紫外激光,我们利用微纳加工工艺设计并制备直径为4.98)侧壁带周期光栅的Ga N悬浮微盘激光器,侧壁的环形光栅类似于DBR光栅,能够对激光的模式进行选模,在室温下通过光泵浦激光实验,获得了单模高Q值的紫外WGM激光。另外光与物质相互作用过程中,控制微腔能量自发辐射以及微腔内外的光场分布是非常重要的。为了控制激光的辐射方向以及微腔的能量分布,我们通过微纳加工手段设计并制备了圆盘带狭缝的Ga N悬浮微盘激光器。与传统的WGM模式相比,带垂直狭缝的微盘结构能够将微腔的相当一部分能量集中在空气狭缝中,非常有利于提高微腔与物质相互作用效率,这对于实现高灵敏度的传感器是很有帮助的。此外,垂直狭缝结构能够改变微腔中的光路,获得高质量激光的定向发射,而且定向发射激光可以提高收集效率,促进电子器件和光子器件的集成。在此基础上,我们还尝试性进行了电泵浦光电器件的研究。利用微纳加工工艺设计并制备了不同尺寸的微Ga N发光二极管（-LED）。通过测试电致发光光谱发现,小尺寸-LED的单位面积发光强度要比大尺寸-LED的单位强度要强,因此可以在Si基Ga N平台上实现高效表面发射器件。此外,我还进行电泵浦Ga N基激光器的尝试研究,利用微纳加工工艺设计并制备了直径758)“车轮”状悬空Ga N基微腔LED,通过电泵浦驱动的方式获得了蓝光波段的输出。与未悬空器件性能进行了对比分析,发现悬空之后的器件发光半高宽变窄,发光效率提高,虽然湿法悬空刻蚀工艺使器件电极的欧姆接触受到影响,影响了电学性能,但仍然证明了有一定的腔体效应存在。论文首先研究了光泵浦微腔的激光性能,然后进一步从提高微腔增益,降低损耗的角度尝试进行了电泵浦微腔激光器研究,本论文的研究为微腔激光器的设计和制备提供重要的技术支持,对于设计新型的Ga N基WGM激光器有重要意义。
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 二维GaN纳米材料 |
| 1.3 第一性原理 |
| 1.3.1 密度泛函理论 |
| 1.3.2 Kohn-Sham方程 |
| 1.3.3 交换关联泛函 |
| 1.3.4 计算软件 |
| 1.4 二维材料制备方法 |
| 1.5 论文研究意义及主要内容 |
| 1.5.1 研究意义 |
| 1.5.2 主要内容 |
| 2 g-GaN/C_(60)异质结电子和光学特性研究 |
| 2.1 单层g-GaN和 C_(60)分子能带结构 |
| 2.2 g-GaN/C_(60)异质结模型和参数设置 |
| 2.3 g-GaN/C_(60)异质结最稳定结构 |
| 2.4 g-GaN/C_(60)异质结电子特性 |
| 2.5 g-GaN/C_(60)异质结光学特性 |
| 2.6 电场作用下g-GaN/C_(60)异质结的电子特性 |
| 2.7 本章小结 |
| 3 有毒气体分子吸附碱金属掺杂单层g-GaN电子和光学特性研究 |
| 3.1 建立模型和设定参数 |
| 3.1.1 有毒气体吸附碱金属掺杂单层g-GaN模型 |
| 3.1.2 计算参数设置 |
| 3.2 结果分析 |
| 3.2.1 有毒气体分子吸附本征单层g-GaN |
| 3.2.2 碱金属掺杂本征单层g-GaN |
| 3.2.3 有毒气体吸附碱金属掺杂单层g-GaN体系电子特性 |
| 3.2.4 有毒气体吸附碱金属掺杂单层g-GaN光学特性 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 CVD法制备GaN纳米片 |
| 4.1 实验药品 |
| 4.2 实验仪器 |
| 4.3 生长原理 |
| 4.4 结果分析 |
| 4.4.1 NH_3流量对GaN纳米片生长的影响 |
| 4.4.2 温度区间对GaN纳米片生长的影响 |
| 4.4.3 GaN纳米片的XRD表征 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 5.1 本文主要结论 |
| 5.2 未来工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间主要研究成果 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 概述 |
| 1.1.1 紫外探测技术的应用 |
| 1.1.2 GaN基材料特性 |
| 1.2 GaN基紫外探测器 |
| 1.2.1 简述 |
| 1.2.2 GaN基紫外探测器发展现状 |
| 1.2.3 存在的问题 |
| 1.3 课题研究内容和论文结构安排 |
| 第2章 AlGaN材料光学参数提取 |
| 2.1 多层膜系和传递矩阵原理 |
| 2.2 透射光谱测试与拟合 |
| 2.2.1 透射光谱测试 |
| 2.2.2 透射谱拟合提取AlGaN材料光学参数 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 GaN基紫外器件的数值仿真设计与分析 |
| 3.1 GaN基紫外器件仿真设计与器件模型 |
| 3.2 紫外器件仿真的物理模型 |
| 3.3 紫外器件性能仿真优化 |
| 3.3.1 器件结构设计优化 |
| 3.3.2 N区长度优化 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 GaN基紫外器件与HEMT器件制备与测试分析 |
| 4.1 GaN基紫外器件制备与测试分析 |
| 4.1.1 GaN基紫外器件制备工艺与版图 |
| 4.1.2 GaN基紫外器件测试与分析 |
| 4.2 GaN基 HEMT器件制备与测试分析 |
| 4.2.1 GaN基 HEMT器件原理 |
| 4.2.2 GaN基 HEMT器件制备工艺与版图 |
| 4.2.3 GaN基 HEMT器件测试与分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 GaN基柔性LED的研究背景 |
| 1.1.1 GaN的材料特性 |
| 1.1.2 传统GaN基 LED |
| 1.1.3 GaN基柔性LED |
| 1.2 压电光电子学的研究概述 |
| 1.2.1 压电光电子学的基本原理 |
| 1.2.2 压电光电子学效应在GaN基光电子器件的应用 |
| 1.3 本论文的研究内容 |
| 第2章 GaN基LED器件制备与柔性化 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 GaN材料生长与表征测试研究 |
| 2.2.1 GaN外延生长技术 |
| 2.2.2 表征和测试 |
| 2.3 GaN基LED器件工艺研究 |
| 2.3.1 实验工艺加工设备 |
| 2.3.2 LED芯片工艺流程 |
| 2.3.3 LED芯片的性能测试 |
| 2.4 GaN基LED器件柔性化 |
| 2.4.1 柔性转移 |
| 2.4.2 柔性基底制备 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 压电光电子学效应调制GaN基柔性LED |
| 3.1 引言 |
| 3.2 功率LED器件结构设计与柔性化 |
| 3.3 压电光电子学效应增强柔性LED发光强度 |
| 3.4 压电光电子学效应改善柔性LED器件自热效应 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 GaN基柔性LED的理论模型 |
| 4.1 压电极化模型 |
| 4.2 一维薛定谔-泊松自洽耦合模型 |
| 4.3 量子阱中的光子跃迁模型 |
| 4.4 理论模拟的结果 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 主要创新点 |
| 5.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表论文情况 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第1 章 绪论 |
| 1.1 紫外辐射与紫外探测技术介绍 |
| 1.1.1 紫外辐射及其分类 |
| 1.1.2 半导体紫外探测器及其主要参数 |
| 1.1.3 各类型半导体紫外探测器 |
| 1.2 ZnMgO材料的基本性质 |
| 1.3 ZnO和 ZnMgO紫外探测器件的研究进展 |
| 1.4 本论文的选题依据及研究内容 |
| 第2 章 ZnMgO薄膜及其紫外探测器的制备方法与表征手段 |
| 2.1 ZnMgO薄膜制备方法简介 |
| 2.2.1 分子束外延(Molecular Beam Epitaxy) |
| 2.2.2 金属有机物化学气相沉积(Metal OrganicChemical Vapor Deposition) |
| 2.2 ZnMgO基紫外探测器件的制备 |
| 2.2.1 光刻工艺介绍 |
| 2.2.2 电极制备方法简介 |
| 2.3 薄膜性质表征方法介绍 |
| 2.3.1 透射吸收曲线 |
| 2.3.2 扫描电子显微镜(SEM) |
| 2.3.3 X射线衍射谱(XRD) |
| 2.3.4 光致发光谱(PL) |
| 2.3.5 霍尔效应 |
| 2.4 紫外探测器件性能测试方法介绍 |
| 2.4.1 电流电压(I-V)特性曲线 |
| 2.4.2 光谱响应特性 |
| 2.4.3 瞬态响应特性(I-t) |
| 2.5 本章小结 |
| 第3 章 双氧水溶液处理对ZnMgO紫外探测器性能改善研究 |
| 3.1 a面蓝宝石上生长ZnMgO薄膜及其MSM结构紫外探测器制备 |
| 3.2 双氧水溶液处理对ZnMgO材料性质的影响 |
| 3.3 双氧水溶液处理对ZnMgO紫外探测器性能影响及机理分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 Al N缓冲层对外延生长ZnMgO薄膜及其紫外探测器性能的影响 |
| 4.1 AlN缓冲层及ZnMgO薄膜的异质外延生长 |
| 4.2 AlN缓冲层对外延生长ZnMgO薄膜的影响 |
| 4.3 AlN缓冲层对ZnMgO紫外探测器性能的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 p-GaN/n-ZnMgO异质结自供能紫外探测器的制备与特性研究 |
| 5.1 u-GaN衬底上MBE外延生长p-GaN薄膜 |
| 5.2 p-GaN上 ZnMgO薄膜的生长及其表征 |
| 5.3 p-GaN/n-ZnMgO异质结自供能紫外探测器的制备及特性研究 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6 章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 有机金属卤化物的定义 |
| 1.3 2D有机金属卤化物的发展及应用 |
| 1.3.1 (100) 2D有机金属卤化物的发展及应用 |
| 1.3.2 (110) 2D有机金属卤化物的发展及应用 |
| 1.3.3 (111) 2D有机金属卤化物的发展及应用 |
| 1.4 1D有机金属卤化物的发展及应用 |
| 1.4.1 Pb~(2+)/Sn~(2+)金属阳离子基1D有机金属卤化物的发展及应用 |
| 1.4.2 Bi~(3+)/Sb~(3+)/Cd~(3+)/Mn~(2+)金属阳离子基1D有机金属卤化物的发展及应用 |
| 1.5 0D有机金属卤化物的发展及应用 |
| 1.5.1 Pb~(2+)/Sn~(2+)/Ge~(2+)金属阳离子基0D有机金属卤化物的发展 |
| 1.5.2 过渡金属阳离子基0D有机金属卤化物的发展 |
| 1.5.3 In~(3+)/Bi~(3+)/Sb~(3+)金属阳离子基0D有机金属卤化物的发展 |
| 1.5.4 混合金属卤化物多面体基0D有机金属卤化物的发展 |
| 1.5.5 0D有机金属卤化物的应用 |
| 1.6 有机金属卤化物晶体材料的生长方法 |
| 1.7 本论文的选题依据及主要研究内容 |
| 1.8 参考文献 |
| 第二章 实验使用的试剂及测试方法 |
| 2.1 实验试剂 |
| 2.2 实验测试方法及条件 |
| 2.3 参考文献 |
| 第三章 新型Mn~(2+)基0D有机金属卤化物发光晶体的生长及其性质研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 单晶生长及单晶结构解析 |
| 3.2.1 (C_5H_(14)N_2Br)_2MnBr_4单晶的生长 |
| 3.2.2 (C_5H_(14)N_2Br)_2MnBr_4的单晶结构解析 |
| 3.3 物性表征 |
| 3.3.1 (C_5H_(14)N_2Br)_2MnBr_4的成分分析 |
| 3.3.2 (C_5H_(14)N_2Br)_2MnBr_4的光物理性质研究 |
| 3.4 (C_5H_(14)N_2Br)_2MnBr_4的稳定性研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 3.6 参考文献 |
| 第四章 具有室温双荧光发射的新型Mn~(2+)基0D有机金属卤化物单晶的生长及其性质研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 单晶生长及单晶结构解析 |
| 4.2.1 碘化丁胺(BAI)的合成 |
| 4.2.2 BA_2MnI_4单晶的生长 |
| 4.2.3 BA_2MnI_4的单晶结构解析 |
| 4.3 物性表征 |
| 4.3.1 BA_2MnI_4的成分分析 |
| 4.3.2 BA_2MnI_4的光物理性质研究 |
| 4.4 稳定性研究 |
| 4.5 本章小结 |
| 4.6 参考文献 |
| 第五章 新型Sn~(2+)基低维有机金属卤化物单晶的生长及其性质研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 单晶生长及单晶结构解析 |
| 5.2.1 (C_5H_(14)N_2Br)_2SnBr_4-3H_2O及(C_5H_(14)N_2)_2SnI_6·3H_2O单晶的生长 |
| 5.2.2 (C_5H_1N_2Br)_2SnBr_4·3H_2O的单晶结构解析 |
| 5.2.3 (C_5H_(14)N_2)_2SnI_6-3H_2O的单晶结构解析 |
| 5.3 物性表征 |
| 5.3.1 (C_5H_(14)N_2Br)_2SnBr_4-3H_2O及(C_5H_1N_2)_2SnI_6·3H_2O的成分分析 |
| 5.3.2 (C_5H_(14)N_2Br)_2SnBr_4-3H_2O及(C_5H_(14)N_2)_2SnI_6·3H_2O的光物理性质研究 |
| 5.3.3 (C_5H_(14)N_2Br)_2SnBr_4·3H_2O及(C_5H_(14)N_2)_2SnI_6-3H_2O的发光机制研究 |
| 5.4 稳定性研究 |
| 5.5 本章小结 |
| 5.6 参考文献 |
| 第六章 Cu~(2+)基2D有机金属卤化物晶体薄膜的生长及其光电器件的研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 单晶生长及单晶结构解析 |
| 6.2.1 溴化丁胺(BABr)的合成 |
| 6.2.2 BA_2CuBr_4单晶的生长 |
| 6.2.3 BA_2CuBr_4大尺寸晶体薄膜的生长 |
| 6.2.4 BA_2CuBr_4的单晶结构解析 |
| 6.3 物性表征 |
| 6.3.1 BA_2CuBr_4晶体薄膜的成分分析 |
| 6.3.2 BA_2CuBr_4晶体薄膜的热学性质研究 |
| 6.3.3 BA_2CuBr_4晶体薄膜的光物理性质研究 |
| 6.3.4 BA_2CuBr_4晶体薄膜的电学性质研究 |
| 6.4 BA_2CuBr_4晶体薄膜基光电探测器的研究 |
| 6.4.1 光电探测器的制备 |
| 6.4.2 光电探测器的光电性能研究 |
| 6.4.3 柔性光电探测器的性能及器件稳定性研究 |
| 6.5 本章小结 |
| 6.6 参考文献 |
| 第七章 总结及展望 |
| 7.1 论文总结 |
| 7.2 论文创新点 |
| 7.3 论文不足之处及展望 |
| 在攻读博士学位期间发表论文及专利 |
| 在攻读博士学位期间获得荣誉与奖励 |
| 在攻读博士学位期间参加学术会议及奖励 |
| 致谢 |
| 附录 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 第一节 简介 |
| 1.1.1 能源问题 |
| 1.1.2 新能源 |
| 1.1.3 氢能 |
| 1.1.4 产氢新技术 |
| 第二节 光电化学分解水技术 |
| 1.2.1 光电化学分解水基本原理 |
| 1.2.2 光电化学分解水的性能评价参数 |
| 1.2.3 光电化学分解水产氢效率的影响因素 |
| 1.2.3.1 光电极的光吸收 |
| 1.2.3.2 载流子内部分离效率 |
| 1.2.3.3 载流子界面注入效率 |
| 1.2.4 光电化学分解水产氢技术的发展现状 |
| 第三节 光电化学分解水光电极 |
| 1.3.1 光电极材料需要满足的条件 |
| 1.3.2 光阴极材料体系 |
| 1.3.3 光阳极材料体系 |
| 第四节 现有的光阳极调控策略 |
| 1.4.1 拓展光吸收 |
| 1.4.1.1 LSPR效应 |
| 1.4.1.2 带隙调节 |
| 1.4.2 促进载流子分离 |
| 1.4.2.1 形貌调控 |
| 1.4.2.2 缺陷调控 |
| 1.4.2.3 内建电场调控 |
| 1.4.2.4 异质结调控 |
| 1.4.3 表面修饰及保护 |
| 1.4.3.1 负载助催化剂 |
| 1.4.3.2 沉积保护层 |
| 1.4.4 存在的问题与挑战 |
| 第五节 选题意义与研究内容 |
| 1.5.1 选题意义 |
| 1.5.2 研究思路 |
| 1.5.3 研究内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 基于光生电子调制的高效复合光阳极设计策略探索 |
| 第一节 引言 |
| 2.1.1 研究背景 |
| 2.1.2 双电层电容存储电荷原理 |
| 第二节 碳材料复合光阳极光电化学性能的初步探索 |
| 2.2.1 引言 |
| 2.2.2 实验部分 |
| 2.2.2.1 实验试剂 |
| 2.2.2.2 样品制备 |
| 2.2.2.3 样品表征 |
| 2.2.2.4 光电化学测试 |
| 2.2.3 结果与讨论 |
| 2.2.3.1 多种碳材料的形貌和结构表征 |
| 2.2.3.2 多种碳材料复合TiO_2光阳极的光电化学性能表征 |
| 2.2.3.3 C-TiO_2复合光阳极的光电化学分解水性能研究 |
| 2.2.4 本节小结 |
| 第三节 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 碳球增强BiVO_4复合光阳极的设计、制备与机理研究 |
| 第一节 引言 |
| 第二节 研究内容 |
| 3.2.1 引言 |
| 3.2.2 实验部分 |
| 3.2.2.1 实验试剂 |
| 3.2.2.2 样品制备 |
| 3.2.2.3 样品表征 |
| 3.2.2.4 电化学及光电化学测试 |
| 3.2.3 结果与讨论 |
| 3.2.3.1 C-BVO复合光阳极形貌和结构的表征 |
| 3.2.3.2 C-BVO复合光阳极电化学和光电化学性能测试 |
| 3.2.3.3 碳球增强BVO复合光阳极光电化学水氧化反应动力学的机理研究 |
| 3.2.4 本节小结 |
| 第三节 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 Schottky-ZnSiP_2光阳极的设计、构建及光电化学性能研究 |
| 第一节 引言 |
| 4.1.1 研究背景 |
| 4.1.2 Schottky结形成原理 |
| 第二节 研究内容 |
| 4.2.1 引言 |
| 4.2.2 实验部分 |
| 4.2.2.1 实验药品 |
| 4.2.2.2 ZnSiP_2单晶生长及电极制备 |
| 4.2.2.3 ZnSiP_2单晶表征 |
| 4.2.2.4 电化学及光电化学测试 |
| 4.2.3 结果与讨论 |
| 4.2.3.1 ZnSiP_2单晶基本电学性质表征 |
| 4.2.3.2 Schottky-ZnSiP_2串联光阳极的光电化学分解水性能表征 |
| 4.2.3.3 Schottky-ZnSiP_2串联光阳极高效光电化学分解水活性的机理研究 |
| 4.2.4 本节小结 |
| 第三节 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 Schottky-GaN光阳极的设计、构建及光电化学分解水性能研究 |
| 第一节 引言 |
| 第二节 研究内容 |
| 5.2.1 引言 |
| 5.2.2 实验部分 |
| 5.2.2.1 实验药品 |
| 5.2.2.2 电极制备 |
| 5.2.2.3 单晶表征 |
| 5.2.2.4 电化学及光电化学表征 |
| 5.2.3 结果与讨论 |
| 5.2.3.1 构建Schottky-GaN光阳极及其PEC分解水性能研究 |
| 5.2.3.2 不同接触金属对GaN光阳极PEC性能的影响 |
| 5.2.3.3 退火处理对金属和半导体界面接触特性的影响 |
| 5.2.3.4 掺杂对金属和半导体界面接触特性的影响 |
| 5.2.3.5 分析光阳极J-V曲线的影响要素 |
| 5.2.4 本节小结 |
| 第三节 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间获奖情况、公开发表的论文及申请专利 |
| 附件 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 Ⅲ族氮化物半导体材料的基本性质 |
| 1.2.1 晶体结构 |
| 1.2.2 化学性质 |
| 1.2.3 物理性质 |
| 1.2.4 能带结构 |
| 1.2.5 极化效应 |
| 1.3 Ⅲ族低维氮化物材料 |
| 1.3.1 量子点 |
| 1.3.2 纳米柱 |
| 1.4 基于Ⅲ族氮化物的光电化学研究现状 |
| 1.4.1 基于Ⅲ族氮化物的光电化学电池研究 |
| 1.4.2 基于Ⅲ族氮化物的柔性透明电子器件研究 |
| 1.5 本论文的研究内容以及架构安排 |
| 第2章 分子束外延设备及材料器件表征技术 |
| 2.1 分子束外延技术(MBE) |
| 2.1.1 GEN20AMBE外延设备 |
| 2.1.2 MBE生长的基本过程 |
| 2.1.3 MBE生长中的源束流 |
| 2.1.4 MBE原位检测系统RHEED |
| 2.2 材料性能表征 |
| 2.2.1 高分辨X射线衍射(HRXRD) |
| 2.2.2 扫描电子显微镜(SEM) |
| 2.2.3 原子力显微镜(AFM) |
| 2.2.4 透射电子显微镜(TEM) |
| 2.2.5 X射线光电子能谱(XPS) |
| 2.2.6 光致发光系统(PL) |
| 2.3 电化学反应装置 |
| 2.3.1 H型电解池 |
| 2.3.2 气相色谱仪 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 InGaN薄膜光电化学电池研究 |
| 3.1 前言 |
| 3.2 实验方案 |
| 3.2.1 InGaN薄膜光电极制备 |
| 3.2.2 实验原料及设备 |
| 3.2.3 光电化学反应装置 |
| 3.3 InGaN薄膜材料表征 |
| 3.4 InGaN薄膜光电化学反应 |
| 3.4.1 InGaN薄膜光催化还原CO_2 |
| 3.4.2 InGaN/C_3N_4异质结光催化还原CO_2 |
| 3.5 p-GaAs//n-GaN键合异质结电学性能分析 |
| 3.5.1 p-GaAs//n-GaN键合异质结结构表征 |
| 3.5.2 键合样品的电学性能分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 低维InGaN材料光电化学电池研究 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 实验方案 |
| 4.2.1 低维InGaN材料光电极制备 |
| 4.2.2 光电化学反应装置 |
| 4.3 InGaN量子点材料性能表征 |
| 4.4 InGaN量子点光电化学反应 |
| 4.4.1 InGaN量子点/C_3N_4异质结光催化还原CO_2 |
| 4.4.2 InGaN QDs光催化还原CO_2 |
| 4.5 InGaN纳米柱的光电化学反应 |
| 4.5.1 InGaN纳米柱的材料表征 |
| 4.5.2 InGaN纳米柱光催化还原CO_2 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 基于电化学反应InGaN纳米柱柔性薄膜制备 |
| 5.1 前言 |
| 5.2 实验方案 |
| 5.2.1 InGaN纳米柱光电极制备 |
| 5.2.2 实验原料及设备 |
| 5.2.3 电化学反应装置 |
| 5.3 InGaN纳米柱结构柔性薄膜制备 |
| 5.3.1 AlN层对InGaN柔性薄膜制备的影响 |
| 5.3.2 刻蚀溶液对InGaN纳米柱柔性薄膜制备的影响 |
| 5.3.3 InGaN纳米柱密度对柔性薄膜制备的影响 |
| 5.3.4 InGaN纳米柱柔性薄膜制备刻蚀机理分析 |
| 5.4 InGaN纳米柱柔性薄膜表征 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 基于电化学反应AlGaN纳米柱柔性薄膜制备 |
| 6.1 前言 |
| 6.2 实验方案 |
| 6.2.1 AlGaN纳米柱MBE外延 |
| 6.2.2 实验原料及设备 |
| 6.2.3 电化学反应装置 |
| 6.2.4 AlGaN纳米柱薄膜探测器制备 |
| 6.3 AlGaN纳米柱柔性薄膜制备 |
| 6.3.1 AlGaN纳米柱表征 |
| 6.3.2 AlGaN纳米柱柔性薄膜制备 |
| 6.3.3 AlGaN纳米柱柔性薄膜刻蚀机理 |
| 6.3.4 AlGaN纳米柱柔性薄膜表征 |
| 6.4 AlGaN纳米柱薄膜探测器 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 石墨烯的基本性质和应用背景 |
| 1.1.1 石墨烯的原子和能带结构 |
| 1.1.2 石墨烯的光电特性 |
| 1.1.3 石墨烯的合成方法 |
| 1.1.4 石墨烯的光电应用 |
| 1.2 宽禁带和二维半导体材料的基本性质和应用背景 |
| 1.2.1 宽禁带半导体材料的基本性质和应用背景 |
| 1.2.2 二维半导体材料的基本性质和应用背景 |
| 1.3 石墨烯与新型半导体材料异质结构的研究现状 |
| 1.3.1 石墨烯与宽禁带半导体材料异质结构的光电器件研究进展 |
| 1.3.2 石墨烯与二维半导体材料异质结构的光电器件研究进展 |
| 1.4 论文研究意义和主要内容 |
| 第2章 肖特基接触、欧姆接触及光电探测器理论 |
| 2.1 肖特基接触和欧姆接触 |
| 2.1.1 金属-半导体肖特基接触 |
| 2.1.2 金属-半导体欧姆接触 |
| 2.1.3 石墨烯-半导体的接触 |
| 2.2 光电探测器概述 |
| 2.2.1 光电探测器的器件结构 |
| 2.2.2 光电探测器响应机理 |
| 2.2.3 光电探测器重要参数 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 CVD偏析法合成石墨烯及与GaN异质结构制备研究 |
| 3.1 CVD法生长石墨烯的机理 |
| 3.2 偏析法CVD石墨烯(CVDSG)生长的实验设计和合成过程 |
| 3.3 实验结果与讨论 |
| 3.3.1 CVDSG的均匀性分析 |
| 3.3.2 CVDSG的层数可控及堆垛特性研究 |
| 3.3.3 氢气刻蚀作用及偏析温度效应 |
| 3.3.4 CVDSG的霍尔器件测试 |
| 3.4 CVDSG与 GaN异质结构制备 |
| 3.4.1 石墨烯转移到GaN衬底的过程 |
| 3.4.2 石墨烯-GaN异质结的表征测试 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 石墨烯、SiC及金刚石异质结构外延生长研究 |
| 4.1 SiC外延法生长石墨烯的机理及实验相关设备 |
| 4.1.1 SiC外延法生长石墨烯的机理 |
| 4.1.2 高温CVD 设备和MPCVD设备 |
| 4.2 基于高温CVD设备外延SiC及与石墨烯异质结构制备 |
| 4.2.1 外延生长SiC研究 |
| 4.2.2 石墨烯与外延SiC异质结构制备 |
| 4.3 基于MPCVD在SiC衬底上外延生长石墨烯异质结构 |
| 4.3.1 实验过程及条件 |
| 4.3.2 结果和讨论 |
| 4.4 基于MPCVD的SiC、石墨烯和金刚石异质结构上生长 |
| 4.4.1 实验过程及条件 |
| 4.4.2 结果和讨论 |
| 4.5 基于MPCVD在目标衬底上石墨烯异质结构直接生长研究 |
| 4.5.1 实验过程及条件 |
| 4.5.2 结果和讨论 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 石墨烯-GaN肖特基紫外探测器件研究 |
| 5.1 GaN慢速刻蚀对肖特基接触的影响 |
| 5.1.1 GaN慢速刻蚀的特性及低刻蚀损伤研究 |
| 5.1.2 慢速刻蚀的GaN垂直肖特基器件研究 |
| 5.2 石墨烯-GaN垂直型肖特基紫外探测器 |
| 5.2.1 器件的制作及表征 |
| 5.2.2 器件的光电性能测试 |
| 5.3 石墨烯-GaN纳米柱紫外探测器 |
| 5.3.1 GaN纳米柱的制作及表征 |
| 5.3.2 石墨烯-GaN纳米柱器件的制作 |
| 5.3.3 器件的光电性能测试 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 石墨烯与黑磷异质结制备及光电探测器件研究 |
| 6.1 石墨烯-黑磷异质结的制备和器件制作 |
| 6.1.1 石墨烯-黑磷异质结的制备和表征 |
| 6.1.2 石墨烯-黑磷的器件制作 |
| 6.2 石墨烯-黑磷光探测器光电性能测试 |
| 6.2.1 光电性能测试设备 |
| 6.2.2 可见光波段的光电性能测试 |
| 6.2.3 红外波段的光电性能测试 |
| 6.3 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 结论及创新点 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的成果 |
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 专用术语注释表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 紫外LED研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.3 论文的研究内容 |
| 1.4 论文的组织结构 |
| 第二章 硅衬底GaN基光电器件的研究基础 |
| 2.1 GaN材料的基本性质 |
| 2.1.1 GaN的结构特性 |
| 2.1.2 GaN的光学特性 |
| 2.1.3 GaN的电学特性 |
| 2.2 LED基础理论 |
| 2.2.1 LED发光原理 |
| 2.2.2 LED的伏安特性 |
| 2.2.3 LED的调制特性 |
| 2.3 紫外LED |
| 2.4 硅衬底GaN基LED的发展 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 GaN紫外μ-LED的制备及性能表征 |
| 3.1 芯片的制备工艺 |
| 3.1.1 光刻工艺 |
| 3.1.2 刻蚀工艺 |
| 3.1.3 电子束蒸镀工艺 |
| 3.1.4 退火工艺 |
| 3.2 芯片的制备流程 |
| 3.3 器件形貌结构表征 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 GaN紫外μ-LED的光电性能测试 |
| 4.1 LED试装置 |
| 4.2 光电特性表征 |
| 4.2.1 器件光电特性表征手段 |
| 4.2.2 光电特性 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 GaN紫外μ-LED的信号传输特性 |
| 5.1 LED调制速度提高的设计方案 |
| 5.2 信号带宽和3dB带宽基础理论 |
| 5.3 信号传输质量表征之眼图 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文工作与总结 |
| 6.2 论文工作展望 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读硕士学位期间申请的专利 |
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 专用术语注释表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 本文的主要内容和章节安排 |
| 第二章 微腔激光器的研究基础 |
| 2.1 半导体材料的发展 |
| 2.1.1 Si、Si C、Ga N材料特性分析 |
| 2.1.2 GaN基外延材料的生长 |
| 2.1.3 GaN基半导体器件的发展 |
| 2.2 微腔激光器 |
| 2.2.1 微谐振腔的基本原理 |
| 2.2.2 半导体内的量子跃迁 |
| 2.2.3 激光产生的基本条件 |
| 2.2.4 微腔激光器的分类 |
| 2.2.5 微腔激光器的应用 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 实验室制备仪器和加工工艺介绍 |
| 3.1 实验室仪器介绍 |
| 3.1.1 微纳加工平台 |
| 3.1.2 光电性能测试平台 |
| 3.2 制备工艺介绍 |
| 3.2.1 光刻工艺 |
| 3.2.2 刻蚀工艺 |
| 3.2.3 光学镀膜 |
| 3.2.4 退火工艺 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 光泵浦Si基GaN微腔激光器 |
| 4.1 晶圆外延结构 |
| 4.2 光泵浦悬浮GaN微盘激光器 |
| 4.2.1 器件制备流程 |
| 4.2.2 器件性能分析 |
| 4.3 带垂直狭缝悬浮GaN微盘激光器 |
| 4.3.1 器件制备流程 |
| 4.3.2 器件性能分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 关于电泵浦Si基GaN微腔激光器尝试性研究 |
| 5.1 Si基GaN微二极管 |
| 5.1.1 晶圆外延结构 |
| 5.1.2 器件制备流程 |
| 5.1.3 Ga N基 μ-LED的性能分析 |
| 5.2 电泵浦“车轮”状Ga N基微腔LED |
| 5.2.1 晶圆外延结构 |
| 5.2.2 器件制备流程 |
| 5.2.3 器件悬空前后性能分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文工作总结 |
| 6.2 论文工作展望 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文 |
| 附录2 攻读硕士学位期间申请的专利 |
| 附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目 |
| 致谢 |
