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立方氮化硼晶体电流—电压特性及变色现象的研究

任策  
【摘要】: 本论文介绍了立方氮化硼(cubic boron nitride, cBN)单晶的电流-电压(I-V)特性和变色现象的研究过程和研究结果。cBN晶体在强电场的作用下发生了击穿现象,这使得晶体的I-V特性分成了三个阶段——击穿发生之前,击穿发生瞬间和击穿发生之后。本文对cBN晶体I-V特性的三个阶段分别进行了分析和讨论。通过对击穿前cBN晶体I-V特性曲线的拟合和分析,得出结论,在击穿发生之前cBN晶体的I-V关系主要遵循Poole-Frenkel效应描述的变化规律。并且,在实验所使用的金属-半导体-金属式的电极结构中,肖特基效应的影响可以忽略,这使得利用这种电极结构进行cBN晶体的电学特性的研究时可以不考虑电极与晶体接触处的影响,极大地简化了研究cBN晶体的半导体特性实验。对击穿瞬间和击穿后I-V特性的研究表明,cBN晶体的击穿是在强电场作用下晶体中的浅能级杂质大量电离而引起的。 在击穿的瞬间,cBN晶体发生了电致变色现象,晶体的颜色由琥珀色变为了黑色。击穿之后,随着电流的增加,cBN晶体颜色改变的程度越来越大。而随着cBN晶体的I-V特性回复到击穿发生之前的状态,其颜色也由黑色变回琥珀色。cBN晶体的这种电致变色现象与传统的电致变色过程有着明显的不同。我们研究并首次报导了cBN晶体的这种电致变色现象。本文详细描述了cBN晶体的电致变色,并且通过一些实验设计和cBN晶体的Raman光谱,研究了cBN晶体电致变色的特点和产生原因。cBN晶体电致变色现象的特点使其可能作为电光调制器和光开关等光电子器件而得到应用。本文介绍了基于cBN晶体的电致变色现象的直、交流电光调制的特性。在研究cBN晶体的电致变色的过程中,我们发现该晶体还具有热致变色的特性。本文在最后对cBN晶体的热致变色做了详细的介绍和研究。立方氮化硼晶体的变色现象的发现,一方面使我们加深了对cBN晶体性质的认识,另一方面,也使cBN晶体的应用前景和应用领域得到进一步的拓展。


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