收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

含铁尖晶石氧化物/SiC异质结紫外侧向光伏效应研究

宋炳乾  
【摘要】:过渡金属氧化物(Transition metal oxides,TMOs)作为地球上含量最多的材料,种类众多,由于其独有的磁性、半导体性和介电性能使得其在信息存储、能源和微波器件等方面应用很广。其中含铁尖晶石氧化物中由于复杂的晶格结构和变价离子的分布,使得其在自旋逻辑器件、电化学能源材料和半导体材料领域上备受注目,并在小型化电子器件、高能量密度存储和清洁能源领域有着巨大的应用价值。但是,大多数的尖晶石氧化物的电学绝缘性质限制了其在半导体领域以及其在光电器件上的应用。本论文研究非化学计量比下的含铁尖晶石氧化物的奇异半导体性质和半金属性,并研究其异质结的侧向光伏效应,以及该效应在光电功能器件上的应用。并结合宽带隙半导体SiC,研究氧化物/半导体异质结在新型紫外光电传感器的制备和光电响应特性,以实现简单制备且具有高性价比的SiC基光电探测器。首先,研究半金属性的尖晶石氧化物Fe_3O_4薄膜的侧向光伏效应。利用脉冲激光沉积技术得到半金属性Fe_3O_4外延薄膜,所形成的Fe_3O_4/3C-SiC类Schottky结的整流特性表明着界面存在着内建电场,而非线性横向I-V曲线和奇异的电阻-温度变化关系说明了在SiC表面存在着反型层。该异质结在蓝紫光激发下表现出高响应的侧向光伏效应,特征位置灵敏度高达67.8 m V mm-1,其弛豫时间约为30μs。此外,其薄膜的磁电阻MR表现出对外加偏压和磁场角度的依赖性,且在实验中观测到了在300 K和500 Oe外磁场下的放大型负磁电阻约为-4%,进一步证明了界面反型层的存在。其异质结的高位置灵敏度和超快弛豫时间使得Fe_3O_4/3C-SiC可以作为近紫外/紫外光电位敏传感器件的理想候选材料。其次,研究不同生长氧分压下的尖晶石NiFe_2O_4的半导体性质和其异质结的紫外光伏特性。生长氧分压的变化导致了得到的NiFe_2O_4外延薄膜的Ni/Fe原子比的变化:随着Fe含量的增多,其直流电阻变化了4个数量级,光学带隙从2.25到2.71 e V可调变化;特别注意的是,晶体中四面体Fe空位的NiFe_2O_4表现出显著的p型半导体性质,并被第一性原理计算和电磁学测试得以证明。实验中在紫外单色激光266nm激发下,观测到了灵敏度很高的侧向光伏响应,光生空穴在界面反型层中的侧向输运使得其灵敏度和时间上升沿分别是103m V mm-1和1.14μs。在不同宽带隙半导体衬底所构成的异质结的紫外侧向光伏响应的巨大差别和其电阻态的巨大变化,在实验上证明了光生载流子是在界面反型层中扩散的。此外,该氧化物异质结的纵向紫外光伏响应表现出在零偏压下的高响应度(3.2 m AW-1)、大开关比和超快时间响应(152 ns),其时间响应与之前的相关报道比较快了约4个数量级。这为研究新型p型半导体材料提供了思路,并为制备结构简单、兼有高响应度和超快时间响应的紫外光电(位敏)传感器提供了新的实验方案。最后,研究了非化学计量比的金属离子分布下FeAl_2O_4尖晶石相氧化物薄膜的强紫外侧向光伏效应。生长氧分压的巨大变化使得Fe/Al离子的平均自由程发生变化,实验中得到了非化学计量比的FeAl_2O_4外延薄膜,并研究了其与半导体SiC结合时在热平衡下的能级排布。XPS价带谱和电化学测试说明了随着Fe含量的增加,其电导率下降迅速,而且FeAl_2O_4表现出从p型到n型转变的半导体性质,这说明含Fe尖晶石氧化物中氧四面体内Fe离子对其价带位置的调控起着决定性作用。实验中观测到了高达210.7 m V mm-1的侧向光伏位置灵敏度和仅仅0.86μs的时间上升沿。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 韩超;李亚;;能量密度对建筑用316L不锈钢表面激光辐照SiC颗粒组织的影响[J];应用激光;2019年06期
2 冯宇翔;;全SiC/半SiC智能功率模块功耗研究[J];家电科技;2020年04期
3 刘敏;郑柳;何志;王文武;;SiC减薄工艺及薄片SiC肖特基二极管的制备[J];微纳电子技术;2020年09期
4 李书志;王铁军;王玲;;SiC颗粒增强铝基复合材料的研究进展[J];粉末冶金工业;2017年01期
5 杨平华;何方成;王倩妮;李楠;郭广平;;SiC颗粒增强铝基复合材料缺陷的无损检测[J];无损检测;2017年03期
6 张波;但文德;敖孟寒;王龙;吴广新;;正交试验法优化SiC增强铝基复合材料的制备工艺[J];上海金属;2017年03期
7 彭立波;张赛;易文杰;罗才旺;孙雪平;;SiC高温高能离子注入机的离子源热场研究[J];电子工业专用设备;2017年03期
8 窦瑛;张颖;;利用显微喇曼光谱进行SiC单晶片应力分析[J];半导体技术;2017年10期
9 郁万成;陈秀芳;胡小波;徐现刚;;SiC衬底上近自由态石墨烯制备及表征的研究进展[J];人工晶体学报;2016年01期
10 万明;王炜路;彭新村;邹继军;;纳米晶体SiC薄膜制备方法研究进展[J];真空科学与技术学报;2015年04期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 王强;单晓晔;卞鑫;王璐;王鑫艳;;石墨烯在SiC衬底上的界面性质和相互作用[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第四十分会:纳米体系理论与模拟[C];2016年
2 王荣;白少先;;激光加工SiC表面润湿特性实验研究[A];第十届全国表面工程大会暨第六届全国青年表面工程论坛论文集(二)[C];2014年
3 韩苗苗;王庆宇;李桃生;李忠宇;;4H-SiC辐照损伤的分子动力学研究[A];中国核科学技术进展报告(第三卷)——中国核学会2013年学术年会论文集第4册(核材料分卷、同位素分离分卷、核化学与放射化学分卷)[C];2013年
4 张义顺;马小娥;王敏丽;;无气氛保护下煤矸石合成SiC的研究[A];中国硅酸盐学会水泥分会首届学术年会论文集[C];2009年
5 高雅博;高腾;刘泽宇;赵瑞奇;张艳锋;刘忠范;;芳香族有机分子在6H-SiC(0001)表面外延石墨烯上的非共价化学修饰[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年
6 冯祖德;张冰洁;姚荣迁;赵浩然;;连续SiC纤维在模拟航空发动机环境中性能演变与失效研究[A];2009年全国失效分析学术会议论文集[C];2009年
7 王启强;邵水源;吴涛;;SiC/不饱和树脂摩阻材料的制备和性能研究[A];2010年全国高分子材料科学与工程研讨会学术论文集(下册)[C];2010年
8 杨林;刘兵;邵友林;梁彤祥;唐春和;;凸台形包覆燃料颗粒SiC层破损率的理论计算及分析[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集(第一卷·第4册)[C];2009年
9 冯春祥;范小林;宋永才;;耐高温多晶SiC纤维的研制——(Ⅰ)聚碳硅烷纤维的氨化过程及其机理研究[A];复合材料的现状与发展——第十一届全国复合材料学术会议论文集[C];2000年
10 汤洪高;;宽带隙半导体材料SiC研究进展及其应用[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年
11 姚英学;李德溥;冷金凤;袁哲俊;;SiC颗粒增强铝基复合材料铣磨加工特性的研究[A];2005年惯性器件材料与工艺学术研讨暨技术交流会论文摘要集[C];2005年
12 高雅博;张艳锋;任俊;李灯华;高腾;孟胜;杨延莲;王琛;刘忠范;;表面势差调制的肽氰分子在6H-SiC(0001)表面外延少层石墨烯上的逐层吸附[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年
13 董吉洪;李延春;王海萍;;空间遥感器中大口径SiC主镜的轻量化设计与优化[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
14 许晓静;蔡兰;戴峰泽;;SiC晶须增强铝基复合材料超塑性的研究[A];面向制造业的自动化与信息化技术创新设计的基础技术——2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C];2001年
15 茹红强;于佩志;左涛;;莫来石/SiC薄型棚板材料的研究[A];第十一届全国高技术陶瓷学术年会论文集[C];2000年
16 熊新红;费凡;蔡建康;章桥新;;时效处理和添加SiC对镁合金组织及性能影响[A];以创新驱动为引领,加快“中国制造2025”战略实施研讨会暨2016年第六届全国地方机械工程学会学术年会论文集[C];2016年
17 周金明;李会玲;王京霞;江雷;宋延林;;SiC光子晶体应用于光致发光增强[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年
18 陈刚;陈雪兰;柏松;李哲洋;韩平;;4H-SiC外延中的缺陷及其对肖特基二极管的影响[A];第十五届全国化合物半导体材料,微波器件和光电器件学术会议论文集[C];2008年
19 唐会毅;王华;张玉碧;张立新;罗维凡;;SiC热电偶保护套管的微观组织对其服役寿命的影响分析[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集(第二卷)[C];2011年
20 马奇;郭兴忠;杨辉;傅培鑫;高黎华;李祥云;李志强;;喷雾造粒对固相烧结SiC陶瓷的影响[A];中国硅酸盐学会陶瓷分会2006学术年会论文专辑(上)[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前20条
1 宋炳乾;含铁尖晶石氧化物/SiC异质结紫外侧向光伏效应研究[D];哈尔滨工业大学;2020年
2 李露;锆基陶瓷/SiC纳米线改性SiC涂层的氧化行为研究[D];西北工业大学;2018年
3 关清心;SiC & Si器件混合型高效率低成本中点钳位型三电平电路研究[D];华中科技大学;2018年
4 王慧芳;低温催化反应制备β-SiC结合SiC耐火材料及其高温性能研究[D];武汉科技大学;2018年
5 郝昕;SiC 热裂解外延石墨烯的可控制备及性能研究[D];电子科技大学;2013年
6 程萍;非故意掺杂4H-SiC本征缺陷及退火特性研究[D];西安电子科技大学;2010年
7 王党朝;SiC基石墨烯材料制备及表征技术研究[D];西安电子科技大学;2012年
8 郭辉;SiC器件欧姆接触的理论和实验研究[D];西安电子科技大学;2007年
9 王霖;SiC纳米阵列结构调控及其场发射特性研究[D];北京科技大学;2016年
10 张东升;竹炭及SiC陶瓷材料的结构及性能研究[D];中国林业科学研究院;2005年
11 柴常春;微波低噪声放大器毁伤机理研究和SiC薄膜的外延生长与刻蚀技术研究[D];西安电子科技大学;2005年
12 王鹏飞;中子辐照6H-SiC的缺陷分析与应用[D];天津大学;2013年
13 李永强;高软化点聚碳硅烷的合成及低氧含量SiC纤维的制备研究[D];国防科学技术大学;2016年
14 刘立飞;SiC陶瓷非球面磨削砂轮磨损及其对面形误差影响研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
15 肖志远;SiC纤维增强钛基复合材料的拉曼光谱研究[D];西北工业大学;2015年
16 殷龙海;大中型SiC非球面反射镜确定性高效加工工艺的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2015年
17 许富民;梯度分布的SiC颗粒增强铝基复合材料的制备,组织和力学行为[D];大连理工大学;2003年
18 赵武;掺氮SiC薄膜制备及其光学特性的研究[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2009年
19 魏艳君;磁控溅射SiC薄膜制备及其场发射相关性能研究[D];燕山大学;2010年
20 康智涛;多层喷射共沉积制备大尺寸SiC颗粒增强铝基复合材料的工艺、设备及过程原理研究[D];中南大学;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 张林;6H-SiC异质结源漏MOSFET的研究[D];西安电子科技大学;2006年
2 袁小森;原位生长SiC纳米线棉毡的制备工艺探索及其性能表征[D];南京航空航天大学;2019年
3 谢成龙;基于SiC逆变器的高速永磁同步电机驱动系统研究[D];哈尔滨工业大学;2019年
4 王大鹏;HIP、SPS分别制备SiC、TiC颗粒增强铝基复合材料及其性能研究[D];山东科技大学;2018年
5 吴燕燕;SiC和BN纳米材料及其铁磁性研究[D];西北师范大学;2019年
6 张靓;SiC型交错Flyback光伏均衡器的研究[D];北方工业大学;2019年
7 严俊超;SiC单晶超精密切削仿真与实验研究[D];西安理工大学;2019年
8 马东;低浓度SiC粉体浆料的分散性和稳定性研究及其对SiC膜性能的影响[D];武汉工程大学;2018年
9 宋姝漩;基于SiC的周期结构热辐射特性研究[D];北京邮电大学;2019年
10 万伟;SiC泡沬陶瓷/球墨铸铁双连续相复合材料的耐冲蚀性能研究[D];中国科学技术大学;2019年
11 苏佳宁;空位及过渡金属掺杂对3C-SiC纳米线磁性的影响研究[D];西安理工大学;2019年
12 黄俊晓;SiC粉体表面处理与其浆料流变性之间的关系研究[D];烟台大学;2019年
13 路远;基于悬臂梁弯曲法的微尺度3C-SiC断裂强度实验研究[D];国防科学技术大学;2016年
14 刘皓;有轨电车全SiC辅助变流器设计与研究[D];北京交通大学;2018年
15 王阳帆;硅片研磨用金刚砂(SiC)的悬浮再分散性能研究[D];河北工业大学;2016年
16 药幸楠;SiC磁性与缺陷的相关机理研究[D];西安电子科技大学;2018年
17 喻璐;AZ31镁合金等离子体电解氧化及SiC纳米粒子对膜层性能的影响[D];湖南大学;2016年
18 粟鑫鹏;双有源桥系统分析及其SiC版样机的设计与试验研究[D];重庆大学;2018年
19 肖柯;碳纳米管表面原位生长SiC及其增强油井水泥力学性能研究[D];燕山大学;2018年
20 任永彬;铝及其合金在SiC基板上的高温润湿性研究及应用[D];福州大学;2017年
中国重要报纸全文数据库 前17条
1 特约撰稿 吴勇毅;云计算产业受益政策强力助推 须防重蹈“光伏效应”覆辙[N];通信信息报;2012年
2 本报记者 张依依;SiC功率器件加速新能源汽车产品升级[N];中国电子报;2020年
3 ;科锐将建造全球最大SiC制造工厂[N];中国电子报;2019年
4 湖北 朱少华;电动汽车中的SiC开关——它们将主导动力传动系统吗?[N];电子报;2019年
5 文微;安森美半导体发布碳化硅(SiC)二极管用于要求严苛的汽车应用[N];中国电子报;2018年
6 ;具有光伏效应和电致发光双重功能的器件[N];大众科技报;2007年
7 记者 王海滨 通讯员 王玉芳;我国半导体SiC单晶粉料和设备生产实现新突破[N];科技日报;2018年
8 本报记者 鲁珈瑞;推动异质结技术快速降本[N];中国电力报;2020年
9 本报记者 简悦;多个吉瓦级异质结产线将释放[N];中国电力报;2019年
10 光大证券分析师 贺根 王锐 唐雪雯;深挖降本空间,异质结技术商业化推广可期[N];中国能源报;2019年
11 本报实习记者 董梓童;“异质结”有望成下一代主流技术[N];中国能源报;2018年
12 首席记者 郝薇;晋能集团超高效异质结组件顺利投产[N];山西经济日报;2017年
13 本报实习记者 董梓童;异质结电池遇降本难题[N];中国能源报;2020年
14 本报记者 简悦;东方日升 异质结与半片组件性价比显著[N];中国电力报;2019年
15 记者 聂翠蓉;新方法合成90%纯度碳纳米管水平阵列[N];科技日报;2017年
16 本报记者 简悦;异质结成高效组件技术潜力股[N];中国电力报;2019年
17 本报记者 简悦;异质结:后PERC时代最佳选择[N];中国电力报;2020年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978