导读:本文包含了半导体异质结论文开题报告文献综述、选题提纲参考文献及外文文献翻译，主要关键词:异质,半导体,结构,光电,量子,费米,能级。
半导体异质结论文文献综述
赵临风,王善江,张晓阳,赵明虎,纪愚[1]（2019）在《油性金属-半导体异质结构可见光催化特性及在水处理中的应用研究》一文中研究指出利用金属等离激元热电子效应,使突破半导体带隙宽度限制的可见光催化成为可能,是有机污染物处理方面的新兴方向。首先制备了油性Ag-TiO_2纳米棒异质结构,研究了其光谱特性及催化过程中热电子转换机制,验证了在可见光下对水中有机染料的高效催化分解能力。结果表明,相比于TiO_2纳米棒,Ag-TiO_2纳米棒异质结构展现出显着的催化能力,罗丹明B的分解速率提高了近叁倍。这种催化材料高效、环保,在水中不残留,在水处理等领域具有广泛的应用前景。(本文来源于《电子器件》期刊2019年05期）
马嵩松,舒天宇,朱家旗,李锴,吴惠桢[2]（2019）在《Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体异质结二维电子气研究进展》一文中研究指出半导体异质结在探索新奇物理和发展器件应用等方面一直发挥着不可替代的作用.得益于其特有的能带性质,相对较窄的带隙和足够大的自旋轨道耦合相互作用,Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体异质结不仅在红外器件应用方面具有重要的研究价值,而且在拓扑绝缘体和自旋电子学等前沿领域引起了广泛的关注.尤为重要的是,在以CdTe/PbTe为代表的Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体异质结界面上发现了高浓度、高迁移率的二维电子气.该电子气的形成归因于Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体异质结独特的扭转界面.进一步的研究表明,该二维电子气体系不仅对红外辐射有明显响应,而且它还表现出狄拉克费米子的性质.本文系统综述了近年来Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体异质结二维电子气研究取得的主要进展.首先对Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体异质结扭转界面二维电子气的形成机理进行了介绍;然后讨论该二维电子气在低温强磁场下的输运性质,并分析了它的拓扑性质以及在自旋器件方面的应用前景;最后,展示了基于该二维电子气研制的中红外光电探测器.(本文来源于《物理学报》期刊2019年16期）
[3]（2019）在《使用异质外延技术的原子“拼凑”用于下一代半导体器件》一文中研究指出来自东京都立大学的研究人员已经生长出原子级薄的过渡金属二硫化物(TMDCs)结晶层,其在空间上具有不同的成分,不断地将不同类型的TMDC"喂"入生长室以定制性质的变化。实例包括由具有原子直接界面的不同TMDC包围的20nm条带和分层结构。他们还直接探测了这些异质结构的电子特性,潜在的应用包括具有超高电源效率的电子产品。半导体在现代是不可或缺的,基于硅的集成电路支持数字万物的运行,从计算机、智能手机和家用电器等分立设备到各种工业应用的控(本文来源于《家电科技》期刊2019年04期）
刘昊[4]（2019）在《低维异质结构与新型Ⅲ-Ⅴ族半导体发光器件的研究》一文中研究指出半导体低维异质结构早已成为构筑高性能半导体发光器件的基石,该领域的前沿创新研究经久不衰地持续了几十年,但研究热点已从早期的二维的量子阱、超晶格转变至一维的量子线(或更广义的纳米线)和零维的量子点。特别是,基于自组织量子点的新型半导体发光器件因电注入工作容易、具备某些特有的优异性能譬如高温度稳定性并且具有重要的应用前景而尤为受到关注。然而,目前绝大多数量子点发光器件譬如量子点激光器依赖分子束外延(MBE)生长,金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长量子点激光器的进展则大幅滞后且与MBE生长存在显着差距,仅有少数几个国外研究组掌握MOCVD生长量子点激光器的核心技术,鉴于MOCVD所拥有的半导体器件产业化优势,在国内深入系统开展量子点激光器的MOCVD生长研究具有十分重要的意义。除激光器外,基于半导体低维异质结构的发光器件中另外一种重要的类型是超辐射发光二极管(超辐射管),当前基于半导体低维异质结构的超辐射管作为光纤陀螺等系统的光源对于系统性能的提高起着不可替代的作用,开展超辐射管的研究对光纤陀螺等实际应用具有重要价值。此外,半导体低维异质结构除了前述的几种整数维度外,近年来本实验室提出了能级弥散这一新颖的概念,继而发展出分数维度电子态系理论,即半导体异质结构中不仅仅存在前述的叁维、二维、一维、零维等整数维度,还存在着介于这些整数维度之间的分数维度,譬如介于二维与叁维之间、介于一维和二维之间等等。分数维度理论的提出者还发现,这一理论有望引入超辐射管中并充分发挥其优势——分数维度半导体异质结构较整数维度异质结构会显着提升超辐射管的性能,并且此发现已经得到初步的实验证实,这样就亟需运用分数维度电子态系理论指导超辐射管的设计与性能优化。基于上述这一科学认知,为验证分数维度电子态系理论在超辐射管中的优越性,进而运用该理论指导超辐射管的设计与优化,我们首先需要进行相应的典型整数维度超辐射管的制备,掌握超辐射管的制备工艺等,从而为进一步研制分数维度超辐射管打下基础。本论文以半导体低维异质结构为出发点,依托科技部国际合作项目以及国家自然科学基金项目,在分数维度电子态系理论方面取得了新的进展,在实验方面重点围绕Ⅲ-Ⅴ族量子阱和量子点展开,进行了二维的量子阱、零维的量子点等整数维度下激光器及超辐射管的研究工作,这既为MOCVD生长量子点器件积累了技术经验,也为后续进行分数维度(譬如从二维到叁维、从零维到叁维等)超辐射管或其他相关器件的研究奠定了基础。本论文已开展的研究工作以及主要的结果如下:1.研究了在应用不同线型(指数线型和洛伦兹线型)的弥态允率密度函数的情形下电子态密度曲线的变化。针对指数线型和洛伦兹线型两种弥散线型对电子态密度进行了计算分析,对于不同的弥散宽度值绘制了电子态密度曲线,并进一步阐述了实际情况中可能的复合弥散线型,为基于能级弥散的分数维度理论的进一步发展提供了支持。2.制备了基于典型量子阱的激光器与超辐射管,包括1.3μm波段InP基量子阱以及1.1μm波段GaAs基InGaAs量子阱,取得了一些重要的实验结果,为进一步制备性能更加优异的介于二维到叁维间的分数维度超辐射管奠定了基础。(1)采用InGaAsP啁啾量子阱作为有源区,进行了激光器和超辐射管的制备。脊宽10μm、腔长2mm的激光器阈值电流密度为0.8kA/cm2,同样脊宽与长度采用弯曲波导的超辐射管在350mA时功率为5.9mW,光谱半宽为27nm。(2)采用A1GaInAs量子阱作为有源区,进行了激光器和超辐射管的制备。脊宽10μm、腔长2mm的激光器阈值电流密度为460A/cm2,同样脊宽与长度采用弯曲波导的超辐射管功率达到30mW以上,光谱半宽在10nm左右。(3)利用MOCVD进行了 InGaAs多量子阱器件结构的生长,然后制备了相应的发光器件,发光波长位于1.1μm处。脊宽10μm、腔长2mm的激光器阈值电流密度为450A/cm2。在超辐射器件制备中,我们比较了不同波导形状(弯曲、倾斜等)对于超辐射的影响,脊宽10μm、长度2mm的采用倾斜基础上弯曲波导的超辐射管功率达到20mW以上,光谱半宽在10nm左右。3.制备了基于典型量子点的激光器与超辐射管,在器件性能优化方面进行了深入的探索并取得了重要的进展,为进一步制备性能更加优异的介于零维到叁维间的分数维度超辐射管提供了技术支撑。此外还在硅衬底上生长了高质量的多层量子点,为后续利用MOCVD生长硅衬底上的分数维度器件打下了一定的基础。(1)MOCVD生长并制备了 GaAs基InAs量子点激光器。首先利用MOCVD开展InAs量子点的生长条件优化,比较了单层/多层、InGaAs底层/盖层、Ⅴ/Ⅲ等对于量子点的影响,利用优化后的条件生长出了光致发光波长接近1.3μm的多层量子点,量子点密度达到4X 1010/cm2。之后利用此多层量子点作为有源区进行了激光器结构的生长并制备了量子点激光器,在分别采用无偏角及2°偏角的衬底上均实现了量子点激光器的室温连续激射,激光器的脊宽均为10μm,腔长均为2mm。由于器件工作在激发态,波长明显短于1.3μm。无偏角衬底上的激光器阈值电流密度为700A/cm2,激射波长位于1.19μm处;2°偏角衬底上的阈值电流密度为950A/cm2,激光器波长位于1.16μm。(2)基于MBE工艺,制备了两种不同外延结构的InAs/GaAs量子点激光器和超辐射管,其中基于第一种外延结构制备的激光器激射波长位于1.3μm处,阈值电流密度低至117A/cm2;采用弯曲波导的超辐射管在室温脉冲条件下工作,发光波长位于1.3μm处,光谱宽度在20nm以上,功率达到10mW以上。基于第二种外延结构制备的激光器激射波长位于1.27μm,阈值电流密度低至118A/cm2;采用直波导镀膜的超辐射管在室温连续电流下工作,发光波长位于1.27μm,光谱宽度在10nm左右,功率在3mW以上。(3)生长了 Si衬底上InAs/GaAs多层量子点。利用MOCVD设备在获得高质量Si基GaAs外延层的基础上,对Si上多层量子点的生长进行了优化实验。将GaAs/Si“叁步法”异变外延生长技术与GaAs基多层量子点生长技术相结合,生长出了发光波长位于1.3μm波段的Si基InAs/GaAs多层量子点,通过原子力显微镜测试发现生长出的量子点形貌很好,密度较高,可达5 × 1010/cm2,通过光致发光谱测试发现其发光性能较好。(本文来源于《北京邮电大学》期刊2019-06-07）
张德重[5]（2019）在《基于自耗尽效应的异质宽禁带半导体紫外探测器的研究》一文中研究指出高性能紫外探测器在军事、环境、医疗等领域具有广泛应用。随着半导体材料与器件的制备工艺不断进步,宽禁带半导体紫外探测器目前已成为紫外探测技术领域的研究热点。宽禁带材料自身不吸收可见光,能够有效弥补基于Si、GaAs等窄带隙半导体紫外探测器需要配合滤光设备进行工作的劣势,而且宽禁带材料种类众多,尤其包括多种氧化物材料如ZnO、TiO_2、Ga_2O_3、NiO等,这些材料性质稳定,制备方法多样且成本低,具有重要的研究意义。但宽禁带材料的一些固有不足如载流子迁移率低、激子寿命短,以及氧化物材料体内陷阱和缺陷多等,导致了器件暗电流较高,响应度偏低等问题。随着科技的发展,各应用领域对紫外光电探测器性能参数的要求不断提高,包括具有更高的光电流、更低的暗电流和更快的响应/恢复速度等。其中,降低器件的暗电流极为重要,可以有助于提高器件的信噪比和探测灵敏度,降低光强检测下限,使器件具有更广阔的应用前景。为了抑制器件暗电流,利用耗尽效应被证明是一种合理、有效的方法。本论文围绕光电导型异质复合材料及器件的制备,通过引入多子自耗尽效应等机制来改善器件暗电流等各方面性能,主要开展了以下研究工作:首先设计并制备了一种基于暗态自耗尽效应的TiO_2/NiO PN异质复合薄膜紫外探测器,其中TiO_2薄膜通过溶胶-凝胶法制备,NiO薄膜和器件的Ni/Au合金电极通过一种独特的氧化法同时制备。与基于单一薄膜材料的器件相比,异质复合薄膜器件的暗电流和噪声得到明显降低。在暗态下,PN异质结构产生的自耗尽效应使复合薄膜几乎全部处于耗尽区,复合材料体内的多子浓度被有效降低,器件表现为高阻值状态,在6 V偏压下的暗电流仅为0.033 nA,比单一薄膜器件低了两个数量级。当器件处于紫外光照下时,由于光生载流子的分离与积累,异质结构界面附近的内建电场被平衡,自耗尽效应被抵消,复合材料回到高电导率状态,使器件具有充足的光响应,最终器件的探测灵敏度达到了1.56×10~(14) Jones。器件的优化过程以及自耗尽效应的详细分析在本论文第二章中给出。本论文在第叁章中对ZnO基紫外探测器展开一系列研究。由于ZnO材料激子结合能较高,表面缺陷多,导致ZnO器件的光响应不足且暗电流较大。本论文通过在ZnO薄膜材料中引入局部异质结构产生自耗尽效应等机制,来改善器件各方面性能。首先通过溶液法制备了一种无需退火的N型ZnO纳米颗粒材料,然后在成膜过程中分别引入不同的P型材料,在混合薄膜中均匀分布并形成局部异质结构。在暗态下,异质结构内产生的多子耗尽区有效降低ZnO中的电子浓度,使整个薄膜的传输电子能力下降,从而降低了器件的暗电流。在紫外光照下,局部异质结构中产生的激子会在内建电场的作用下更快、更有效地分离,减小ZnO体内激子直接复合几率,从而降低电荷损失。在一定光强下,自耗尽效应将被完全抵消,异质材料器件展现出更高的光响应。在本论文的第四章中,首先通过水热法在FTO玻璃衬底表面制备了N型TiO_2一维纳米线阵列,然后通过静态沉积、动态溶剂清洗等实验手段,将P型有机宽禁带材料N,N'-二(萘-2-基)-N,N'-二(苯基)联苯-4,4'-二胺(NPB)填充于纳米线阵列的间隙中,并制备了基于该有机/无机杂化的异质一维光电导型器件。对于多数一维宽禁带氧化物材料,其特殊的纳米结构可使载流子的传输更高效,有助于获得更高的光响应和更快的响应/恢复速度。但是由于一维氧化物材料普遍含有大量缺陷,使材料体内多子浓度较高,导致器件的暗电流较大。本论文通过构建TiO_2/NPB异质复合结构,在暗态下产生多子自耗尽效应,有效降低TiO_2体内的自由电子浓度,从而降低器件暗电流。在紫外光照下,TiO_2/NPB异质结构中产生的激子将在内建电场的作用下发生分离,更多的光生电子流向TiO_2,同时内建电场被平衡,自耗尽效应被抵消,从而保证TiO_2纳米线具有较高的光电导。最终使器件在暗态和紫外光照下的各方面性能均得到有效改善。本论文研制了多种复合材料光电导型紫外探测器,通过形成异质结构产生多子自耗尽效应等机制,有效改善器件在暗态及紫外光照下的各方面性能,器件的暗电流、响应度、探测灵敏度等性能参数均有所提升。本论文为宽禁带半导体紫外光电探测器的材料选择,结构设计,以及器件工作机理分析等方面提供了有价值的参考。(本文来源于《吉林大学》期刊2019-06-01）
宋晓攀[6]（2019）在《异质结增强氧化物半导体气敏性能及机理研究》一文中研究指出气体传感器最核心的部分是气体敏感材料。氧化锌(ZnO)、氧化铁(α-Fe_2O_3)作为两种典型的金属氧化物半导体材料,也是最常用的气敏材料,具有结构形态丰富、化学稳定性高、检测气体种类多等特点,已引起广泛研究兴趣。但是,基于这种纯相半导体材料的商业化气敏传感器还普遍存在一些问题:第一,材料多数为粉末,通过手工涂覆材料制成的器件通常会破坏材料的本征特性;第二,该类气敏材料灵敏度较低、工作温度较高、响应-恢复时间较长、选择性较差;第叁,气敏机理研究不够深入,停留在唯象理论阶段,缺乏直接证据和系统理论支撑。针对上述问题,本论文的基本思路是通过设计并构筑大比表面积的纳米线异质结构,进一步改善纯相氧化物半导体材料的气敏性能;利用半导体能带理论和密度泛函理论(DFT)模拟等理论分析手段,尝试系统解释异质结增强型氧化物半导体气敏机理。论文主要以ZnO、α-Fe_2O_3纳米棒(包括多孔型)为材料研究模型,通过籽晶层诱导水热法在平板电极上直接生长纯相氧化物半导体气敏材料;通过溅射、旋涂、脉冲激光沉积(PLD)等方法在其表面构筑金属/半导体(M/S)结或半导体N/N同型异质结构;对比研究Schottky接触、贵金属催化、NN异质结耗尽层、表面吸附氧等不同物理化学机制在提高氧化物半导体气敏性能方面的作用机理。论文主要研究结果如下:1.通过引入Au/ZnO(M/S)结,研究揭示了肖特基(Schottky)接触和贵金属催化作用在该类金属修饰氧化物半导体气敏传感器中的重要作用。首先利用ZnO籽晶层诱导水热法在Al_2O_3平板电极上直接生长ZnO纳米棒阵列,然后利用溅射法将Au纳米颗粒随机负载在ZnO纳米棒表面,构筑Au/ZnO异质结构气敏元件。气敏性能测试结果证明,在近室温(40℃)下,复合结构对叁乙胺气体具有较好的选择性,最佳Au/ZnO器件对50 ppm叁乙胺气体的灵敏度可达到22,约为ZnO纳米棒器件的8~9倍。运用半导体能带理论,详细解释Au与ZnO形成Schottky接触后,电子在Au与ZnO界面处的转移过程,加深了对贵金属催化作用和金属“溢流”唯像模型在该类贵金属增强半导体气敏性能机理方面的认识。2.通过引入Au/α-Fe_2O_3(M/S)结,将M/S结增强气敏性能机理拓展到大比表面积多孔氧化物半导体气敏材料,进一步提升了所制备气敏元件的性能。首先通过α-Fe_2O_3籽晶层诱导水热法在Al_2O_3平板电极上制备了多孔α-Fe_2O_3纳米棒,进而采用旋涂法制备了Au/α-Fe_2O_3多孔纳米棒异质结构,并证实了Au与α-Fe_2O_3之间肖特基接触的存在。气敏测试结果再次证明M/S结有助于改善气敏性能,最佳Au/α-Fe_2O_3器件在40℃时具有较短的恢复时间(8 s)和低的检测极限(1 ppm),较氧化锌纳米棒性能更优。此外,本章还侧重探讨了湿度对气敏性能的影响和机理。3.对比研究了半导体NN同型异质结耗尽层模型与表面吸附氧模型对半导体气敏传感器性能的影响。运用水热法和PLD法设计了α-Fe_2O_3/ZnO纳米棒来改善ZnO纳米棒的气敏性能。气敏测试结果发现,α-Fe_2O_3/ZnO复合异质结构的最佳工作温度为300~oC,对50 ppm的叁乙胺气体的灵敏度显着高于ZnO材料,最佳α-Fe_2O_3/ZnO器件的灵敏度可达到63。进一步运用能带理论解释了关于此类NN异质结复杂结构改善气敏性能的机理,并结合XPS实验证据,提出表面吸附氧含量机理对改善气敏性能重要作用的想法,运用密度泛函理论系统解释并验证了该想法的可靠性。(本文来源于《济南大学》期刊2019-06-01）
钱凯[7]（2019）在《GaN/TiO_(2-x)半导体异质结材料的制备与性能研究》一文中研究指出近几十年来,随着工业化的快速推进、全球经济与人口的持续增长,环境污染、气候变化与能源短缺问题成为人类必须面对的挑战。在此背景下,太阳能发电、光催化降解污染等技术应运而生,寻求对光吸收范围广、光响应度强、载流子分离与利用效率高的半导体材料成为研究的热点。氮化镓、二氧化钛作为两种常见的半导体材料,具有化学稳定性好、不易光腐蚀的优点。本文采用溶胶-凝胶法制备出Ga_2O_3/TiO_2粉末材料,并对其进行氮化,得到GaN/TiO_(2-x)粉末,研究了氮化温度和Ga、Ti比例对样品物相组成、形貌及光电性能的影响。(1)以硝酸镓为镓源、二氧化钛纳米粉末为钛源,制备出Ga_2O_3/TiO_2粉末材料。将样品置于不同温度下氮化,得到GaN/TiO_(2-x)粉末。利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见分光光度计(UV)、荧光分光光度计(PL)、表面光电压谱仪(SPV)、电化学工作站等对样品进行表征和性能测试,研究了氮化温度对样品的物相组成、微观形貌以及光电性能的影响。结果表明,随着氮化温度的升高,Ga_2O_3被氮化的程度越高,GaN的结晶度越好。700℃下氮化时,TiO_2保持原有状态,不发生相变和还原反应;当氮化温度达到750℃时,样品中的TiO_2开始逐渐被还原为TiO_(2-x),且随着温度的升高,二氧化钛被还原的程度越大,TiO_(2-x)量越多,从800℃开始,样品中几乎看不到TiO_2。紫外-可见光吸收数据显示,700℃的样品吸收范围最大,900℃氮化的样品带隙最窄,而吸光度则大致随着氮化温度的升高而增大。电化学测试结果表明,800℃氮化的样品导电性适中,载流子浓度较高,且分离效率高,在-0.8 V(vs.Ag/AgCl)偏压条件下,800℃氮化的样品瞬态光电流密度最高。(2)通过溶胶-凝胶法制备了不同Ga、Ti比例的Ga_2O_3/TiO_2粉末,并在最佳温度800℃下对样品进行氮化,获得GaN/TiO_(2-x)粉末样品。表征与测试结果表明,Ga、Ti比例为1:2时,经800℃氮化1 h,样品中除了GaN和TiO_(2-x)外,还存在大量未被还原的TiO_2。当比例为1:1和2:1时,TiO_2均被还原为TiO_(2-x),且随着Ti含量的减少,TiO_(2-x)峰强变弱,GaN峰强增大。吸光度角度看,样品GaN/TiO_(2-x)(1:2)>GaN/TiO_(2-x)(1:1)>GaN/TiO_(2-x)(2:1),说明黑色TiO_(2-x)比例的增加能够提高样品对光的吸收能力。从禁带宽度估值看,TiO_(2-x)占比越大,样品的带隙越窄。电化学测试结果表明,Ga、Ti比例为1:1的样品导电性最好,载流子浓度最高,瞬态光电流密度值最大,达到30.72μA/cm~2。(本文来源于《太原理工大学》期刊2019-06-01）
冉蕾[8]（2019）在《复合半导体纳米异质结构的设计及其光电催化性能研究》一文中研究指出在众多可再生能源中,太阳能由于其储量丰富、清洁、高效和环境友好的优势,被认为可以满足可持续清洁能源的迫切要求。尽管太阳能转换技术及器件的开发和应用取得了长足的进步和发展,但是现有技术还存在催化效率低,应用成本高等问题。比如金属氧化物带隙较宽,主要对紫外光有光响应,而紫外光能量在全系太阳光谱中占比不到5%,因此对太阳能的利用率过低;在半导体催化材料表面发生的光生电子-空穴的复合以及逆反应致使部分光生电荷的损失,而在材料体相内由于缺陷位点或导电性较差也会导致光生电子-空穴复合,激发的电子不能及时地转移到材料表面或者材料-电解质界面参加反应,导致大多数催化剂的量子效率不高;催化材料较差的载流子迁移率和较大的表面反应动力学障碍,导致材料的光能量转换效率无法达到理想水平;同时,目前的半导体催化材料的光化学稳定性也较低,在光照和电解质溶液中的腐蚀降低了催化效果。因此发展高效的半导体催化材料对于突破光(电)催化性能的瓶颈具有重要的意义。针对这一现状,本文通过构筑掺杂型半导体材料和能带结构高度匹配的异质分级结构,实现对太阳能的高效转换,探究纳米结构对光转换性能的影响,深入研究光(电)催化机理以及获得高效太阳能转换的关键科学问题。研究内容如下:(1)采用单分散的SiO_2微球作为硬模板,通过改良的Stober法异质外延生长Ti掺杂SnO_2纳米壳层得到SiO_2/Ti-SnO_2核壳结构,并通过刻蚀法去除模板,成功地制备出形貌和Ti掺杂浓度均可控的Ti掺杂SnO_2空心球结构。Ti掺杂SnO_2材料的尺寸为300 nm左右,Ti在材料中均匀分布,并部分取代了 SnO_2晶格中Sn~(4+)的位置,实现了 Ti对SnO_2的均质掺杂;20%Ti掺杂SnO_2表现出优异的光催化效果,因为SnO_2晶格内的Sn~(4+)被Ti~(4+)替代后,产生具有光响应特性的掺杂能级,因此拓宽了光响应范围,增强光吸收性能,从而有效改善光催化活性。(2)采用单分散的Cu_2O实心立方体作为硬模板,基于柯肯达尔效应的牺牲模板法和内向刻蚀法在室温下成功制备了形貌可控的双层异质Cu_(2-x)Se/Cu_7S_4空心立方体。基于其组装的QDSSC的光电转换效率高达4.38%,远远大于基于Cu_2S的QDSSC(3.43%)和Pt的QDSSC(1.54%)。光伏性能的提高来源于导电性更好的Cu_(2-x)Se相和独特的双层空心结构,大的比表面积能提供更多的反应活性位点,加速电解质的扩散以及电子转移,提高对多硫氧化还原电对的电催化活性;双层结构具有更好的光反射性能,提高光利用率;优异的长效稳定性是来源于Cu_(2-x)Se在多硫电解质中良好的稳定性,双层结构避免了 Cu_7S_4的腐蚀。(3)通过简单的四步法成功制备了有序排列的叁元异质纳米棒阵列Cu_7S_4/TiO_2/CoCr-LDH NAs,采用垂直排列的Cu(OH)_2纳米棒作为硬模板。它表现出了优异的PEC分解水性能,光能量转换效率是TiO_2NAs光阳极的2.1倍,在Na_2SO_4溶液中(pH=6.8)的电流密度达到2.04 mA_cm~(-2)(1.23 V vs RHE)。PEC性能提高源于能带结构匹配的分级异质结构的形成,它具有更大的活性比表面积、两种可参与水氧化反应的界面、拓宽的光响应范围、改善的光生载流子分离效率、提升的表面水氧化动力学以及独特的电子和气体传输通道。(4)以Cu_2O纳米立方体为模板制备了N-GQDs修饰的CeO_2/Cu_7S_4双层异质空心立方体。叁元结构表现出优异的PEC性能,光能量转换效率是SS-CeO_2-NBs光阳极的2.3倍,达到0.82%(0.8 V vs RHE),在Na_2SO_4溶液中(pH=6.8)的电流密度达到2.75 mA.cm~(-2)(1.23 V vs RHE)。PEC性能的提高源于两方面的协同效应,一是能带结构高度匹配的叁元Ⅱ型异质结能拓宽光响应范围,加快光生载流子分离和转移、降低它们的复合几率并改善材料的表面水氧化动力学,二是独特的双层空心结构具有更大活性比表面积,能提供更多的活性位点用于氧化还原反应,同时还具有更高的光利用率以及更快的电子-空穴对和电解质的扩散过程。(5)在CeO_2基础上逐步引入窄带隙Cu_7S_4和可见光响应的CoWO_4，构筑了有序排列的Cu_7S_4/CeO_2/CoWO_4叁元异质纳米管阵列。构建叁元Ⅱ型异质分级结构后,基于TS-Cu_7S_4/CeO_2/CoWO_4-HNAs光阳极的PEC体系表现出优异的PEC性能和光化学稳定性。Cu_7S_4和CoWO_4的共敏化能拓宽光响应范围;能带结构高度匹配的Ⅱ型异质结构能加快光生载流子分离和转移,降低光生载流子的复合几率;叁层空心分级结构能提供更多的活性位点的同时,也避免了CU_7S_4的腐蚀。(本文来源于《山东大学》期刊2019-05-11）
王琼[9]（2019）在《3D铜基半导体异质结的构建及其对痕量有机物高灵敏光电响应研究》一文中研究指出随着生活水平的不断提高,人类对环境和医疗诊断的要求越来越高。准确、快速、灵敏的检测痕量有机物,如环境污染物和生物小分子,成为研究人员关注的热点。因此,我们利用光电化学检测的方法,从能带理论和晶格匹配的前提出发,通过调节形貌、调控组成,利用简单的水热法和电化学沉积法设计并制备了具有不同功能的3D铜基半导体异质结电极,包括棒状CuCo_2O_4@CoO异质结、组分可控的双功能花状Cu_2SnS_3@SnS_2双界面异质结、具有丰富氧缺陷的CuCo_2S_4@CuCo_2O_4/碳布一体化电极以及具有Z型传导机制的CuSnO_3@Cu_2O异质结复合膜。巧妙设计的半导体异质结不仅可以拓宽电极对可见光和近红外光的吸收,提高电极对全光谱太阳光的利用率,还可以通过异质结形成的内在电场促进光生载流子的分离,延长光生电子的寿命,有利于提高光电化学传感器的灵敏度和稳定性。此外,3D层级的形貌赋予电极丰富的活性位点,有利于电极与目标物接触,实现对痕量级目标物的高灵敏检测。将四种铜基半导体异质结分别作为工作电极构建多功能光电化学平台,对痕量级双氯酚酸、硝基苯和L-半胱氨酸进行高灵敏光电响应研究,并通过控制电位和形成化学键实现选择性检测:1.设计并构建棒状CuCo_2O_4@CoO半导体异质结,棒状的形貌为电子的传输提供直接的路径,促进光生电子和空穴的分离,CuCo_2O_4@CoO异质结的形成提高了电极对可见光的利用,有效抑制光生载流子复合,提高光电化学传感器的灵敏度。将CuCo_2O_4@CoO/FTO作为光电阳极,对具有电活性的非甾体类抗炎药双氯酚酸(DCF)进行光电化学检测,通过控制施加偏压,准确掌握电极的氧化还原能力,使CuCo_2O_4@CoO/FTO电极在众多非甾体类抗炎药中对DCF具有选择性响应。DCF在光电阳极被氧化,消耗体系中的光生空穴,产生“signal-on”的光电流响应。DCF的浓度在10 nmol L~(-1)到500μmol L~(-1)范围内与光电流具有良好的线性关系,检出限(S/N=3)为6.5 nmol L~(-1)。利用CuCo_2O_4@CoO/FTO光电化学传感器对自来水、河水以及环境污水中的DCF含量进行分析,结果令人满意。2.巧妙设计并构筑3D花状Cu_2SnS_3@SnS_2双界面半导体异质结。夹心型Cu_2SnS_3-SnS_2-Cu_2SnS_3双界面p-n异质结的形成促进光生电子和空穴在内在电场的作用下迅速分离,有利于提高光电化学传感器的光电响应性能。3D花状的形貌不仅有利于入射光经过多级反射和散射而被吸收,提高电极对可见光的利用率,还具有较大的比表面积,可以提供大量的活性位点,有利于提高传感器的灵敏度。此外,通过控制电化学沉积时间可以准确控制Cu_2SnS_3@SnS_2半导体中p-Cu_2SnS_3与n-SnS_2的比例,使Cu_2SnS_3@SnS_2/FTO电极可以进行阳极检测模式和阴极检测模式的转换,实现对两种目标物的检测。当Cu_2SnS_3@SnS_2/FTO作阳极时,通过Cu与L-半胱氨酸(L-Cys)间形成Cu-S键实现对L-Cys的选择性检测。L-Cys的浓度在10 nmol L~(-1)到100μmol L~(-1)间与光电流具有良好的线性关系,检出限(S/N=3)为8.5nmol L~(-1)。当Cu_2SnS_3@SnS_2/FTO作阴极时,可以对硝基苯(NB)进行高灵敏检测。NB的浓度在100 pmol L~(-1)到300μmol L~(-1)间具有良好的线性关系,检出限(S/N=3)为68 pmol L~(-1)。分别选择复方氨基酸注射液、尿样和环境水样作为实际样品对两种模式下传感器的实际应用能力进行评估,结果令人满意。3.通过原位生长和原位转化的方法制备了CuCo_2S_4@CuCo_2O_4/碳布一体化电极,3D CuCo_2S_4@CuCo_2O_4纳米针阵列均匀、紧密的生长在碳布基底的表面。3D纳米针阵列的形貌使入射光经过多级反射、散射而被吸收,提高电极对太阳光的利用率,同时可以暴露更多的边缘活性位点,有利于提高传感器的灵敏度。原位形成的异质结和一体化的电极结构可以降低电极界面电荷转移阻力,促进光生载流子的分离,提高传感器的稳定性。形成的CuCo_2S_4@CuCo_2O_4异质结结构不仅可以将太阳光的利用范围由可见光区拓宽到近红外光区,还能效的促进光生电子和空穴的分离。导电性能优越的碳布作为基底可以进一步促进电子转移,有效抑制光生载流子的复合,大大提高传感器的光电响应性能。此外,原位转化过程中产生大量氧缺陷,显着提高了电极的催化能力,促进分析物在电极表面氧化还原反应的进行,有效的提高了传感器的灵敏度。将CuCo_2S_4@CuCo_2O_4/碳布作为光电阳极建立了L-半胱氨酸(L-Cys)光电化学分析方法。L-Cys的浓度在5 nmol L~(-1)到500μmol L~(-1)范围内与光电流具有良好的线性关系,检出限(S/N=3)为4.7 nmol L~(-1)。L-Cys通过与CuCo_2S_4@CuCo_2O_4/CC电极中的Cu形成Cu-S键而被选择性识别,并作为电子供体在光电阳极被空穴氧化,产生“signal-on”的光电流响应,实现对L-Cys的高灵敏、选择性检测。利用CuCo_2S_4@CuCo_2O_4/CC光电化学传感器对人体尿样、血样以及复方氨基酸注射液中L-Cys含量进行分析,结果令人满意。4.巧妙设计并构建具有Z型传导机制的3D CuSnO_3@Cu_2O异质结复合膜,3D的形貌有利于提高电极对可见光的利用率,Z型的传导机制和CuSnO_3@Cu_2O异质结不仅可以提高光生载流子的分离和转移能力,还可以保留光生电子和空穴最强的还原和氧化能力,使CuSnO_3@Cu_2O具有高效的光电催化性能。将CuSnO_3@Cu_2O/FTO作为光电阴极检测硝基苯(NB),NB浓度在0.5 nmol L~(-1)到100μmol L~(-1)范围内与光电流具有良好的线性关系,检出限(S/N=3)为0.43 nmol L~(-1),CuSnO_3@Cu_2O/FTO光电化学传感器展现了令人满意的抗干扰能力,具有良好的重现性和稳定性。除此之外,Z型CuSnO_3@Cu_2O作为催化剂,对光电还原NB制备苯胺具有高效的光电催化作用。利用UV-vis分光光度计和HPLC分析,NB经过2.5h光电催化还原后,还原率达到85.7%,苯胺的产率为62%。实验表明CuSnO_3@Cu_2O光电化学体系对NB具有高灵敏检测和高效催化还原的双功能作用,对环境监测与污染物处理技术的发展具有推动作用。(本文来源于《辽宁大学》期刊2019-05-01）
李毅[10]（2019）在《新型一维半导体纳米异质结构的设计、精准合成及性能研究》一文中研究指出随着社会工业化与现代化的发展,温室效应和能源短缺已成为社会广泛关注并迫切需要解决的问题,因此开发高效催化体系以生产新型清洁能源成为了当前的研究热点。光催化转化是利用太阳能实现分子键断裂和重组的过程,因其可持续性而被视为解决环境问题、制备清洁高效能源的一种理想方式。高效率和高选择性光催化剂的可控合成是实现特定产物转化的先决条件。然而,目前光催化剂普遍存在光捕获能力差、电荷分离效率低、反应速率慢、转化选择性差等问题。一维半导体纳米异质结因其丰富的材料组分和独特的电子能带结构而受到了科学界的广泛关注。但如何合理设计新颖独特的一维胶体异质结构光催化剂,并且精确调控材料的组成结构,以实现光催化反应的高活性和高选择性,仍然是目前尚待解决的关键科学问题。本论文旨在开展新型一维半导体纳米异质结构的设计、精准合成及光催化性能研究。针对目前光催化反应面临的低转化效率和低选择性的不足,基于理论指导,设计并制备了一系列一维胶体异质纳米结构光催化剂,以实现光催化转化中的高反应活性和高选择性。同时,结合时间分辨光谱技术与光催化反应阐明了其工作机制,以进一步优化反应性能。取得的主要研究结果如下:1.设计并制备了轴向分段的量子点-纳米线胶体异质结构,实现了对量子点晶面的选择性钝化。将量子点外延堆垛在纳米线中既可以选择性钝化量子点的高缺陷晶面,避免光生载流子在表面缺陷处湮灭,同时又能保证电荷载流子有效转移到量子点表面参与氧化还原反应,从而极大地提升光催化效率。为了构筑这种量子点-纳米线结构,基于催化生长方式设计了一种“脉冲式轴向外延生长”策略,可以动态切换反应前驱物以交替生长量子点和纳米线,从而将多个CdS量子点外延堆垛在了ZnS纳米线中。该方法主要取决于这些半导体原子嵌入宿主催化剂的能量差异,这决定了其在催化剂-纳米线界面处的成核顺序。该合成策略具有高度可调性,能够精准调控量子点的尺寸、数目、间距和晶相。第一性原理计算与时间分辨光谱分析表明,ZnS纳米线对CdS量子点(111)晶面的选择性钝化避免了载流子在表面缺陷处的局域化,显着提高了光生电子的寿命。最终,量子点-纳米线的光解水制氢效率较普通CdS量子点提高了一个数量级。这种量子点-纳米线异质结构的晶面选择性钝化效应为合理设计构筑高效光催化剂提供了新的思路。2.设计并制备了一系列轴向超晶格纳米线光催化剂,以解决传统光催化剂构型的不足。将不同组分与结构的材料沿纳米线轴向分段堆垛,形成轴向超晶格纳米线,有利于充分捕获太阳光、灵活设计能带结构、可控调节尺寸结构参数以提高电荷分离效率等,因而在太阳能驱动的化学反应中具有重要的应用价值。为了精准合成一系列界面清晰的胶体轴向超晶格纳米线光催化剂,从而明确其构效关系,开发了一种可程序化的合成技术。通过对CdS-ZnS量子点-纳米线进行选择性的阳离子/阴离子交换反应,将不同的光催化剂组分集成到超晶格纳米线中,最终构筑了包括P-N结和半导体-助催化剂在内的23种轴向超晶格纳米线光催化剂,并实现了对其组分、维度、界面和周期性的精准控制。3.设计并制备了一系列位点选择性磁化的胶体纳米棒异质结构,实现了材料的光学活性(手性)。相比传统的电偶极调控策略,提出在纳米结构的特定位点引入局域微观磁场以调控磁偶极矩可实现稳定的光学活性,从而避免传统手性光催化剂在非对称性光化学合成中存在的环境稳定性差、导电性差等问题。通过设计一种“双缓冲层”策略,将Fe3O4磁性纳米颗粒选择性地生长在了一系列组分可调的ZnxCd1-xS纳米棒的端点,从而实现了一维纳米棒的区域选择性磁化。圆二色(CD)光谱研究表明所有的纳米棒异质结构均具有同一方向的手性特征。该工作为设计发展新型手性半导体纳米材料用于非对称性光催化奠定了重要基础。(本文来源于《中国科学技术大学》期刊2019-05-01）
半导体异质结论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
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。
写法范例：
半导体异质结在探索新奇物理和发展器件应用等方面一直发挥着不可替代的作用.得益于其特有的能带性质,相对较窄的带隙和足够大的自旋轨道耦合相互作用,Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体异质结不仅在红外器件应用方面具有重要的研究价值,而且在拓扑绝缘体和自旋电子学等前沿领域引起了广泛的关注.尤为重要的是,在以CdTe/PbTe为代表的Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体异质结界面上发现了高浓度、高迁移率的二维电子气.该电子气的形成归因于Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体异质结独特的扭转界面.进一步的研究表明,该二维电子气体系不仅对红外辐射有明显响应,而且它还表现出狄拉克费米子的性质.本文系统综述了近年来Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体异质结二维电子气研究取得的主要进展.首先对Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体异质结扭转界面二维电子气的形成机理进行了介绍;然后讨论该二维电子气在低温强磁场下的输运性质,并分析了它的拓扑性质以及在自旋器件方面的应用前景;最后,展示了基于该二维电子气研制的中红外光电探测器.
（2）本文研究方法
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。
半导体异质结论文参考文献
[1].赵临风,王善江,张晓阳,赵明虎,纪愚.油性金属-半导体异质结构可见光催化特性及在水处理中的应用研究[J].电子器件.2019
[2].马嵩松,舒天宇,朱家旗,李锴,吴惠桢.Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体异质结二维电子气研究进展[J].物理学报.2019
[3]..使用异质外延技术的原子“拼凑”用于下一代半导体器件[J].家电科技.2019
[4].刘昊.低维异质结构与新型Ⅲ-Ⅴ族半导体发光器件的研究[D].北京邮电大学.2019
[5].张德重.基于自耗尽效应的异质宽禁带半导体紫外探测器的研究[D].吉林大学.2019
[6].宋晓攀.异质结增强氧化物半导体气敏性能及机理研究[D].济南大学.2019
[7].钱凯.GaN/TiO_(2-x)半导体异质结材料的制备与性能研究[D].太原理工大学.2019
[8].冉蕾.复合半导体纳米异质结构的设计及其光电催化性能研究[D].山东大学.2019
[9].王琼.3D铜基半导体异质结的构建及其对痕量有机物高灵敏光电响应研究[D].辽宁大学.2019
[10].李毅.新型一维半导体纳米异质结构的设计、精准合成及性能研究[D].中国科学技术大学.2019
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