导读:本文包含了薄膜输运论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:无氢非晶碳,sp2,sp3比值,sp2团簇,载流子输运
薄膜输运论文文献综述
郭鹏,马鑫,陈仁德,张琪,赵玉龙[1]（2019）在《非晶碳薄膜载流子输运和压阻行为研究》一文中研究指出非晶碳(a-C)薄膜sp~2/sp~3比值、sp~2团簇大小等会显着影响薄膜的电子输运行为以及压阻特性,相关作用规律尚不明确。本研究采用磁控溅射技术,通过改变沉积过程中基体上施加的负偏压,制备了一系列sp~2/sp~3比值稳定、sp~2团簇大小不同的无氢非晶碳薄膜,并系统研究了其电学性能并探索了压阻特性。结果表明:当负偏压从0增加到300 V时,薄膜sp~2含量保持在52±1.5%,同时a-C中sp~2团簇尺寸在1.63～1.93 nm范围变化。在-50 V时,薄膜中sp~2团簇尺寸最大,同时薄膜电阻率最低0.32Ω·cm,这是由于sp~2团簇之间的平均跳跃距离减小所致。此外,对于-50 V和-100 V偏压下沉积的a-C薄膜,在100-350 K温度范围内,表现出变程跳跃传导(variable range hopping, VRH)导电行为。压阻测试表明a-C薄膜的压阻系数(GF)在1.4-12.1范围内,GF随薄膜sp~2含量和sp~2团簇尺寸变化。另外,集成了基于a-C的MEMS力传感器在0-1.16N范围内灵敏度为80.7μV/V/N,非线性度约1.3%,且可重复5000次试验循环。(本文来源于《TFC'19第十五届全国薄膜技术学术研讨会摘要集》期刊2019-11-15）
蔡立[2]（2019）在《单晶过渡金属氧化物薄膜及异质结的磁性和电输运研究》一文中研究指出自旋电子学(Spintronics)是希望同时利用电子自旋和电荷的属性,获得新奇的磁学或者电学性质的一门新兴学科。自1988年巨磁电阻效应(Giant magnetoresistance,GMR)发现以来,自旋电子学因为在信息存储、计算、通信、生物神经网络模拟、能量转换和高灵敏度传感器等领域的广泛应用前景获得越来越多的关注。叁十年来科研工作者们利用先进的制备技术、精细的微纳加工工艺和灵敏的测量表征方法,在多种多样的材料体系中开展自旋电子学的应用研究。其中,过渡金属氧化物材料具有丰富的物理性质和强的自旋、轨道、晶格耦合强度,为自旋电子学应用研究提供了理想的平台。例如,过渡金属氧化物中有可用于交换偏置效应的反铁磁材料、用于自旋泵浦的铁磁绝缘体材料、具有重要商业价值的高温超导材料、具有庞磁电阻效应的钙钛矿锰氧化物材料、与半导体工艺相结合的磁性半导体材料和同时具有铁电和铁磁特性的多铁材料等。而且这些过渡金属氧化物材料及其异质结构在磁电阻、自旋泵浦、金属绝缘体转变和超导等领域展现出许多新奇的电学或磁学性质,获得广泛的关注。近年来,氧化物反铁磁材料的研究取得突破性进展。氧化物反铁磁体不仅本身具有太赫兹的高频特性,而且氧化物反铁磁材料的异质结构在交换偏置(Exchange bias)、反铁磁交换弹簧效应(Antiferromagnetic exchange spring effect)、隧穿各向异性磁电阻(Tunneling anisotropic magnetoresistance)以及自旋流注入等多个方面展现出优异的特性。理论和实验的研究成果使科研工作者们认识到合理地使用和调控反铁磁结构可以拓展反铁磁材料的功能,例如构建未补偿的磁性表面,引入局域的导电通道,调制材料的自旋轨道耦合强度,操纵反铁磁体的磁矩取向以及光诱导磁振子的激发和关闭等等。本论文选择过渡金属反铁磁氧化物CoO作为研究对象,基于以下叁方面原因:一、CoO体材料具有高的磁晶各向异性和实验上易于接近的奈尔温度(～293 K);二、CoO单晶具有NaCl型面心立方结构和共线的自旋排布;叁、CoO(111)面不仅是极性面(表面只有阳离子或者阴离子),而且具有未补偿的自旋。因此,CoO(111)单晶是研究反铁磁的磁矩和调控的理想材料。然而目前为止,鲜有关于高质量的单晶CoO(111)的反铁磁性调控的实验报道。基于此现状,本论文不仅探索了高质量的CoO(111)单晶薄膜的制备工艺,而且通过元素掺杂和超晶格构建两种方式分别研究了Zn掺杂CoO(ZnxCo1-xO,0≤x≤0.24)对反铁磁序的调控和[Co/CoO]n超晶格对薄膜磁性和电输运性质的影响。本论文研究的另一种材料体系是氧化物磁性半导体材料。磁性半导体材料备受关注的主要原因是它有望将现代信息技术的两个主要特性——半导体器件的逻辑性和存储器件的磁性——结合在同一种材料中。科研工作者致力于将具有高居里温度、高饱和磁化强度的磁性半导体集成到利用电荷和自旋来承载数据信息的半导体自旋电子器件中。在磁性半导体的研究历程中,不同的课题组进行了大量的探索,但是实验上得到的各种磁性半导体材料(如GaMnAs、MnGe、CoTiO等)的性质不尽如人意。这些材料或者缺乏高的居里温度、高的饱和磁化强度,或者其室温铁磁性来自于非本征的磁性杂质相,这都阻碍了磁性半导体在自旋电子器件方面的应用。目前,具有高过渡金属含量的、高质量的单晶磁性半导体仍是科研工作者们努力的目标之一。为此目的,我们选择四元的具有面心立方结构(fcc)的Cox(MgyZn1-y)1-xO1-v单晶薄膜作为研究对象。这是因为叁元的MgxZn1-xO材料的晶体结构会随Mg掺杂浓度的升高从ZnO基的六方结构向MgO基的面心立方结构演变,而且CoxMg1-xO是一种组分可在0%～100%比例范围调整的具有fcc结构的材料。因此,四元的fcc-Cox(MgyZn1-y)1-xO1-v材料体系为解决过渡金属在半导体中的低溶解度问题提供有效的平台。本论文将重点介绍高掺杂Cox(MgyZn1-y)1-xO1-v(x=0.5)单晶薄膜的磁性以及组分和氧空位浓度对磁性的调控。本论文的工作包括以下叁个方面的内容:一、Zn掺杂CoO(111)单晶薄膜的制备及反铁磁性的调控。我们以热蒸发的纯金属Zn和Co在氧等离子体气氛中氧化的方式,利用分子束外延技术制备了高质量的单晶外延ZnxCo1-xO(111)薄膜,并研究了不同Zn掺杂浓度(0%～24%)对CoO(111)反铁磁结构的影响。一方面,通过Co/ZnxCo1-xO异质结的交换偏置效应表征了ZnxCo1-xO薄膜的反铁磁性。实验结果显示,Co/ZnxCo1-xO异质结的交换偏置场随着Zn组分的增加而降低。而经过氧等离子体气氛退火的ZnxCo1-xO薄膜与Co形成的异质结(标记为退火后的异质结)比制备态的Co/ZnxCo1-xO具有更大的交换偏置效应。另一方面,制备态的Zno.24Co0.760单层膜存在弱的室温铁磁信号(9.5 emu/cm3),而退火后的ZZno.24Co0.76O中铁磁信号消失,这说明制备态Zn0.24Co0.760薄膜的铁磁性源自氧空位导致的局域铁磁交换耦合作用。结合Co/ZnxCo1-xO异质结的交换偏置效应和ZnxCo1-xO单层膜的磁性结果,我们认为在高掺杂的ZnxCo1-xO单晶薄膜中存在由CoO构成的反铁磁相和由氧空位引起的铁磁相的共存。氧空位的存在不仅弱化了CoO的反铁磁交换耦合,而且增强了薄膜的铁磁交换耦合。因此,我们提供了一种通过调整掺杂比例和氧空位浓度来调控CoO单晶薄膜的反铁磁性的方法。二、[Co/CoO]n超晶格的外延制备及磁性和电输运性质。在实验上,制备由铁磁金属和反铁磁氧化物组成的超薄、单晶、外延的超晶格是极具挑战性的工作。在超晶格中,由于存在多个铁磁/反铁磁界面,体系的界面交换耦合、磁有序和电输运性质预期会被极大地调制。我们利用分子束外延技术制备了由铁磁金属Co和反铁磁氧化物CoO组成的单晶外延[Co/CoO]n超晶格。磁性测量结果显示,即使是最薄的[Co0.6/Co01.2]5超晶格,其饱和磁化强度在5 K到300 K温度区间内非常稳定,仅下降1.5%。电输运的测量结果表明,[Co/CoO]n超晶格的电阻率和反常霍尔电阻率受到Co层厚度和Co/CoO界面的影响。[Co/CoO]n超晶格材料为研究由铁磁金属和反铁磁氧化物异质结提供了新的平台。叁、Cox(Mg0.55Zn0.45)1-xO1-v单晶薄膜的混合磁性相的调控。利用分子束外延技术制备了具有高Co掺杂浓度的、单晶的、面心立方的Co0.5(Mg0.55Zn0.45)1-xO1-v薄膜。磁性测量和软X射线吸收光谱的测量结果显示,Co0.5(Mg0.55Zn0.45)0.5O1-v薄膜中存在由于氧空位非均匀分布导致的铁磁相、超顺磁团簇和非磁边界叁相共存的混合磁性相结构。此外,薄膜混合磁性相之间的相对强度可以通过调整制备时的氧分压和Co掺杂浓度来调控。这种磁性和带隙可同时被调控的Cox(MgyZn1-y)1-xO1-v材料有望在新型磁电调控器件方面获得的广泛应用。(本文来源于《山东大学》期刊2019-05-27）
林硕,陈焕庭,李细荣[3]（2019）在《硫化亚锡薄膜太阳电池中光生载流子产生、复合和输运机制研究》一文中研究指出硫化亚锡(SnS)作为一种新型的薄膜光伏电池材料,引起了科学界的广泛关注。无机Sn S薄膜在制备光伏器件方面有许多的优点:它的直接带隙为1.2–1.5eV,在可见光区具有很高的吸收系(α>10~4cm~(–1));其组成元素S和Sn在地球上储量丰富、廉价、无毒,有很好的环境相容性。本研究组最近在SnS薄膜电池方面开展了一些理论模拟方面的研究工作~([1-3])。本文采用InGaN和AlGaN薄膜作为SnS异质结薄膜太阳电池的新型窗口层,通过理论模拟的方法,研究了In_xGa_(1-x)N/SnS和Al_xGa_(1-x)N/SnS异质结薄膜电池的光伏特性,重点研究了不同In组分和不同Al组分对SnS异质结薄膜电池性能的影响。通过研究发现,In_xGa_(1-x)N/SnS电池的性能随着In组分的降低而提高,其中GaN/SnS电池产生了最高的光电转换效率。随着GaN窗口层厚度的减少和SnS吸收层厚度的增加,GaN/SnS电池的效率有所提升。对于Al_xGa_(1-x)N/SnS电池,在Al_xGa_(1-x)N/SnS异质结界面存在着电子势垒;随着Al组分的升高,电子势垒也随之升高,导致了Al_xGa_(1-x)N/SnS电池效率的降低。SnS薄膜中的缺陷和薄膜晶体质量是制约SnS基太阳电池效率提升的一个关键性因素。通过理论模拟,对含有杂质能级或缺陷能级的SnS同质结太阳电池中的光生载流子产生、复合和输运机制进行深入研究。本文分别采用AMPS软件中的寿命模式和俘获截面模式研究了光生载流子产生和复合;在俘获截面模式的模拟中重点讨论了分立能级和Gaussian能级的复合对电池性能的影响。本文还对电池的光照非平衡态能带结构、内建电场分布和电流输运情况进行了对比分析。(本文来源于《第六届新型太阳能电池材料科学与技术学术研讨会论文集》期刊2019-05-25）
赵辉[4]（2019）在《Gd_3Fe_5O_(12)薄膜的制备及其自旋相关输运的研究》一文中研究指出铁磁绝缘体薄膜/非磁金属薄膜这类双层膜体系一直是自旋电子学的重要研究对象,相关效应有自旋泵浦效应(SP),自旋霍尔磁电阻效应(SMR),自旋塞贝克效应(SSE)等。我们选用钇铁石榴石(Y3Fe5O12,YIG)和钆铁石榴石(Gd3Fe5O12,GdIG)作为铁磁绝缘体薄膜,通过研究两者SMR和SSE的异同点,阐释一些自旋流产生和输运的相关性质。本文主要涉及以下两方面工作:利用脉冲激光沉积技术生长高质量的YIG和GdIG薄膜,再利用磁控溅射生长金属薄膜铂(Pt)。通过比较YIG/Pt和GdIG/Pt的自旋霍尔磁电阻随温度变化的关系,发现后者的低温SMR远小于室温SMR,说明Gd的4f电子对界面自旋混合电导的贡献随温度变化且在低温下不可忽略。在GdIG的磁性温度补偿点附近,某些外场下的SMR出现负值,我们将其归结于子晶格磁矩并非共线排列,而是出现了倾斜相且磁矩随磁场增大发生“旋转”,产生反铁磁的spin-flop,且发生spin-flop的临界场远小于普通反铁磁的临界场。研究自旋塞贝克效应的界面贡献。我们测量YIG/Pt和GdIG/Pt的SSE随温度的变化,前者的SSE未出现变号,后者的SSE有两次变号:低温变号点和高温变号点。将GdIG作为界面层插入YIG和Pt中后,体系只出现了低温变号点,通过测量SQUID-VSM我们排除了GdIG磁结构的变化,因而将低温变号归结于GdIG作为界面层对自旋流的“筛选”,同时将YIG作为界面层插入到GdIG和Pt中,体系只出现了由于GdIG磁结构发生变化的高温变号点,这是由于YIG作为界面层抑制了GdIG的低温变号点。我们通过提供一种调控界面层的途径,说明了界面效应对SSE贡献的重要性。(本文来源于《南京大学》期刊2019-05-10）
任亚飞[5]（2019）在《二维拓扑体系及过渡金属薄膜的能带及输运特性研究》一文中研究指出拓扑概念的引入极大地丰富了传统的凝聚态物理。从体材料角度,根据能带拓扑数对物质态进行分类的标准被引入,量子霍尔效应、量子反常霍尔效应、拓扑绝缘体等新物质态被提出,超越了传统的朗道范式,并且其在金属领域的推广不仅解释了反常/自旋霍尔效应,还引出了外尔半金属这一物质态;在有限尺寸体系中,绝缘体的拓扑性体现在鲁棒的金属性边界态上,提供了一种难以被杂质散射的低维、低能量耗散电子态;虽然拓扑性对材料的细节特性不敏感,然而,不同的拓扑界面态呈现出一些依赖于材料特性的电子、自旋输运行为,为基础研究和实际应用提供了很好的平台。本论文中,我们发现了一种朗道对称破缺协助产生的新拓扑物质态的迹象,即电荷密度波协助产生的叁维量子霍尔效应(第一章),提出两种实现量子反常霍尔效应的新机制,一者基于面内磁化,二者由库仑相互作用诱导产生(第二、叁章),研究了基于量子谷霍尔效应和量子反常霍尔效应的拓扑界面态的输运特性(第四章),并构造过渡金属单原子层的模型哈密顿量,为后续研究其输运特性打下基础(第五章)。引入拓扑概念的最重要的因素之一是量子霍尔效应的发现,为了解释这一现象而提出的各种理论成为后续拓扑能带理论的基础。因此,在第一章前半部分,我们将回顾量子霍尔效应的实验特征,以及由其引入的重要的观点。主要包括:(1)Laughlin提出的pumping图像,(2)Halperin基于有限尺寸体系边界态提出的边界态输运理论,(3)Thouless-Kohmoto-Nightingale-Nijs(TKNN)等四人基于周期性势场中,电子在磁场下的霍尔电导提出的TKNN公式。这几种不同的图像可以通过贝利相位这一重要概念统一起来。在后半部分,我们将简介将TKNN公式推广到二维晶体材料中引出的多种零磁场下的拓扑相,包括量子反常霍尔效应、量子谷霍尔效应、以及拓扑绝缘体。最后,我们将介绍二维拓扑相在叁维体系中的推广,包括叁维拓扑绝缘体和我们最近与实验组合作发现的叁维量子霍尔效应的迹象。在第二章,我们将介绍基于面内磁化实现量子反常霍尔效应的新机制。根据对称性分析,我们提出,若想借助面内磁化实现量子反常霍尔效应,材料的结构在忽略磁序的时候需要同时破坏镜面反射对称性和二维面内的空间反演对称性。通过对比平的六角晶格结构(如石墨烯,不满足对称性约束)和弱翘曲的六角晶格结构(如硅烯,满足对称性约束),我们发现面内磁化无法在石墨稀中诱导该效应,但是在硅烯中可以。我们发现,非平庸的拓扑能隙发生在布里渊区中的M点,而非传统的K/K'点,并且呈现陈数土1。当磁化在面内旋转时,陈数呈现±1的拓扑相交替出现,相图具有叁重旋转对称性。然而硅烯中实现该效应所需的交换场极大,使得实验实现非常困难。通过考虑多层硅烯、以及具有类似结构的铋双层,我们有效的减少了临界交换场的大小,并发现大陈数的量子反常霍尔效应。在第叁章,我们在前半部分研究了谷间耦合机制和有效哈密顿量。为了在(类)石墨烯材料中实现量子反常霍尔效应,需要一些外部手段引入磁性和外秉自旋轨道耦合。这些外部手段可能引入3N × 3N或(?)×(?)的超元胞,这种超元胞导致的布拉格散射可以将K/K'谷耦合起来。通过吸附原子构造超元胞,我们发现,对于具有叁重旋转对称性的顶位吸附,由于AB子格点对称性被破坏,会在狄拉克点打开能隙,同时,当谷间耦合强度较大时,这个拓扑平庸的能隙可以被关闭,形成一个半金属,其中导带和价带具有二次接触的能带结构。二次接触处的简并受到C3v对称性的保护。我们同时研究了六角环中心吸附(C6v对称性)和相邻AB格点中心位置的吸附(C2v对称性),发现了谷赝自旋的塞曼场和谷-轨道耦合机制,提供了一种对谷这一赝自旋自由度进行调控的机制,在谷电子学中有潜在应用价值。在第叁章后半部分,我们介绍库仑相互作用在二次接触能带中诱导产生的自发量子反常霍尔效应。当费米面处于二次接触点时,体系费米面约化为一个点,二次型的能带结构使得费米面处的态密度非零,在相互作用下可能会打开能隙。借助于严格对角化和密度矩阵重整化群方法,在不考虑电子自旋的情况下,我们数值研究了kagome晶格模型,该模型具有类似的二次接触的能带结构,由于元胞较小,有利于数值上得到收敛的结果。当引入最近邻和次近邻格点上电子-电子的库仑排斥相互作用,我们发现体系自发地破坏时间反演对称性,在能带接触处打开能隙,形成量子反常霍尔效应。时间反演对称性是被自发产生的环路电流破坏的,这种环路电流具有两种手性,即左手和右手,二者能量简并,但是陈数相反,分别为土1。陈数是通过在圆柱结构中引入flux,借助Laughlin提出的pumping的图像计算得到的。我们发现,保护该量子反常霍尔效应的能隙的大小主要依赖于次近邻相互作用,在次近邻相互作用小于最近邻的参数空间中,我们计算发现了鲁棒的拓扑非平庸相,该参数空间更容易在实验上实现,有助于该效应的观测。在第四章,基于量子谷霍尔效应和量子反常霍尔效应等拓扑态,我们研究了拓扑畴壁上电子态的能带和输运特性。本章中,我们将首先回顾基于量子谷霍尔效应的边界态的输运特性研究进展,然后针对量子反常霍尔效应的不同种类边界态进行研究。我们首先考虑借助面外磁化引入的量子反常霍尔效应体系,在该体系中,磁性序参量方向与拓扑数的正负号锁定在一起,磁化向上和向下的磁畴边界上会形成手性的界面态,具有单向传输电流的特性,我们研究了在两条相交的磁畴边界上的电流分配规律,发现反常的电流分配规则,即电流分配倾向于转角小的畴壁,与量子谷霍尔效应的电流分配规律类似。然后,我们进一步考虑基于面内磁化的量子反常霍尔效应,在具有叁重旋转对称性的体系中,通过将磁化在面内旋转2π/3,体系将具有相同的陈数,但是,在这种具有相同陈数但不同磁化方向的磁畴边界,我们依然可以发现界面态,这种界面态是螺旋性的,具体能带结构依赖于边界磁畴特性,但由于镜面对称性的破坏,其电流分配呈现手性,在其网格中,边界态的能带呈现多个连续平带,提供了一个很好的研究相互作用影响的体系。在第五章,我们关注过渡金属单层体系,构造过渡金属薄膜的紧束缚模型。薄膜中,原子的局域环境不同于体材料中,这导致简并的d轨道呈现不同的能级劈裂,借助于对称性分析,在不同晶格中,我们给出了不同的能级劈裂规则。同时,为了简化模型,我们借助于Slater-Koster近似,仅考虑了最近邻跃迁,基于s、d和pz轨道建立了紧束缚模型;通过拟合第一性原理能带结构,我们得出了不同材料的模型参数。为后续研究这类体系及其异质结中的电子、自旋输运打下基础。最后,我们将对上述工作进行总结和展望,指出存在的问题和可能的后续研究方向。(本文来源于《中国科学技术大学》期刊2019-05-08）
丁元丰[6]（2019）在《α-Sn外延薄膜的性能调控及输运性质研究》一文中研究指出灰锡(α-Sn)作为锡的一种同素异形体,具有金刚石结构,理论上预测在破坏其立方对称性时会转变为一种拓扑材料,比如施加应力使晶体结构发生变形。相比其他的拓扑材料,灰锡的结构和组成简单,应力可以调节拓扑非平庸带隙的大小,因而受到广泛的关注,尤其是二维形态的α-Sn——锡烯,一种宽带隙的二维拓扑绝缘体。虽然外延α-Sn薄膜的拓扑能带已经通过角分辨光电子能谱得到证实,但对其电学表征的报道仍然很少,一方面是因为α-Sn在室温下不稳定使得薄膜质量受限,另一方面是因为常用的InSb衬底的贡献使得对α-Sn薄膜电学性质的分析变得困难。本论文主要对分子束外延生长的α-Sn薄膜样品在低温强磁场下的电输运性质进行了研究。为了减小InSb在电学测试中的贡献,除了以InSb为衬底外,还使用了 GaAs衬底。在对α-Sn样品进行电学表征之前,先通过一系列结构表征表明α-Sn薄膜具有很好的晶体质量和界面质量,结合变温X射线衍射和变温拉曼说明α-Sn的热稳定性有了明显提高。获得室温稳定的α-Sn薄膜为之后的电学表征提供了基础。在低温强磁场下α-Sn样品呈现巨磁阻效应,并伴有非周期的振荡,这种巨磁阻效应一直到150K仍然存在。我们认为强磁场对费米面有修饰作用,从而引入额外的载流子。另一方面,我们还在α-Sn薄膜中观察到了多重超导转变,除了 β-Sn的贡献,在较高温度下也存在若干个超导转变,并且表现出随时间变化的时间效应。这些转变具有二维超导的性质。通过讨论不同超导相的可能性,我们认为α-Sn有可能对超导行为有贡献。在GaAs衬底上生长的样品中,调节InSb缓冲层和α-Sn薄膜的相对厚度可以调控α-Sn薄膜中的应变,从而调控超导行为。在迈斯纳效应的测量中,我们发现含有β-Sn的α-Sn样品表现出具有磁通钉扎效应的II类超导的特征,这主要是由缺陷和无序引起的。本论文中对α-Sn/InSb的磁阻行为的分析展示了其中复杂而新奇的量子性质,在较高温度下的巨磁阻效应使其具有作为磁灵敏和磁存储器件的潜力。相比锡烯,本论文研究了更厚的α-Sn薄膜中的超导行为,可以为之后对α-Sn中拓扑超导的研究提供参考。随着生长条件的优化和更多表征技术的辅助,α-Sn独特的性质将会进一步得到体现,从而在未来的基础研究和器件应用领域得到更广泛的关注。(本文来源于《南京大学》期刊2019-05-01）
王宇生[7]（2019）在《硅锗外延薄膜中的声子输运及调控研究》一文中研究指出作为第一代半导体,硅和锗半导体的研究和应用一直备受关注。除了在以微电子为主的半导体行业的广泛应用外,硅锗合金材料还在热电转换、光电探测、高速逻辑器件等领域发挥着巨大的作用。值得一提的是在热电应用方面,硅锗材料由于优异的综合性能被运用到最前沿的太空探测器的能源转换器件上。其中备受关注的热传导性质尤其是微纳尺度上的传热机理一直是研究的热点。但是对于硅锗合金薄膜的研究却一直局限于低锗含量即锗组分低于50%,主要原因是合金薄膜与衬底(通常为硅)的晶格失配随着锗组分的增加而变大,致使材料的晶体质量下降,影响表征和机理分析。本论文针对SiGe合金薄膜中的声子输运及调控,以Si(100)衬底上外延的一系列高质量的Si1-xGex(0<x≤1)外延薄膜为研究对象,运用时域热反射法测量并获得薄膜垂直方向的热导率,分析了组分、厚度、温度等因素对热导率的影响。运用玻尔兹曼传热方程和Callaway模型,对Si1-xGex(0<x≤1)薄膜中的热输运进行了理论分析,研究了多种散射机制对于薄膜传热的影响。主要研究成果包括:1.研究了组分对合金薄膜热导率的影响,其中薄膜热导率与组分的关系呈现U型曲线,在x=0.18-0.77区间热导率变化很小,当x=0.32时,薄膜热导率最低(2.05W/mK),验证了声子的合金散射;2.获得了厚度对于Sii-xGe(0<x≤1)薄膜的作用,观测到明显的弹道输运现象,并且随着厚度的增加,声子传热模型由弹道输运转变为扩散输运,发现Si1-xGex中声子平均自由程要大于1 μm;3.在50-300K的变温热导率测量中,我们进一步的验证了Si1-xGex(0<x≤1)薄膜的合金特性,通过声子弛豫时间的计算分析了声子的主要散射机制,并通过声子谱的计算解释了整个温区的热导率变化规律;4.此外,我们还测量了Al/Si、Al/Ge金属/半导体界面的热导,通过界面处理有效的提高了界面热导,提出了改善界面散热的方法。(本文来源于《南京大学》期刊2019-05-01）
何青原[8]（2019）在《MoTe_2薄膜制备及薄膜晶体管输运性能研究》一文中研究指出过渡金属二硫族化合物(TMDs)极具魅力的二维层状结构和区别于块体材料的物理性质,激起了人们浓厚的兴趣研究它们在超大规模电子学和光电子学领域的发展。过渡金属二硫族化合物的二维结构具有优秀的静电可控性,并且可以避免短沟道效应。这些特性使TMDs在未来有望成为10 nm以内互补金属氧化物半导体(CMOS)元件的候选材料。在过渡金属元素是钼或钨的单层TMDs中,单层二碲化钼(MoTe2)具有最狭窄的直接带隙(约1.1 eV),这一独特性质使单层MoTe2成为新型近红外电子和光电子领域中最具潜力的研究材料,引起广泛的关注。实现层状控制的二维横向生长模式是制备大面积、厚度均匀和性质可控的MoTe2薄膜的关键所在,然而到目前为止还未曾实现。本文运用分子束外延技术,在惰性Si02介电层上逐层生长出2英寸晶圆大小的连续单层2H-MoTe2薄膜,提出了一种单步Mo流量控制薄膜成核和生长策略以抑制岛状生长。这一过程只能在较低沉积速率下进行,因为低沉积速率能确保吸附原子在团聚成较大团簇物之前,使其通过表面迁移和相互扩散形成各向同性结构。在惰性2英寸Si02/Si晶圆上,已成功生长出100%覆盖率、原子级平坦的单层2H-MoTe2薄膜,并表现出均匀的面内结构连续性和优秀的声子限制载流子输运行为。这种动力学控制生长的方法已经得到推广:在原子层沉积的A1203电介质上,同样制备出了大面积连续的单层2H-MoTe2薄膜。我们还通过控制生长温度来实现MoTe2从2H相到1T'相的转变,大量表征结果证实了 2H-MoTe2和1T'-MoTe2薄膜大面积、高质量的特性。随着在器件兼容电介质上生长出晶圆尺寸、连续单层MoTe2薄膜的技术突破,我们成功实现了高迁移率单层MoTe2薄膜晶体管(TFT)的批量制造和应用于立体电路的垂直堆迭单层MoTe2 TFT的叁级阵列集成。其中制备的钛电极接触单层MoTe2 TFT表现出P型输运特性,开关电流比高达107,空穴迁移率为23.4cm2V-1s-1。在第一层TFT阵列基础上进行立体堆迭制备的过程中,并未出现电学性能衰退的现象,叁层垂直堆迭MoTe2 TFT器件都表现出强的栅极调控能力。其中第二层和第叁层TFT器件的迁移率和开关电流比均得到了提升。以上工作为在通用基板上可扩展合成单层MoTe2薄膜提供了新的见解,并为电子元器件的最终小型化铺平了道路。(本文来源于《郑州大学》期刊2019-04-01）
王常鹏[9]（2018）在《非掺杂ZnO薄膜中载流子输运性质的研究》一文中研究指出ZnO作为第叁代宽禁带半导体的代表,其禁带宽度为3.37 eV,激子束缚能高达60 meV,在光电器件领域具有很大的应用前景。经过近20年的研究,ZnO材料体系在薄膜生长、杂质调控和器件应用等方面取得了一定的成果。但是至今,高质量ZnO单晶难以制备、迁移率低下、p型电导不稳定等问题阻碍了ZnO基光电材料和器件的实用化进程,这些亟待解决的问题都与ZnO薄膜中的缺陷、杂质息息相关。本论文致力于研究ZnO薄膜中载流子输运性质,为了解这些缺陷、杂质的开辟了一条重要途径,主要内容如下:(1)利用PLD技术、选取ZnO陶瓷靶作为源材料,通过对基靶间距、激光脉冲频率和激光器压强等工艺参数进行优化,在c-Al_2O_3衬底上制备了未掺杂的ZnO薄膜。通过对制备的样品进行晶体结构、形貌特征、发光性能和电学性能的表征,得到最佳的Zn O薄膜生长工艺参数。(2)对制备的ZnO薄膜的导电机理进行了系统的研究,得到在不同的温度范围内ZnO薄膜具有不同的导电机理。在125~300 K温区内,ZnO薄膜的电导由导带中的电子导电和最近邻跳跃导电共同参与;在30~100 K较低的温度下,主要是Mott可变程跳跃电导机制;而在2~20 K极低温度时,导电机制从Mott可变程跳跃电导转变为ES可变程跳跃电导。(3)通过分析ZnO薄膜中的载流子浓度和迁移率随温度的变化关系,研究了未掺杂ZnO材料中载流子电输运性质。发现电极制备的偏差对电学测量带来严重影响,引入修正公式对电极的影响进行了有效修正;认为由于能带的不连续在衬底和薄膜的界面存在一层高载流子浓度的高导层,导致载流子浓度和迁移率随温度变化存在异常现象,提出了利用双层结构的导电模型消除高导层的影响,得到外延层的电学参数被明显提高。计算出扣除高导层后的电导率,发现该ZnO薄膜在温度较高时(80~300 K)只有单一的能带导电。(4)选取载流子浓度不同的ZnO薄膜样品,研究不同温度下的磁阻与磁场强度的关系。发现载流子浓度越低,对应的局域化程度越高,磁阻数值越大;在存在双层导电机制的样品中观测到了正磁阻效应,将其归结为极低的温度下高导层的影响,两种不同的载流子共同参与导电所致。(本文来源于《深圳大学》期刊2018-06-30）
魏萌[10]（2018）在《CoSb_3基热电薄膜的制备及其热电输运特性的研究》一文中研究指出热电材料是一种能够实现热能和电能直接相互转换的环保型材料,具有重要的实用价值和广阔的应用前景。CoSb_3热电材料是一种具有Skutterudite晶体结构的方钴矿材料,其具有较大的电导率和适中的塞贝克系数,被认为是最具有应用前景的中温区热电材料之一。相关研究结果表明将热电材料低维化或者进行掺杂改性,都能够显着的提高材料的热电性能。因此,本文采用磁控溅射技术制备CoSb_3热电薄膜,通过研究薄膜制备工艺参数对薄膜的微结构和热电性能的影响,获取制备高质量的CoSb_3热电薄膜的基本参量,并进一步通过单元素和多元素掺杂,以提高薄膜的热电特性。具体研究内容如下:首先,采用射频磁控溅射技术,通过改变溅射功率等工艺参数及结合热处理工艺优化,制备CoSb_3基热电薄膜样品。研究结果表明:在研究得到制备CoSb_3薄膜的最佳溅射功率50 W的条件下,利用Co、Sb原子含量比为1:3.5的合金靶材所制得的样品,在热处理温度为325℃时,具有单一的CoSb_3晶体结构,且其具有较大的功率因子,为2.27×10~(-2) mWm~(-1)K~(-2);而通过在具有一定基底温度上直接沉积薄膜的方法,采用Co、Sb原子含量比为1:3.5的靶材制备的样品具有明显的杂质相;而采用Co、Sb原子含量比为1:3的靶材制得的样品,则具有单一的CoSb_3晶体结构,且当基底温度为250℃时,薄膜样品具有较大的功率因子,为9.75×10~(-2) mWm~(-1)K~(-2)。其次,采用磁控共溅射方法,基于较优的CoSb_3热电薄膜的制备参数,利用Ag进行掺杂,探究Ag掺杂含量对薄膜热电性能的影响。通过微结构分析可知所掺杂的Ag原子进入CoSb_3的晶格中,并极大可能的填充到了晶格中的空隙里,形成间隙位掺杂。热电性能分析结果表明采用Ag掺杂后,其塞贝克系数、电导率以及功率因子都得到了明显的增强。在温度为250℃的基底上直接沉积的薄膜样品,当Ag掺杂量为0.3%时,其薄膜样品具有最大的功率因子,为0.29mWm~(-1)K~(-2)。最后,进一步采用镀预制层Sn(In或Ti)与磁控共溅射相结合的方法,探究双掺杂对薄膜样品热电性能的影响。研究结果表明:采用Sn、In和Ti分别与Ag双掺杂后,CoSb_3薄膜样品的电导率较未掺杂的薄膜样品有明显的提高,也高于单掺杂Ag的薄膜样品的电导率,而塞贝克系数则没有明显的变化。当Sn的掺杂厚度为5nm时,薄膜样品具有最大的功率因子,为0.31 mWm~(-1)K~(-2)。(本文来源于《深圳大学》期刊2018-06-30）
薄膜输运论文开题报告
（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：
自旋电子学(Spintronics)是希望同时利用电子自旋和电荷的属性,获得新奇的磁学或者电学性质的一门新兴学科。自1988年巨磁电阻效应(Giant magnetoresistance,GMR)发现以来,自旋电子学因为在信息存储、计算、通信、生物神经网络模拟、能量转换和高灵敏度传感器等领域的广泛应用前景获得越来越多的关注。叁十年来科研工作者们利用先进的制备技术、精细的微纳加工工艺和灵敏的测量表征方法,在多种多样的材料体系中开展自旋电子学的应用研究。其中,过渡金属氧化物材料具有丰富的物理性质和强的自旋、轨道、晶格耦合强度,为自旋电子学应用研究提供了理想的平台。例如,过渡金属氧化物中有可用于交换偏置效应的反铁磁材料、用于自旋泵浦的铁磁绝缘体材料、具有重要商业价值的高温超导材料、具有庞磁电阻效应的钙钛矿锰氧化物材料、与半导体工艺相结合的磁性半导体材料和同时具有铁电和铁磁特性的多铁材料等。而且这些过渡金属氧化物材料及其异质结构在磁电阻、自旋泵浦、金属绝缘体转变和超导等领域展现出许多新奇的电学或磁学性质,获得广泛的关注。近年来,氧化物反铁磁材料的研究取得突破性进展。氧化物反铁磁体不仅本身具有太赫兹的高频特性,而且氧化物反铁磁材料的异质结构在交换偏置(Exchange bias)、反铁磁交换弹簧效应(Antiferromagnetic exchange spring effect)、隧穿各向异性磁电阻(Tunneling anisotropic magnetoresistance)以及自旋流注入等多个方面展现出优异的特性。理论和实验的研究成果使科研工作者们认识到合理地使用和调控反铁磁结构可以拓展反铁磁材料的功能,例如构建未补偿的磁性表面,引入局域的导电通道,调制材料的自旋轨道耦合强度,操纵反铁磁体的磁矩取向以及光诱导磁振子的激发和关闭等等。本论文选择过渡金属反铁磁氧化物CoO作为研究对象,基于以下叁方面原因:一、CoO体材料具有高的磁晶各向异性和实验上易于接近的奈尔温度(～293 K);二、CoO单晶具有NaCl型面心立方结构和共线的自旋排布;叁、CoO(111)面不仅是极性面(表面只有阳离子或者阴离子),而且具有未补偿的自旋。因此,CoO(111)单晶是研究反铁磁的磁矩和调控的理想材料。然而目前为止,鲜有关于高质量的单晶CoO(111)的反铁磁性调控的实验报道。基于此现状,本论文不仅探索了高质量的CoO(111)单晶薄膜的制备工艺,而且通过元素掺杂和超晶格构建两种方式分别研究了Zn掺杂CoO(ZnxCo1-xO,0≤x≤0.24)对反铁磁序的调控和[Co/CoO]n超晶格对薄膜磁性和电输运性质的影响。本论文研究的另一种材料体系是氧化物磁性半导体材料。磁性半导体材料备受关注的主要原因是它有望将现代信息技术的两个主要特性——半导体器件的逻辑性和存储器件的磁性——结合在同一种材料中。科研工作者致力于将具有高居里温度、高饱和磁化强度的磁性半导体集成到利用电荷和自旋来承载数据信息的半导体自旋电子器件中。在磁性半导体的研究历程中,不同的课题组进行了大量的探索,但是实验上得到的各种磁性半导体材料(如GaMnAs、MnGe、CoTiO等)的性质不尽如人意。这些材料或者缺乏高的居里温度、高的饱和磁化强度,或者其室温铁磁性来自于非本征的磁性杂质相,这都阻碍了磁性半导体在自旋电子器件方面的应用。目前,具有高过渡金属含量的、高质量的单晶磁性半导体仍是科研工作者们努力的目标之一。为此目的,我们选择四元的具有面心立方结构(fcc)的Cox(MgyZn1-y)1-xO1-v单晶薄膜作为研究对象。这是因为叁元的MgxZn1-xO材料的晶体结构会随Mg掺杂浓度的升高从ZnO基的六方结构向MgO基的面心立方结构演变,而且CoxMg1-xO是一种组分可在0%～100%比例范围调整的具有fcc结构的材料。因此,四元的fcc-Cox(MgyZn1-y)1-xO1-v材料体系为解决过渡金属在半导体中的低溶解度问题提供有效的平台。本论文将重点介绍高掺杂Cox(MgyZn1-y)1-xO1-v(x=0.5)单晶薄膜的磁性以及组分和氧空位浓度对磁性的调控。本论文的工作包括以下叁个方面的内容:一、Zn掺杂CoO(111)单晶薄膜的制备及反铁磁性的调控。我们以热蒸发的纯金属Zn和Co在氧等离子体气氛中氧化的方式,利用分子束外延技术制备了高质量的单晶外延ZnxCo1-xO(111)薄膜,并研究了不同Zn掺杂浓度(0%～24%)对CoO(111)反铁磁结构的影响。一方面,通过Co/ZnxCo1-xO异质结的交换偏置效应表征了ZnxCo1-xO薄膜的反铁磁性。实验结果显示,Co/ZnxCo1-xO异质结的交换偏置场随着Zn组分的增加而降低。而经过氧等离子体气氛退火的ZnxCo1-xO薄膜与Co形成的异质结(标记为退火后的异质结)比制备态的Co/ZnxCo1-xO具有更大的交换偏置效应。另一方面,制备态的Zno.24Co0.760单层膜存在弱的室温铁磁信号(9.5 emu/cm3),而退火后的ZZno.24Co0.76O中铁磁信号消失,这说明制备态Zn0.24Co0.760薄膜的铁磁性源自氧空位导致的局域铁磁交换耦合作用。结合Co/ZnxCo1-xO异质结的交换偏置效应和ZnxCo1-xO单层膜的磁性结果,我们认为在高掺杂的ZnxCo1-xO单晶薄膜中存在由CoO构成的反铁磁相和由氧空位引起的铁磁相的共存。氧空位的存在不仅弱化了CoO的反铁磁交换耦合,而且增强了薄膜的铁磁交换耦合。因此,我们提供了一种通过调整掺杂比例和氧空位浓度来调控CoO单晶薄膜的反铁磁性的方法。二、[Co/CoO]n超晶格的外延制备及磁性和电输运性质。在实验上,制备由铁磁金属和反铁磁氧化物组成的超薄、单晶、外延的超晶格是极具挑战性的工作。在超晶格中,由于存在多个铁磁/反铁磁界面,体系的界面交换耦合、磁有序和电输运性质预期会被极大地调制。我们利用分子束外延技术制备了由铁磁金属Co和反铁磁氧化物CoO组成的单晶外延[Co/CoO]n超晶格。磁性测量结果显示,即使是最薄的[Co0.6/Co01.2]5超晶格,其饱和磁化强度在5 K到300 K温度区间内非常稳定,仅下降1.5%。电输运的测量结果表明,[Co/CoO]n超晶格的电阻率和反常霍尔电阻率受到Co层厚度和Co/CoO界面的影响。[Co/CoO]n超晶格材料为研究由铁磁金属和反铁磁氧化物异质结提供了新的平台。叁、Cox(Mg0.55Zn0.45)1-xO1-v单晶薄膜的混合磁性相的调控。利用分子束外延技术制备了具有高Co掺杂浓度的、单晶的、面心立方的Co0.5(Mg0.55Zn0.45)1-xO1-v薄膜。磁性测量和软X射线吸收光谱的测量结果显示,Co0.5(Mg0.55Zn0.45)0.5O1-v薄膜中存在由于氧空位非均匀分布导致的铁磁相、超顺磁团簇和非磁边界叁相共存的混合磁性相结构。此外,薄膜混合磁性相之间的相对强度可以通过调整制备时的氧分压和Co掺杂浓度来调控。这种磁性和带隙可同时被调控的Cox(MgyZn1-y)1-xO1-v材料有望在新型磁电调控器件方面获得的广泛应用。
（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。
薄膜输运论文参考文献
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