我们展示了如何同时控制 ZnO 薄膜的电和热传输特性,该薄膜是通过原型原子层沉积 (ALD) 工艺从二乙基锌 (DEZ) 和水前体制备的。关键的 ALD 工艺参数是在 DEZ 前体脉冲之后施加的 N 2 吹扫时间。我们利用 X 射线反射率测量来表征薄膜的生长特性,利用光致发光光谱来表征结构缺陷,利用电传输测量来表征载流子密度、电阻率和塞贝克系数,利用时域热反射测量来表征热导率。光致发光光谱数据表明,延长吹扫时间会产生结构缺陷,从而增加电子载流子密度;这可以解释薄膜电导率增强的原因。同时,缺陷可能会阻碍薄膜中的热传输。因此,实现电导率的同时增加和热导率的降低对热电学至关重要。此外,在光学和微电子领域中,人们非常希望对半导体 ZnO 薄膜的本征电传输特性进行简单的控制。
摘要:高κ电介质是介电常数高于二氧化硅的绝缘材料。这些材料已经在微电子领域得到应用,主要用作硅 (Si) 技术的栅极绝缘体或钝化层。然而,自过去十年以来,随着宽带隙 (WBG) 半导体的广泛引入,如碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN),后硅时代开始了,这为高κ材料在这些新兴技术中的应用开辟了新的前景。在此背景下,铝和铪的氧化物(即 Al 2 O 3 、HfO 2 )和一些稀土氧化物(例如 CeO 2 、Gd 2 O 3 、Sc 2 O 3 )是有前途的高κ二元氧化物,可用作基于 SiC 和 GaN 的下一代大功率和高频晶体管的栅极介电层。本综述论文概述了用于后硅电子器件的高介电常数二元氧化物薄膜。特别地,重点关注通过原子层沉积在 WBG 半导体(碳化硅和氮化镓)上生长的高 κ 二元氧化物,无论是非晶态还是晶体膜。讨论了沉积模式和沉积前或沉积后处理的影响。此外,还介绍了这些薄膜的介电行为,并报告了一些应用于 SiC 和 GaN 晶体管的高 κ 二元氧化物的示例。强调了这些技术的潜在优势和当前的局限性。
β -氧化镓(β -Ga 2 O 3 )的带隙约为4.9 eV [ 1 ],作为一种新兴的超宽带隙半导体,近年来得到了广泛的研究。由于其具有成熟的块体材料制备、优异的Baliga 品质因数和高电子迁移率等优点[ 2 ],β -Ga 2 O 3 被认为是一种很有前途的日盲紫外(UV)光电探测器、气体传感器、紫外透明导体和大功率电子器件的候选材料[ 3 ,4 ]。虽然块体β -Ga 2 O 3 是外延生长高质量β -Ga 2 O 3 薄膜的理想衬底,但其昂贵的成本和较差的热导率仍然阻碍了同质外延的商业化。因此,在低成本、大尺寸衬底上异质外延β -Ga 2 O 3 薄膜仍然具有重要意义。
随着我们日常生活中电子设备的不断小型化,与传统的块状元件相比,用于此类设备的各种功能材料的薄膜越来越受到青睐。各种气相法已被发现能够沉积优质薄膜,并且在整个涂层行业中已得到广泛认可。然而,它们与超高真空系统和复杂而昂贵的仪器有关,并且可能涉及有毒或腐蚀性的化学前体。人们已经设计出替代的制造方法,例如电喷雾沉积、溶胶-凝胶法和分子前体法,它们代表了活跃的研究领域。分子前体法相对较新。然而,人们发现它能够有效地制造各种金属氧化物和金属的薄膜。本章详细讨论了制造薄膜的一些方法。还讨论了每种方法的实际应用难易程度和相对成本效益,以及所制造薄膜的质量和类型。根据本作者的最新研究成果,介绍了利用分子前体法制备和表征高导电性和良好粘附性的金属铜薄膜。
在这里,我们探讨了探针分子(甲苯)在四种流行结构的 MOF 薄膜中的质量转移:HKUST-1、ZIF-8、UiO-66 和 UiO-67。HKUST 代表香港科技大学,ZIF 代表沸石咪唑酯框架,UiO 代表奥斯陆大学。使用石英晶体微天平 (QCM) 量化客体的吸附和扩散。将 MOF 薄膜暴露在普通环境空气中,并表征其对吸收性能的影响。虽然所有 MOF 薄膜的晶体度都是稳定的,如 X 射线衍射 (XRD) 所示,但我们表明,HKUST-1 和 UiO-67 中甲苯的吸附量和速率常数在暴露于环境空气后严重下降。另一方面,UiO-66 和 ZIF-8 是稳定的,吸附和扩散性能不受样品与实验室空气长期接触的影响。为了揭示缺陷并阐明降解机理,我们使用红外光谱,并将导致传质阻力增加的缺陷与之前描述的缺陷联系起来。对于 UiO-67,实验补充了使用不同客体分子以及 MOF 粉末的吸收实验,结果显示类似的降解和表面屏障演变。在 UiO-67 MOF 中发现的此类传质表面屏障尚未在 UiO 型 MOF 中出现。研究表明,尽管材料的结晶度
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受二嵌段共聚物 (DBC) 丰富的相分离行为启发,二嵌段共聚物 (DBC) 和无机前体的协同自组装 (共组装) 可以实现具有所需尺寸的多种功能纳米结构。在采用聚苯乙烯嵌段聚氧化乙烯和 ZnO 的 DBC 辅助溶胶-凝胶化学方法中,通过狭缝模头涂层形成混合薄膜。打印纯 DBC 薄膜作为对照。进行原位掠入射小角度 X 射线散射测量,以研究薄膜形成过程中的自组装和共组装过程。结合互补的非原位表征,区分出几种不同的方式以描述从最初的溶剂分散到最终固化的薄膜的形态转变。组装途径的比较表明,建立纯 DBC 薄膜的关键步骤是球形胶束向圆柱形域的聚结。由于存在相选择性前体,溶液中圆柱形聚集体的形成对于混合膜的结构发展至关重要。墨水中预先存在的圆柱体阻碍了混合膜在随后的干燥过程中的域生长。前体降低了有序度,防止了 PEO 嵌段的结晶,并在混合膜中引入了额外的长度尺度。
理解磁铁矿 (Fe3O4) — 一种强关联磁性氧化物 — 中的 Verwey 跃迁是一个百年老话题,由于最近的光谱研究揭示了它的轨道细节,它重新引起了人们的极大关注。这里报道了通过使用离子门控调整轨道配置来调制 Verwey 跃迁。在外延磁铁矿薄膜中,绝缘的 Verwey 态可以连续调整为金属态,表明低温三聚体态可以通过栅极诱导的氧空位和质子掺杂可控地金属化。离子门控还可以反转异常霍尔系数的符号,这表明金属化与具有竞争自旋的新型载流子的存在有关。与符号反转相关的可变自旋取向源于栅极诱导的氧空位驱动的结构扭曲。
单壁碳纳米管 (SWCNT) 具有可调的光电特性和高载流子迁移率,是下一代能量收集技术(包括热电发电机)的理想材料。控制这些独特的 1D 纳米材料中的费米能级通常由 SWCNT 与电子或空穴接受物质之间的电荷转移相互作用实现。掺杂 SWCNT 网络的传统方法通常涉及将分子氧化还原掺杂剂物质扩散到固态薄膜中,但溶液相掺杂可能为载流子传输、可扩展性和稳定性提供新途径和/或好处。在这里,我们开发了使用 p 型电荷转移掺杂剂 F 4 TCNQ 对聚合物包裹的高浓缩半导体 SWCNT 进行溶液相掺杂的方法。这使得掺杂的 SWCNT 墨水可以铸成薄膜,而无需额外的沉积后掺杂处理。我们证明在 SWCNT 分散过程的不同阶段引入掺杂剂会影响最终的热电性能,并观察到掺杂剂改变了聚合物对半导体和金属 SWCNT 的选择性。与致密的半导体聚合物薄膜相比,溶液相掺杂通常会导致形态破坏和 TE 性能比固态掺杂更差,而溶液掺杂的 s-SWCNT 薄膜的性能与固态掺杂的薄膜相似。有趣的是,我们的结果还表明,溶液相 F 4 TCNQ 掺杂会导致固态薄膜中完全电离和二聚化的 F 4 TCNQ 阴离子,而在沉积后掺杂 F 4 TCNQ 的薄膜中则不会观察到这种情况。我们的研究结果为将溶液相掺杂应用于可能需要高通量沉积技术的广泛高性能基于 SWCNT 的热电材料和设备提供了一个框架。
超导过渡边缘传感器 (TES) 探测器被广泛用作采用超导薄膜作为温度计的辐射热计或微量热计。[1 ] 由于出色的灵敏度、良好的噪声性能、快速的响应和良好的响应线性度,TES 已经成为检测亚毫米微波、光学和 X 射线信号的流行技术。[2,3] TES 辐射热计的一个主要应用是探测由于引力透镜引起的宇宙微波背景 (CMB) 的 B 模偏振特征。在实际天文探测中,部署 TES 辐射热计的观测地点需要位于高海拔地区,以确保至关重要的干燥环境条件。地球上只有四个地方适合 CMB 观测,它们是南极、智利北部的阿塔卡马沙漠、格陵兰岛和中国西藏的阿里。一些团体已经部署了 CMB 探测望远镜系统,如位于南极的宇宙河外极化背景成像望远镜 (BICEP) [ 4 , 5 ] 和南极望远镜 (SPT) [ 6 , 7 ]、位于智利的阿塔卡马宇宙学望远镜 (ACT) [ 8 , 9 ] 和 POLARBEAR [ 10 ],以及位于南极的 AliCPT [ 11 ]