1 浙江经济职业技术学院 汽车技术学院,杭州 310018
2 浙江理工大学 机械工程学院,杭州 310018
3 浙江大学 信息与电子工程学院,杭州 310027
设计并制备了一种基于忆阻器结构且具有可编程特性的Ge基光控晶体管，它由两个结构为Ni/Ge/GeOx/Al2O3∶HfO2/Pd的忆阻器背对背组成，共用阻变层GeOx/Al2O3∶HfO2、衬底Ge和底电极Ni，阻变层的设计是实现光控晶体管功能的关键。两个顶电极Pd作为光控晶体管源漏极，中间区域作为栅极接受外加光源的栅控。探究了Ge基忆阻器光电响应特性，并实现光控晶体管基于光源栅控的输出与转移特性。进一步地，探究了器件的物理机制并验证设计的科学性和可行性。该光控晶体管具有非易失性与标准CMOS工艺兼容性等优势，能有效简化器件制备工艺、降低制造成本，可为下一代光电芯片研发提供参考。
锗 忆阻器 光控晶体管 光电特性 器件物理 氧空位缺陷态 能带结构 非平衡载流子 Ge memristor phototransistor photoelectric characteristic device physics oxygen vacancy defect energy band structure non-equilibrium carriers
1 1.西南大学 人工智能学院, 重庆 400715
2 2.西南大学 类脑计算与智能控制重庆市重点实验室, 重庆 400715
模拟型阻变突触特性能够为神经形态计算提供高的计算精度并避免计算过程中带来的电导卡滞、跃变以及失效等问题。模拟生物突触在刺激脉冲下的行为, 能够更好地揭示电子器件的仿生特性机理并为高性能神经形态计算提供支撑。突触双脉冲易化是生物突触的重要特性, 反映了在外界刺激作用下的易化和适应性过程, 对揭示神经元的工作机制至关重要。为了构建突触双脉冲易化的模拟型忆阻器件, 本研究通过器件的能带结构设计及氧空位缺陷态的调控, 利用射频磁控溅射法制备了一种结构为Ag/FeOx/ITO的忆阻器。电学测试结果表明, 该器件具有优异的渐进递增的非线性阻变特性, 即模拟型阻变特性。在I-V循环扫描3000次范围内, 这种器件均表现出模拟型阻变特性, 可提供稳定的、可分离的16个电导状态, 且在104 s内维持良好, 说明这些电导状态是非易失性的, 这主要归功于电子在氧空位缺陷态中的捕获与去捕获以及在势垒间隧穿行为。但是, 在低电场强度情况下, 捕获的热电子有可能会跃迁出浅陷阱能级, 而呈现出易失性。根据这种器件的易失性和非易失性共存特性, 通过调制电压脉冲宽度、幅度, 器件能够表现出很好的突触双脉冲易化特性, 显示出该类型器件在神经形态计算中的潜力和优势。
忆阻器 氧化铁 缺陷态 突触双脉冲易化 memristor iron oxide defect state synaptic double pulse facilitation
1 福建省计量科学研究院, 国家光伏产业计量测试中心, 福州 350003
2 福建江夏学院, 钙钛矿绿色应用福建省高校重点实验室, 福州 350108
为进一步降低钙钛矿太阳能电池(PSCs)制备成本, 提高其稳定性, 需要可低温制备、稳定和高效的无机空穴传输层。本文利用太阳能电池模拟软件SCAPS-1D对基于CuS空穴传输层的钙钛矿电池进行电学仿真, 探讨了吸光层的厚度和缺陷态密度、界面层缺陷态密度以及空穴传输层电子亲和能对太阳能电池性能的影响。从模拟结果可知, 当钙钛矿薄膜的厚度为400 nm, 吸光层和界面的缺陷态密度小于10-16 cm-3, 且CuS的电子亲和能为3.3 eV时, 电池性能较佳。优化后的电池性能如下: 开路电压(Voc)为1.07 V, 短路电流(Jsc) 为22.72 mA/cm2, 填充因子(FF)为0.85, 光电转换效率(PCE)为20.64%。本研究为基于CuS的高效钙钛矿太阳能电池的实验制备提供了理论上的指导。
钙钛矿太阳能电池 空穴传输层 数值模拟 界面 缺陷态密度 perovskite solar cell CuS CuS hole-transport layer numerical simulation interface defect density
1 南昌大学物理与材料学院,南昌 330031
2 南昌大学光伏研究院,南昌 330031
3 江西汉可泛半导体技术有限公司,九江 332020
多元硫化物Cd0.5Zn0.5S和氧化亚铜Cu2O载流子迁移率较大,且其制作工艺相对于传统的电子传输层和空穴传输层更为简单,因此这两种材料在钙钛矿太阳电池中具有很好的应用潜力。本文利用SCAPS-1D软件对以Cu2O和Cd0.5Zn0.5S为传输层、以铅基卤化物钙钛矿为吸收层的太阳电池进行模拟,主要研究了该器件的材料厚度、掺杂浓度、禁带宽度等因素对太阳电池性能的影响。结果表明: 当光吸收层(CH3NH3PbI3)厚度开始增大时电池性能逐渐提高,但是增大到一定厚度时,电池性能下降,光吸收层的最佳厚度为400 nm; 当光吸收层的缺陷态密度小于1.0×1014 cm-3时,缺陷态密度对电池性能的影响比较小; 此外,铅基卤化物钙钛矿的禁带宽度对电池性能有重要影响,最佳禁带宽度为1.5 eV左右。通过模拟,得到了优化后的性能参数为: 开路电压为1.010 V,短路电流密度为31.30 mA/cm2,填充因子为80.01%,电池转换效率为25.20%。因此,Cu2O/CH3 NH3PbI3/Cd0.5Zn0.5S钙钛矿太阳电池是一种很有发展潜力的光伏器件。
掺镉硫化锌 氧化亚铜 铅基卤化物 钙钛矿太阳电池 转换效率 缺陷态密度 Cd0.5Zn0.5S Cu2O lead-based halide halide solar cell conversion efficiency SCAPS-1D SCAPS-1D defect state density
1 中国石油大学(北京)理学院,北京 102249
2 中国政法大学法治信息管理学院,北京 102249
缺陷态光子晶体可以用于制作良好的谐振器、偏振器、滤光器等光学器件,具有重要的应用价值。本文发展了光子晶体缺陷态问题的PG有限元界面问题计算方法,有效地处理了各种不同组元体系、几何结构、界面形状、材料属性以及模态的光子晶体缺陷态问题。数值结果表明,二组元结构单点缺陷对带隙的影响较小,只是使局部范围内的波继续传播而产生一条缺陷带,多点缺陷使一些特定范围内的波可以传播而产生多条缺陷带,线缺陷产生的影响较大,可以使整个禁带消失。结合线缺陷与点缺陷,波导结构中的侧点缺陷可以有效地应用于光子晶体阻带内诱导窄通带或在波导的通带内诱导非常窄的阻带。三组元结构引入了不均匀介质、复杂介质形状以及不同几何结构的缺陷态。通过计算与分析发现Ω3区域的介质形状对结果影响比较有限,表面层越不光滑禁带越窄,n型缺陷态在TM模中的高频区域更容易产生禁带。对于TE模来说,n型与v型的缺陷态更容易产生禁带。
光子晶体 缺陷态 多组元 能带结构 PG有限元法 非贴体网格 photonic crystal defective state multi-component energy band structure Petrov-Galerkin finite element method non-body-fitted grid
1 南昌大学理学院, 南昌 330031
2 南昌大学光伏研究院, 南昌 330031
硫化亚锡(SnS)是一种Ⅳ-Ⅵ族层状化合物半导体材料, 其禁带宽度与太阳能电池最佳带隙1.5 eV非常接近, 并且在可见光范围内光的吸收系数很大(α>104 cm-1), 因此SnS是一种很有应用前景的材料。本文利用太阳能电池模拟软件wxAMPS模拟了MoS2/SnS异质结太阳能电池, 主要研究SnS吸收层的厚度、掺杂浓度和缺陷态等因素对太阳能电池性能的影响。研究发现: SnS吸收层最佳厚度为2 μm, 最佳掺杂浓度为1.0×1015 cm-3; 同时高斯缺陷态浓度超过1.0×1015 cm-3时, 电池各项性能参数随着浓度的增加而减小, 而带尾缺陷态超过1.0×1019 cm-3·eV-1时, 电池性能才开始下降; 其中界面缺陷态对太阳能电池影响比较严重, 界面缺陷态浓度超过1.0×1012 cm-2时, 开路电压、短路电流、填充因子和转换效率迅速下降。另外, 通过模拟获得的转换效率高达24.87%, 开路电压为0.88 V, 短路电流为33.4 mA/cm2。由此可知, MoS2/SnS异质结太阳能电池是一种很有发展潜力的光伏器件结构。
硫化亚锡 MoS2/SnS异质结太阳能电池 太阳能电池模拟 缺陷态 SnS MoS2/SnS heterojunction solar cell wxAMPS wxAMPS solar cell simulation defect state
昆明理工大学 材料科学与工程学院, 云南 昆明 650093
稀土或过渡金属离子掺杂荧光材料因其环保、易于制备、高效率、低成本、长发光寿命、全光谱、高亮度等性能在多重防伪、光学信息存储、温度传感等众多领域具有广泛的应用, 特别是在LED照明领域。然而, 荧光材料热稳定性差是阻碍其快速发展的核心问题。近年来, 关于在热扰动作用下, 缺陷态对载流子的俘获及释放过程, 作为抑制LED用荧光材料热猝灭效应的有效途径被广泛研究。本文主要概述了LED用荧光材料中缺陷态对其热稳定性影响的研究现状, 以及缺陷态作为陷阱中心对载流子的俘获、释放及其抑制LED用荧光材料热猝灭效应的机理, 并对当前研究中存在的问题进行了总结和展望。
LED用荧光材料 缺陷态 热稳定性 fluorescent materials for LED applications defect structure thermal stability
北京交通大学 理学院 光电子研究所， 北京 100044
采用2,9二甲基4,7二苯基1,10邻二氮杂菲(浴铜灵，缩写：BCP)有机小分子作为钙钛矿薄膜与电子传输层之间的界面修饰层，从而使得反型结构的钙钛矿太阳电池性能得到显著改善。通过扫描电子显微镜研究发现：BCP分子可在钙钛矿薄膜样品表面的晶界间充分填充，推测其抑制了界面缺陷态的产生。进一步研究器件内部界面电荷的累积，并结合交流阻抗谱的分析，证实经BCP钝化的钙钛矿太阳电池中界面电荷的累积减少，光生载流子的复合被抑制，电池的光电转换效率由原来的15.7%提升到了17.4%。
界面修饰 钙钛矿太阳电池 缺陷态 interface engineering perovskite solar cells BCP BCP defect state
南京邮电大学 电子与光电工程学院，南京 210023
基于一维光子晶体反射谱性能的可控性，设计了一种磁流体填充的一维缺陷型光子晶体磁场和温度传感结构。应用全矢量有限元法（FEM）对该结构的反射谱及其反射峰值随磁场和温度的变化进行了仿真研究。数值模拟结果表明，反射峰值随磁场和温度发生规律性移动。当周期为7，磁流体厚度为577.58 nm时，磁场灵敏度可达136.4 pm/mT，温度灵敏度可达-34 pm/℃。该传感结构既具有设计简单和线性度较高的特点，又能在同一结构中分别实现对磁场/温度的测量。
一维光子晶体 缺陷态 磁流体 磁场/温度传感 one-dimensional photonic crystal defect mode magnetic liquid magnetic field/temperature sensing
浙江师范大学 材料物理系, 浙江 金华 321004
电流匹配和隧穿复合结是影响氢化非晶硅/氢化微晶硅叠层电池性能的两个关键因素。文章采用wxAMPS模拟软件研究了氢化非晶硅/氢化微晶硅叠层电池中顶电池与底电池的厚度匹配对电池短路电流的影响, 以及隧穿复合结的中间缺陷态密度和掺杂浓度对叠层电池性能的影响。研究发现当顶电池和底电池的本征层厚度分别为200和2000nm、中间缺陷态提高到1017cm-3·eV-1以上, 且掺杂浓度提高到5×1019cm-3时, 叠层电池获得最佳性能: 换效率为15.60%, 短路电流密度为11.68mA/cm2, 开路电压为1.71V。
非晶硅/微晶硅叠层电池 理论模拟 缺陷态密度 掺杂浓度 a-Si∶H/μc-Si∶H tandem solar cells theoretical simulation defect state density doping concentration
