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氧化铪基铁电电容的唤醒-疲劳效应与相结构演变

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电子显微学报 2024年第3期43卷 277-282页

作者：辛天骄王怡炜高兆猛郑赟喆郑勇辉成岩华东师范大学极化材料与器件教育部重点实验室

掺杂氧化铪（HfO2）铁电薄膜具有优异的尺寸微缩特性与良好的半导体工艺兼容性，其铁电电容结构兼容主流动态随机存取存储架构，是新型存储器介质材料的有力候选者。HfO2基铁电电容随电学读写操作（循环）次数的增加，其代表“0”和“1... 详细信息

掺杂氧化铪（HfO2）铁电薄膜具有优异的尺寸微缩特性与良好的半导体工艺兼容性，其铁电电容结构兼容主流动态随机存取存储架构，是新型存储器介质材料的有力候选者。HfO2基铁电电容随电学读写操作（循环）次数的增加，其代表“0”和“1”存储状态的剩余极化值会发生先增加后减小的现象，直到存储窗口不足或器件击穿失效，即器件的唤醒和疲劳效应，引发存储的可靠性问题。本文选择基于锆掺杂的HfO2基铁电薄膜(Hf0.5Zr0.5O2, HZO)制备电容器结构，对不同电学循环次数的电容器切片进行结构表征，发现器件的剩余极化变化与HZO薄膜的微观相结构演变直接相关：（1）唤醒过程剩余极化增加源自四方到铁电正交相的结构转变；（2）铁电正交到单斜相的结构转变是导致疲劳过程剩余极化衰减的重要原因。

关键词：掺杂氧化铪铁电存储唤醒疲劳失效

聚苯胺包覆的硫化锌-碳纳米管用作正极载体材料提高锂硫电池性能

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材料导报 2024年第1期38卷 10-16页

作者：周宇祥施天宇赵晨媛尹海宏宋长青郁可南通大学信息科学技术学院江苏南通226019 华东师范大学物理与电子科学学院极化材料与器件教育部重点实验室上海200241

随着石油等化石燃料的逐渐枯竭,人们对绿色能源和电动汽车的需求持续增长,可循环的电能储存系统也得到了快速发展。然而,传统的锂离子电池已接近理论极限,因而寻找开发下一代电池电极材料受到了极大的关注。锂硫电池因为具备出色的理论... 详细信息

随着石油等化石燃料的逐渐枯竭,人们对绿色能源和电动汽车的需求持续增长,可循环的电能储存系统也得到了快速发展。然而,传统的锂离子电池已接近理论极限,因而寻找开发下一代电池电极材料受到了极大的关注。锂硫电池因为具备出色的理论比容量和能量密度、环境友好、成本低廉等优点而备受关注。然而,锂硫电池中活性硫及其放电产物导电性差、可溶性多硫化物在电极间穿梭、体积膨胀等问题导致电池的反应动力学缓慢、容量迅速下降。为了解决这些问题,有必要对硫正极进行合理设计,研究表明引入碳纳米结构(如碳纳米管、碳纳米纤维、介孔碳、石墨烯等)作为骨架负载硫能提高锂硫电池的性能。这些碳骨架具有多层次的交叠多孔结构、大比表面积和高电子迁移率等优势,为离子提供迁移通道的同时能形成物理屏障限制多硫化物的迁移,进而抑制穿梭效应改善电池的循环稳定性。但是由于碳纳米结构的非极性特点,多硫化物与碳骨架之间的相互作用较弱,只能通过物理相互作用抑制多硫化物的穿梭。为了提高抑制效果,可以将极性材料(如金属氧化物、硫化物等)与碳纳米结构进行耦合,这样就兼具了极性材料和碳纳米结构的优点。极性材料与多硫化物的相互作用较强,同时碳纳米结构的高导电性和物理屏障作用亦得以保留,因而能大幅减缓穿梭效应,提高锂硫电池的循环稳定性和倍率性能。此外,多种导电聚合物,如聚吡咯(PPy)、聚噻吩(PTh)和聚苯胺(PANI)等,亦能作为包覆层或导电载体改善锂硫电池的循环性能和倍率性能。其中聚苯胺(PANI)具有导电性高、易合成、共形性好等特点,作为包覆层能有效地防止多硫化物向外扩散,提高电子的迁移率,从而保证电池的长期循环稳定性。本工作制备了一种ZnS-CNTs/S@PANI正极材料来抑制上述缺陷,提高锂硫电池性能,该正极材料以ZnS修饰的CNTs为骨架来负载硫,再在外层包覆聚苯胺(PANI)导电聚合物制备而成。该正极材料中由碳纳米管构成的导电网络有利于电子的快速迁移,并能容纳循环过程中硫的体积膨胀;ZnS量子点的修饰在碳纳米管表面增加了大量极性位点,能够增强对多硫化物的吸附,进而抑制穿梭效应;外侧的聚苯胺作为极性导电包覆层有利于提高电极整体的导电性,增强对多硫化物的吸附,并且能够通过物理限制效应防止活性材料流失。因此该正极材料表现出良好的电池性能,其初始比容量在0.5 C时为952.33 mAh·g^(-1),经过150次循环后比容量为776.37 mAh·g^(-1),容量保持率为81.52%。其在2 C倍率下的放电容量为633.62 mAh·g^(-1),优于CNTs/S和ZnS-CNTs/S电极。该结果证明了ZnS-CNTs/S@PANI正极材料具备优异的锂硫电池性能,为了锂硫电池向实用化发展提供了一种正极制备方案。

关键词：锂硫电池硫化锌正极聚苯胺

Au(111)表面WS_(2)成核控制的理论研究

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物理学报 2024年第13期73卷 111-120页

作者：胡艺山袁清红华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室上海200241

二维二硫化钨(WS_(2))作为一种具有层依赖的电子和光电特性的半导体材料,在光电器件领域展现出极具潜力的应用前景.当前,晶圆级单层WS_(2)薄膜的制备是推动其在先进晶体管和集成电路中应用的关键挑战.化学气相沉积(CVD)能够实现大尺寸... 详细信息

二维二硫化钨(WS_(2))作为一种具有层依赖的电子和光电特性的半导体材料,在光电器件领域展现出极具潜力的应用前景.当前,晶圆级单层WS_(2)薄膜的制备是推动其在先进晶体管和集成电路中应用的关键挑战.化学气相沉积(CVD)能够实现大尺寸、高质量的单层WS_(2)薄膜合成,但其生长过程的复杂性导致了WS_(2)生长效率低,质量参差不齐.为指导实验上减少WS_(2)晶界,提高薄膜质量以增强其电子性能和机械稳定性,本文基于第一性原理的理论计算,深入探讨了WS_(2)在CVD生长过程中的成核机制.通过引入化学势这一变量,分析了不同实验条件下WS_(2)的生长能量曲线,发现调整前驱体钨源和硫源的温度或压强能有效控制WS_(2)的成核速率.特别是当钨源温度为1250 K时,成核速率达到最大,而提高硫源温度或降低硫源压强则能降低成核速率,从而提高单层WS_(2)的结晶度和均匀性.这些理论计算结果为实验中根据需求精确调整成核速率提供了坚实的理论依据,并为如何通过优化实验参数来提高单层WS_(2)薄膜的结晶度和均匀性提供了理论指导,有望推动WS_(2)材料在各类高性能电子器件中的应用发展,对未来材料科学和工业应用具有重要意义.

关键词：第一性原理计算生长机制化学气相沉积二维二硫化钨

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基于HEDTA配体修饰的纯红色CsPb(Br/I)_(3)钙钛矿发光二极管

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发光学报 2024年第9期45卷 1399-1409页

作者：瞿牡静张淑兰段嘉欣代恒龙宣曈曈解荣军李会利华东师范大学物理与电子科学学院纳光电集成与先进装备教育部工程研究中心上海200241 华东师范大学重庆研究院精密光学重庆市重点实验室重庆401120 厦门大学材料学院福建省表界面工程与高性能材料重点实验室福建厦门361005

近年来,钙钛矿发光二极管(Perovskite light-emitting diodes,PeLEDs)已表现出了超高色纯度、超宽色域、高发光效率等一系列卓越性能,尤其绿光和近红外光PeLEDs的外量子效率(External quantum efficiency,EQE)和亮度迅速提升,但荧光峰位... 详细信息

近年来,钙钛矿发光二极管(Perovskite light-emitting diodes,PeLEDs)已表现出了超高色纯度、超宽色域、高发光效率等一系列卓越性能,尤其绿光和近红外光PeLEDs的外量子效率(External quantum efficiency,EQE)和亮度迅速提升,但荧光峰位于620~640 nm的纯红光PeLEDs器件的性能(效率、亮度、可靠性等)发展则相对缓慢。本文采用热注射和N-羟乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)配体后处理相结合的工艺制备了光学性能和稳定性均显著提升的纯红色混合卤素钙钛矿CsPb(Br/I)_(3)纳米晶。HEDTA多齿配体通过与纳米晶表面的Pb^(2+)和I-有效结合,钝化表面Pb^(2+)有关的缺陷,同时抑制了致使卤化物偏析的I-弗伦克尔缺陷的形成。基于配体交换处理后的CsPb(Br/I)_(3)纳米晶为发光层制备的PeLEDs,发射峰位于636 nm的纯红色范围,最大EQE和最大亮度分别为18.62%和1880 cd/m^(2)。表征器件工作稳定性的T50(器件亮度衰减至初始亮度一半所需的时间)由未修饰器件的11.4 min提升至74.5 min。

关键词：纯红色钙钛矿发光二极管 CsPb(Br/I)_(3) 配体工程缺陷钝化

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利用太赫兹圆二色性识别手性物质

光电工程 2024年第5期51卷 1-8页

作者：纪旭洋孙爽张岩首都师范大学物理系北京市超材料与器件重点实验室太赫兹光电子学教育部重点实验室北京100048

不同手性的生物分子具有不同甚至相反的生物和药理活性。由于很多生物大分子的振动和转动能级分布在太赫兹波段,使得太赫兹波谱技术成为生物大分子识别的有效手段,但是太赫兹时域光谱系统都采用线偏振光源,无法对手性分子进行有效识别... 详细信息

不同手性的生物分子具有不同甚至相反的生物和药理活性。由于很多生物大分子的振动和转动能级分布在太赫兹波段,使得太赫兹波谱技术成为生物大分子识别的有效手段,但是太赫兹时域光谱系统都采用线偏振光源,无法对手性分子进行有效识别。我们在理论上利用线偏振的琼斯矩阵模型合成圆偏振下的琼斯矩阵,根据圆偏光的透射率差异性进一步计算样品的透射圆二色光谱,为表征不同手性分子提供了一种有效方法。基于透射式太赫兹时域光谱系统,对(R)-(-)-Ibuprofen和(S)-(+)-Ibuprofen的光谱进行测试,计算了(R)-(-)-Ibuprofen和(S)-(+)-Ibuprofen的线偏透过率和圆偏透过率;并计算出透射性圆二色光谱,两种手性物质的圆二色性值达到0.015,有效地实现了对(R)-(-)-Ibuprofen和(S)-(+)-Ibuprofen的识别效果。这一方法为利用太赫兹光谱技术检测和识别手性分子提供了参考。

关键词：琼斯矩阵圆二色性太赫兹手性识别

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具有宽带-窄带双功能探测模式的光电探测器

发光学报 2024年第4期45卷 621-629页

作者：姜岩高峰李林哈尔滨师范大学物理与电子工程学院光电带隙材料教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150000

目前,具有宽带-窄带双模探测模式的光电探测器在特殊应用中颇受欢迎,传统具有双模探测模式的光电探测器是通过在宽带光电探测器中加入不同的滤光片来实现的。然而,加装复杂的光学元件会增加光电探测器的制造成本和器件集成的复杂性。根... 详细信息

目前,具有宽带-窄带双模探测模式的光电探测器在特殊应用中颇受欢迎,传统具有双模探测模式的光电探测器是通过在宽带光电探测器中加入不同的滤光片来实现的。然而,加装复杂的光学元件会增加光电探测器的制造成本和器件集成的复杂性。根据以上问题,我们通过简单溶液热压法制备了MAPbCl_(3)/MAPbBr_(3)钙钛矿单晶异质结,基于单晶异质结构筑了探测波段可调的光电探测器。当入射光由MAPbCl_(3)单晶侧入射时,该器件仅对可见部分(400~600 nm)显示出高响应度(~0.05 A·W^(-1))和高光谱抑制比(~55),其上升时间和衰减时间分别为4.1μs和620μs。而当光从MAPbBr_(3)单晶侧入射时,该器件对紫外-可见部分(300~600 nm)均有明显且连续的光响应。因此,我们提出的溶液热压法和单晶异质结构为制备高性能探测波长可调谐的光电探测器提供了有效的解决方案。

关键词：光电探测器钙钛矿单晶多波段探测

CsPbBr_(3)@MIL-53纳米复合荧光粉的合成、性能及其白光LEDs应用

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无机材料学报 2024年第9期39卷 1035-1043页

作者：瞿牡静张淑兰朱梦梦丁浩杰段嘉欣代恒龙周国红李会利华东师范大学物理与电子科学学院纳光电集成与先进装备教育部工程研究中心上海200241 华东师范大学重庆研究院精密光学重庆市重点实验室重庆401120 中国科学院上海硅酸盐研究所中国科学院透明光功能无机材料重点实验室上海201899

全无机钙钛矿(CsPbX3,X=Cl,Br,I)纳米晶因其卓越的光电性能被广泛应用于光电子器件领域,但稳定性问题仍然是制约其商业化发展的主要因素之一。基于此,本研究以提高CsPbBr_(3)纳米晶的稳定性和固态发光性能为研究目标,选用具有优异疏水... 详细信息

全无机钙钛矿(CsPbX3,X=Cl,Br,I)纳米晶因其卓越的光电性能被广泛应用于光电子器件领域,但稳定性问题仍然是制约其商业化发展的主要因素之一。基于此,本研究以提高CsPbBr_(3)纳米晶的稳定性和固态发光性能为研究目标,选用具有优异疏水性能的多孔MIL-53(Al)金属有机框架(MOFs)作为封装基质,通过热注射工艺在MIL-53(Al)孔道内原位限域生长CsPbBr_(3)纳米晶,成功制备了优异发光性能和稳定性的CsPbBr_(3)@MIL-53纳米复合荧光粉。MIL-53通过包含的苯环和有机配体与CsPbBr_(3)纳米晶螯合,将其稳固地锚定在孔道内,既保护了CsPbBr_(3)纳米晶免受外界环境的影响,又有效防止了纳米晶之间的聚集,从而避免了固态荧光猝灭。此外,MIL-53中的COO-官能团与CsPbBr_(3)纳米晶表面未配对的Pb2+结合,钝化了其表面的缺陷,抑制了载流子的非辐射复合。MIL-53包含的苯环及有机长链又赋予了纳米复合荧光粉出色的疏水性能。这些因素的协同作用显著提升了CsPbBr_(3)@MIL-53纳米复合荧光粉的光学性能和水稳定性,其荧光量子产率(Photoluminescence Quantum Yield,PLQY)为75.4%,是固态CsPbBr_(3)纳米晶粉体(33.2%)的2.3倍。将CsPbBr_(3)@MIL-53纳米复合荧光粉完全浸泡在水中10h,其荧光强度仍能维持初始值的75.6%。最后,将绿光发射的CsPbBr_(3)@MIL-53纳米复合荧光粉应用于白光发光二极管(LightEmittingDiodes,LEDs)器件,实现了126%NTSC和85%Rec.2020的宽色域覆盖面积,表明其在显示器件领域具有优异的应用前景。

关键词：全无机钙钛矿金属有机框架 CsPbBr_(3)@MIL-53 稳定性白光LEDs

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基于硫铟锌纳米花的被动调Q激光

光学学报 2024年第4期44卷 247-253页

作者：朱宜璇仝鲁阳蔡阳健赵丽娜郑立仁山东师范大学物理与电子科学学院光场调控及应用中心山东省光学与光子器件技术重点实验室山东济南250358 华东师范大学与山东师范大学光调控科学与光子集成芯片联合研究中心上海200241

采用溶液法合成了二维硫铟锌纳米花,并测量了其可饱和吸收参数,其中,饱和强度为675 MW/cm^(2),调制深度为7.8%。通过搭建1μm全固态激光器,获得最大输出功率为240 mW、最大重复频率为629.08 kHz、最小脉冲宽度为388 ns、相应的单脉冲能... 详细信息

采用溶液法合成了二维硫铟锌纳米花,并测量了其可饱和吸收参数,其中,饱和强度为675 MW/cm^(2),调制深度为7.8%。通过搭建1μm全固态激光器,获得最大输出功率为240 mW、最大重复频率为629.08 kHz、最小脉冲宽度为388 ns、相应的单脉冲能量为0.38μJ、峰值功率为0.98 W的脉冲激光。结果表明,由于硫空位的存在,硫铟锌纳米花能够吸收能量低于其带宽的光子,在近红外区域,表现出良好的可饱和吸收特性,且在激光器中,能够获得高重复频率和短脉冲宽度的激光输出。因此,基于硫铟锌纳米材料的可饱和吸收体在调Q脉冲激光器中具有广阔的应用前景。

关键词：非线性光学脉冲激光可饱和吸收体二维材料硫空位硫铟锌

基于DMD的无掩模光刻图形精准性优化方法(特邀)

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中国激光 2024年第12期51卷 398-408页

作者：刘华黄龙刘雨晴东北师范大学物理学院先进光电功能材料研究中心紫外发射材料与技术教育部重点实验室国家实验物理教育示范中心吉林长春130024

基于数字微镜器件(DMD)的无掩模光刻技术作为一种新兴技术在光刻领域备受关注,该技术利用DMD实现光刻掩模的数字化控制,为微纳米加工和快速原型制作提供了一种全新的解决方案。然而,在DMD无掩模光刻技术中还存在着一些问题,如投影畸变... 详细信息

基于数字微镜器件(DMD)的无掩模光刻技术作为一种新兴技术在光刻领域备受关注,该技术利用DMD实现光刻掩模的数字化控制,为微纳米加工和快速原型制作提供了一种全新的解决方案。然而,在DMD无掩模光刻技术中还存在着一些问题,如投影畸变、像素化效应和邻近效应等,这些问题严重影响了光刻图形的精准性。本课题组基于多年的工作基础,全面分析了影响光刻图形质量的因素,并系统总结了几种提高光刻图案精准性的方法,包括数字掩模补偿法、像素叠加优化方法和飞秒局部修饰技术等。基于这些方法的相互配合,本课题组将投影畸变由37.7μm降低至1.7μm,将像素化效应降低为原来的1/6,将邻近效应造成的局部形变尺寸减小为1μm左右,制备出了高精准性的光刻图形。

关键词：投影光刻数字微镜器件光刻质量飞秒激光