Negative Photo Conductivity Triggered with Visible Light in Wide Bandgap Oxide-Based Optoelectronic Crossbar Memristive Array for Photograph Sensing and Neuromorphic Computing Applications
本文提出一种宽禁带氧化物基双层异质结突触忆阻器,利用可见光触发负光电导,兼具电学和光电突触功能,并基于该阵列构建自编码器和卷积神经网络,在降噪与图像识别中实现高信噪比、高准确率和超低能耗。
2024-04-08 physics.app-ph
Quantum ATK Analysis and Detection of Toxic Gases Nitrogen Oxide using Pristine, Defective, and Doped Graphene
本研究针对一氧化氮有毒气体检测需求,探究原始、过渡金属掺杂及单空位缺陷石墨烯的传感性能,结合NEGF方法分析传感机制,发现缺陷石墨烯吸附能与灵敏度最优,为气体传感器研发提供了新方向。
2025-03-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Theoretical Prediction of Heterogeneous Integration of Dissimilar Semiconductor with Various Ultra-Thin Oxides and 2D Materials
在本文中,我们已经建立了一个数值p-n Si/GaAs异质结模型,使用量子力学隧道理论与各种量子隧道界面材料,包括二维半导体,如六方氮化硼(h-BN)和石墨烯和ALD启用氧化物材料,如HfO 2,Al 2 O3,和SiO2。系统地计算和比较了不同厚度下的隧穿效率和隧穿电流。多物理场模型与上述隧道界面材料一起使用,以分析不同温度条件下的应变变化。考虑到输运性质和热致应变分析,三种氧化物材料中的Al 2 O3和2D材料中的石墨烯是提供最高异质结质量的有利材料选择。总的来说,我们的研究结果提供了可行的路线,以指导选择量子隧穿材料的无数可能的组合,可以通过远程外延和UO方法获得新的异质结构。
2021-07-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Exploring Nanoscale Ferroelectricity in Doped Hafnium Oxide by Interferometric Piezoresponse Force Microscopy
基于氧化铪(HfO 2)的铁电体由于其与传统硅CMOS技术的兼容性、高可切换极化、良好的耐久性和厚度可扩展性而为存储器和逻辑器件提供了显著的前景。这些因素导致在过去几年中对这类材料的研究急剧上升。与此同时,只有少数报告的直接传感纳米铁电性能存在,许多问题仍然存在关于这些材料中的铁电性的出现。虽然压电响应力显微镜(PFM)非常适合探测纳米尺度上的压电和铁电性,但众所周知,它会受到人为因素的影响,使结果的定量解释复杂化,甚至可能导致非铁电材料中的铁电性。在本文中,我们探讨了使用一种改进的PFM方法的基础上干涉位移传感(IDS)的裸硅掺杂HfO 2纳米铁电性研究的可能性。我们的研究结果表明,在本地的各种HfO 2微晶的残余状态与报告值的压电耦合在0.6-1.5 pm/V的范围内的一个明显的差异。此外,我们报告不寻常的铁电极化开关,包括可能的贡献,从电致伸缩和Vegard效应,这可能表明氧空位或界面效应的影响出现的纳米级铁电性HfO 2。
2020-04-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Part2: Ultra-short pulse laser patterning of very thin indium tin oxide on glass substrates
我们研究了超薄20 nm氧化铟锡(ITO)薄膜在玻璃基板上的选择性图案化,使用343,515,和1030 nm飞秒(fs),和1030 nm皮秒(ps)激光脉冲。在飞秒和皮秒的时间尺度上观察到的所有波长的烧蚀去除机制。对于飞秒激光曝光,在343 nm处的吸收阈值通量值被确定为12.5 mJ/cm 2,在515 nm处的吸收阈值通量值被确定为9.68 mJ/cm 2,在1030 nm处的吸收阈值通量值被确定为7.50 mJ/cm 2,在1030 nm处的吸收阈值通量值被确定为9.14 mJ/cm 2。使用原子力显微镜的烧蚀坑的表面分析证实,从玻璃基板上的膜的选择性去除取决于所施加的能量密度。膜去除示出主要是通过由电子爆炸力产生的超快晶格变形。采用双温模型(TTM)模拟了激光吸收和加热过程。预测的表面温度证实,低于1 J/cm 2的膜去除主要是通过非热机制。
2020-08-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Liquid Metal Printed Ultrathin Oxides for Monolayer WS2 Top-Gate Transistors
二维(2D)半导体是用于互补金属氧化物半导体(CMOS)逻辑电路的持续缩小尺寸的有前景的沟道材料。然而,它们的全部潜力仍然受到缺乏可扩展的高k晶体管的限制,这些高k晶体管可以实现原子级光滑的界面、小的等效氧化物厚度(EOT)、出色的栅极控制和低漏电流。在这里,我们报告了用于2D电子和电光器件的液态金属印刷的氧化物和可扩展的Ga 2 O3电介质。我们直接可视化的原子光滑的Ga 2 O3/WS 2接口,使液态金属印刷的保形性。我们证明了原子层沉积兼容性与高k Ga 2 O3/HfO 2顶栅电介质堆叠化学气相沉积生长单层WS 2,实现EOTs的~1 nm和亚阈值摆幅下降到84.9 mV/dec。栅极漏电流是在超规模低功耗逻辑电路的要求。我们的研究结果表明,液态金属印刷氧化物可以弥合下一代纳米电子学2D材料可扩展介电集成的关键差距。
2022-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
High-Performance Ultra-Wide-Bandgap CaSnO3 Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors
首次展示了基于La掺杂CaSnO3的高性能MOSFET器件,实现了超10^8开关比、1660V击穿电压及8.3 MV cm-1击穿场强,推动了超宽带隙半导体在高压功率电子中的应用。
2025-06-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A Nanometer-Thick Oxide Semiconductor Transistor with Ultra-High Drain Current
高驱动电流是用于高速、低功率逻辑应用或高效率、高功率、高速射频(RF)模拟应用的半导体器件中的关键性能参数。在这项工作中,我们展示了在后端线(BEOL)兼容的温度下通过原子层沉积(ALD)生长的In 2 O 3晶体管,具有超过10 A/mm的创纪录的高漏极电流,其性能比所有已知的半导体沟道晶体管好2-3倍。在具有平面结构的所有晶体管中,也实现了4 S/mm的创纪录的高介电常数。结果表明,高载流子密度和高电子速度是ALD In 2 O3晶体管实现高通态性能的重要因素,这主要得益于高质量的氧化物/氧化物界面、类金属的电荷中性能级(CNL)取向以及低态密度(DOS)导致的高能带速度。在室温下进行的霍尔、I-V和分裂C-V实验测量证实,载流子密度高达6-7*10^13 /cm 2,速度约为10^7 cm/s。具有位于导带深处的CNL的超薄氧化物半导体代表了为高性能半导体器件寻找替代沟道材料的有希望的新方向。
2022-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Angstrom-scale ion-beam engineering of ultrathin buried oxides for quantum and neuro-inspired computing
本文提出一种基于聚焦离子束退火的埃米尺度离子束工程技术,通过深度控制晶体缺陷实现超薄埋入氧化物的精确厚度调控,并在约瑟夫森结和超导量子比特上展示了高性能,为量子与神经形态计算提供可扩展的制造方案。
2024-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Correlating the nanoscale structural, magnetic and magneto-transport properties in SrRuO3-based perovskite oxide ultra-thin films
我们研究了裸SrRuO $_3$(SRO)超薄膜和SrRuO $_3$ /SrIrO $_3$/SrZrO $_3$的结构和磁性通过比较磁光克尔效应(MOKE)和磁输运的宏观数据,在10 K和80 K之间(SRO/SIO/SZO:RIZ)三层异质结构(反常霍尔效应:AHE),当应用非接触式扫描力显微镜(nc-SFM)和磁力显微镜(MFM)时具有纳米级指纹。SRO和RIZ超薄膜在65 ℃下外延生长在相邻的SrTiO $_3$(100)单晶衬底上,标称厚度分别为4和4/2/2晶胞(uc)。我们的相关分析允许关联的地形样本功能的过度生长的个别层,他们的剩余磁化强度,如这里所示的是相关的解释宏观AHE数据。虽然在AHE的驼峰状功能表明磁extraed skyrmion相存在约55 K的拓扑霍尔效应(THE),我们的MOKE和MFM数据不能支持这一理论。相比之下,我们的SFM/MFM局部尺度分析发现,局部矫顽场强烈依赖于SRO和RIZ样品中的有效层厚度和化学计量比,对局部能带结构产生巨大影响。事实上,正是这些变化反过来通过AHE电阻率回路中的异常来模拟潜在的THE。
2019-10-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Femtosecond laser crystallization of amorphous titanium oxide thin films
在本文中,我们证明了实验上的结晶相出现在非晶氧化钛加工超快激光脉冲。采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法制备了非晶钛薄膜,并对其进行了飞秒激光辐照。通过X射线衍射、拉曼光谱和电子背散射衍射证实了金红石相的形成。一系列的工艺参数的结晶报道和可能的背景机制进行了讨论。
2018-08-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Effect of Proton Irradiation Temperature on Zinc Oxide Metal-Semiconductor-Metal Ultraviolet Photodetectors
报道了50 nm氧化锌(ZnO)金属-半导体-金属(MSM)紫外探测器在不同温度质子辐照下的电学和结构特性,并进行了比较。我们用200 keV的质子辐照器件,能量密度为1016 cm-2。X射线衍射(XRD)摇摆曲线的检查表明,一个强烈的优先(100)取向的沉积膜的晶粒,与所有辐照样品的晶体质量下降。此外,在XRD和拉曼光谱的对照样品相对于众所周知的理论位置的峰位移是在所沉积的ZnO膜的拉伸应变的指示。我们观察到的位移,这些峰朝向理论上的无应变的位置,在照射的薄膜相对于沉积的薄膜表示部分弛豫这种应变。Raman光谱还表明,相对于对照样品,氧空位(V_O)和锌空位(Zn_i)增加。此外,光电流对时间的测量显示,在辐照数月后,在较低温度下辐照的样品的时间常数增加了2倍,这表明通过抑制热激活动态退火过程引入的缺陷对器件性能具有长期的有害影响。
2019-12-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.ins-det
Controlled Fabrication of Native Ultra-Thin Amorphous Gallium Oxide from 2D Gallium Sulfide for Emerging Electronic Applications
该研究通过氧等离子体可控氧化二维β-GaS,制备约4 nm超薄GaSxOy及完整GaS衬底上的异质结构,并验证其低功耗ReRAM应用潜力。
2024-05-09 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Precision ultrasound sensing on a chip
超声波传感器在科学和技术领域有着广泛的应用。然而,需要提高灵敏度,以用于增强和增加空间分辨率。在这里,我们介绍了腔光学机械超声传感,其中双重光学和机械谐振增强超声信号。我们实现了8- 300 $μ$ Pa/ $\sqrt{\rm Hz}$在千赫到兆赫频率的微型硅芯片为基础的传感器与$>$ 120 dB的动态范围的噪声等效压力。灵敏度远远超过单独使用光学谐振的类似传感器,并且归一化到感测区域,超过先前的空气耦合超声波传感器几个数量级。本底噪声第一次由声波在其中传播的气体中的分子的碰撞主导。这种新的声学传感方法可以应用于从生物医学诊断到自主导航,痕量气体传感和单细胞生命诱导振动的科学探索。
2018-10-08 physics.app-ph quant-ph
Real-time ultrasound sensing with a mode-optimized photonic crystal slab
集成光子传感器可以提供大规模、灵活的检测方案。光子晶体板(PCS)利用水中的光弹效应,为宽带、灵敏的超声检测提供了一个小型化平台。然而,与感测介质的差的模态重叠和水介质的不可忽略的吸收损失先前限制了PCS传感器性能。在这项研究中,我们详细介绍了基于PCS的声传感器的开发和优化,通过添加到它的低损耗高折射率聚合物包覆层。利用PCS中存在的模式优化的类TM光学共振,具有高体积折射率灵敏度(>600 nm/RIU)和品质因数Q(>8000),我们展示了在170 Pa(1.9 Pa/rt Hz)的噪声等效压力(NEP)下的实时超声感测。PCS传感器背面耦合到光纤,连同其基于强度的超声波传感架构,将使我们能够轻松扩展到2D阵列。这项工作为一种灵敏的紧凑型超声探测器铺平了道路,用于基于光声的组织诊断和监测。
2021-08-14 physics.app-ph physics.optics
Ultra-High Q Nanomechanical Resonators for Force Sensing
具有超高品质因数的纳米机械谐振器已成为基础研究的核心元素,使测量低于标准量子极限和制备长寿命的量子态成为可能。在这里,我建议,这种谐振器将允许检测电子和核自旋与高空间分辨率,铺平了道路,未来的纳米级磁共振成像仪器。文章列出了在这一愿景成为现实之前必须克服的挑战,并指出了潜在的解决方案。
2022-09-12 physics.app-ph quant-ph
Reduced Graphene Oxide Tattoo as Wearable Proximity Sensor
人类身体上分布着各种各样的感觉系统,这些系统通过促进对周围环境的详细描述而提供了高度的进化优势。传感器的范围很广,从非接触式视听装置到通过压力和温度的接触式输入。通过静电现象赋予身体增加的非接触感测能力,可以进一步扩展感测的范围。在这里,我们提出了基于石墨烯的纹身传感器的接近传感,采用静电门控的原理。传感器在暴露于被静电荷包围的物体时显示出显著的电阻变化。与该领域的先前工作相比,该传感器已经证明了20 cm的最高记录接近检测范围。它是超薄的,高度皮肤适形的,并带有一个轻松的转移过程,使它可以纹身在高度曲线粗糙的基板,如人类皮肤,不像其他石墨烯基接近传感器之前报道。本工作详细介绍了可穿戴式接近传感器的操作,同时探索安装体对工作机制的影响。传感器作为警报系统的可能作用,特别是在当前的SARS-CoV-2大流行期间,针对与公共场所中的物体的不必要接触,也已经以LED手镯的形式进行了探索,LED手镯的颜色由附接到其上的接近传感器控制。
2020-12-10 cs.HC physics.app-ph physics.bio-ph
Synthesized complex-frequency excitation for ultrasensitive molecular sensing
本文提出利用合成复频波放大石墨烯SEIRA传感器的分子信号,实现对约1.2纳米厚丝蛋白层的超高灵敏检测,信号增强至少一个数量级,并适用于不同相态分子传感。
2023-07-18 physics.app-ph physics.optics
Dynamic strain sensing using Doppler-shift-immune phase-sensitive OFDR with ultra-weak reflection array and frequency-tracking
针对OFDR分布式动态应变传感中多普勒频移导致解调误差累积的问题,提出结合超弱反射阵列、频率跟踪与频谱放大的抗频移相敏OFDR方法,并在1000 m距离上以2.5 cm分辨率验证其高精度与高保真度。
2024-10-25 physics.app-ph physics.optics