Semitransparent Polymer-Based Solar Cells with Aluminum-Doped Zinc Oxide Electrodes
通过使用两个透明电极，有机太阳能电池是半透明的，并且可以组合成并联连接的多结器件或用于诸如发电窗的创新应用。一个具有挑战性的问题是电极的优化，以便将高透明度与足够的电性能相结合。在目前的工作中，我们研究的潜在的电沉积的铝掺杂氧化锌（AZO）作为替代广泛使用的，但相对昂贵的氧化铟锡（ITO）作为阴极材料的半透明聚合物-富勒烯太阳能电池。关于阳极，我们利用基于嵌入在两个蒸发的MoO $_3$层之间的超薄Au膜的绝缘体/金属/绝缘体结构，其中外部MoO $_3$膜（覆盖层）用作光耦合层。系统地研究了无ITO透明太阳能电池的性能与覆盖层和有源层的厚度以及光照方向的关系。发现这些变化对所获得的光电流具有强烈的影响。我们对器件内的电场分布进行了光学模拟，以分析电流变化的起源，并提供对器件物理的深入了解。利用本文研究的常规吸收体材料，优化的无ITO和半透明器件达到2.0%的功率转换效率和60%的最大光透射率，该器件概念可能可转移到其他吸收体材料。
2019-04-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electric field management in $β$-$Ga_2O_3$ vertical Schottky diodes using high-k bismuth zinc niobium oxide
该研究将高k BZN集成于β-Ga₂O₃垂直MIS与FP-MS肖特基二极管，通过电场重分布和势垒提升将击穿电压提高至600 V，且保持低导通电阻。
2024-09-24 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
Subthreshold Swing Behavior in Amorphous Indium-Gallium-Zinc-Oxide Transistors from Room to Cryogenic Temperatures
本研究系统分析了非晶IGZO晶体管从室温到4 K的亚阈值摆幅，揭示了带尾态输运和变程跳跃机制，为低温电子器件设计提供了理论指导。
2025-06-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Hydrogen incorporation into amorphous indium gallium zinc oxide thin-film transistors
在非晶氧化物半导体如非晶铟镓锌氧化物（a-IGZO）的子带隙内是控制光学透明薄膜晶体管（TFT）的操作物理的类施主和类受主状态。掺入顶栅a-IGZO TFT的沟道层中的氢作为电子供体存在，其导致漏极电流-栅极电压（$\mathrm{I_{D} - V_{G}}$）转移曲线导通电压中观察到的负偏移。通常，氢被认为在导带迁移率边缘正下方产生浅电子态，其中施主电离态由涉及费米能级相对于施主电离能的位置的平衡热力学控制。然而，氢不表现为正常的施主，如通过顶栅a-IGZO TFT的光电导响应测量的亚能隙态密度（DoS）所揭示的，在CBM边缘的0.3eV内。具体地，DoS示出了价带迁移率边缘以上的子带隙峰，其以与$\mathrm{I_{D} - V_{G}}$转移曲线测量表明氢被并入沟道层相同的速率生长。在a-IGZO中的这种氢供体行为是异常的，并且可以理解如下：非键合氢电离先于其作为键合物质并入a-IGZO网络中。与带电的氧-在-氧-位点阴离子的电离氢键，导致形成在本文中表示为$\mathrm{{[{O_{O}^{2-}}{H^+}]}^{1-}}$的缺陷复合物。$\mathrm{{[{O_{O}^{2-}}{H^+}]}^{1-}}$缺陷复合物的形成产生了在带隙中观察到的电子态的光谱宽（$\sim$ 0.3 eV FWHM）分布，该带隙以价带迁移率边缘上方0.4 eV为中心。
2021-11-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Heavily doped zinc oxide with plasma frequencies in the telecommunication wavelength range
我们展示了重和超掺杂的ZnO的镓（Ga）离子注入使用聚焦离子束（FIB）系统和注入后的激光退火的组合。离子注入允许掺入具有几乎任意浓度的杂质，并且激光退火工艺使得掺杂剂激活接近或超过Ga在ZnO中的固溶度极限。我们获得了自由载流子浓度为~10^21 cm^（-3）的重掺杂ZnO：Ga，从而产生了1.02 μ m的等离子体波长，这比1.55 μ m的电信波长短得多。因此，我们的方法能够控制的等离子体频率的ZnO从远红外线下降到1.02微米，提供了一个有前途的等离子体材料的应用在这个制度。
2022-10-31 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Sub-Millisecond Visible-Light Gating of a Zinc Oxide Nanowire
半导体纳米线是许多纳米级电子和神经形态电路的构建块。在这里，我们展示了一个简单的安排，其中乙醇吸附的ZnO单纳米线，使用介电电泳沉积在金电极之间表现出显着的电阻变化时，由可见光激活。在这里，我们已经观察到，两个稳定的欧姆状态之间的过渡时间尺度，一个在黑暗中，另一个在照明制度在一个单一的纳米线可以发生在亚毫秒级，这是7个数量级低于我们以前报道的散装ZnO薄膜的开关时间尺度。基于氧分子在纳米线表面的吸附-脱附动力学，提出了光激活电阻开关机理的数学模型。
2020-04-13 physics.app-ph
Optical Properties of Aluminium-Doped Zinc Oxide Thin Films Synthesized via AACVD Using Nitrogen as a Carrier Gas
本文研究以氮气为载气通过AACVD制备铝掺杂氧化锌薄膜，发现铝掺杂和氮退火可调控其结构、厚度、吸光度及带隙，掺杂超过15%时有助于提升光电器件的光学性能。
2025-02-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Flexoelectricity in Amorphous Hafnium Oxide (HfO2)
本研究提出一种精确分离挠曲电效应的方法，首次在非晶HfO2中测得挠曲电系数，并发现系数与相对介电常数呈二次比例关系，挑战了传统线性假设。
2024-09-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Real-time spectroscopic monitoring of continuous synthesis of zinc oxide nanostructures in femtosecond laser fabricated 3D microfluidic microchannels with integrated on-chip fiber probe array
本研究开发了集成光纤探针阵列的飞秒激光制备3D微流控反应器，实现ZnO纳米结构的片上连续合成与原位实时光谱监测，可通过调控反应参数定制纳米结构形貌。
2023-04-27 physics.app-ph physics.optics
Large-area implementation and critical evaluation of the material and fabrication aspects of a thin-film thermoelectric generator based on aluminum-doped zinc oxide
一个大面积的热电发电机（TEG）利用折叠薄膜的概念实现和性能评估的近室温应用具有适度的温度梯度（< 50 K）。具有~0.33 m^2的面积的TEG被示出为能够为多个传感器的无线传感器节点供电，所述多个传感器适合于例如用于监测建筑物中的环境变量。TEG基于透明、无毒和丰富的热电材料，即沉积在柔性基板上的掺铝氧化锌（AZO）。在折叠之后，电流和热通量都在热电薄膜的平面中。折叠的三甘醇中的热泄漏被证明是最小的（接近空气的热泄漏），能够在没有有效散热器的情况下实现足够的温度梯度，这与具有垂直于热电膜平面的热通量和电流的传统三甘醇相反。长期稳定性研究表明，AZO的电学或热电性能在几个月内没有显着变化，而AZO和银墨之间的接触电阻是一个问题，随着时间的推移表现出持续增加。通过计算研究进一步评估了TEG的性能和与最先进的热电材料相关的技术影响。
2019-10-11 physics.app-ph
Tuning carrier density and phase transitions in oxide semiconductors using focused ion beams
我们展示了空间修改的薄膜金属氧化物，氧化锌和二氧化钒的光学性质为代表，使用商业聚焦离子束（FIB）系统。使用Ga+ FIB和热退火，我们展示了能带半导体氧化锌（ZnO）的可变掺杂，实现了10^18 cm-3至10^20 cm-3的载流子浓度。使用相同的FIB，没有随后的热退火，我们缺陷设计了一种相关的半导体，二氧化钒（VO 2），局部修改其绝缘体到金属转变（IMT）温度范围约为25摄氏度。通过使用FIB直接写入的金属氧化物的这种区域选择性改性为光学结构的制造提供了简单的、无掩模的途径，特别是当需要多个或连续水平的掺杂或缺陷密度时。
2022-06-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Textured growth and electrical characterization of Zinc Sulfide on back-end-of-the-line (BEOL) compatible substrates
本文研究在后道工艺兼容衬底上低温生长硫化锌薄膜，采用脉冲激光沉积实现织构化晶体生长，并通过电学表征证明其低漏电流和高本征性，为BEOL三维集成提供潜在p型宽带隙半导体材料。
2025-05-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
ZnO/LSMO Nanocomposites for Energy Harvesting
掺锶锰氧化镧（LSMO）与氧化锌（ZnO）复合材料由于其磁性和压电特性而成为能量收集的候选材料。它们可用于从杂散源获取能量，例如电网发电站内Transformers和压缩机的振动和电磁噪声，为小型诊断传感器提供动力。LSMO/ZnO纳米复合材料通过以下方式制备：（i）研磨两种本体粉末，和（ii）导致核-壳结构的湿化学过程。的电，压电和磁电性能表现出强烈的依赖性的制造方法。在LSMO表面的颗粒核上生长ZnO纳米柱似乎改善了压电性能。此外，可以容易地修改化学浴沉积工艺以掺入掺杂剂来进一步增强这些性质。
2017-08-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
ZnO-based Semiconductors and Structures for Transistors, Optoelectronic Devices and Sustainable Electronics
本文综述了ZnO基半导体的关键性质、沉积方法及其在薄膜晶体管、光电器件和可持续电子中的广泛应用前景。
2024-11-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
"Forbidden" polarisation and extraordinary piezoelectric effect in organometallic lead halide perovskites
有机卤化铅钙钛矿是用于太阳能电池和其他光电应用的高效材料，这归因于它们的高量子效率和优异的半导体性质。这些钙钛矿的特性是在外力下的实质性离子运动。在这里，我们发现，电场和光诱导的离子运动MAPbX 3晶体（X=Cl，Br，I和MA= CH 3 NH 3）导致意想不到的压电类响应，一个数量级大于铁电钙钛矿氧化物。名义上的宏观对称性的晶体被打破的离子物种，这可以确定性地控制由光和电场的重新分配。所揭示的压电响应可能存在于具有显著离子活性的其他材料中，但有机金属钙钛矿的独特特征是对离子运动（MA+和X-1）和照明产生的光电子的相互作用的压电响应的强烈影响。
2022-02-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Effect of different Zinc precursors in Structural and Optical properties of ZnO thin films
以乙酸锌、硝酸锌和氯化锌为原料，采用超声喷雾热解法制备了氧化锌薄膜。通过X射线衍射、扫描电子显微镜和紫外可见光谱对薄膜的结构、形貌和光学性能进行了表征，结果表明，ZnO纳米晶薄膜均为六方纤锌矿结构。用醋酸锌沉积的薄膜具有表面光滑、网络致密、透明性高的特点，而用氯化锌和硝酸锌沉积的薄膜具有较好的结晶性和较低的透光率。
2020-03-18 physics.app-ph physics.chem-ph
Improving Performance of Tin-Doped-Zinc-Oxide Thin-Film Transistors by Optimized Multi-Stacked Active-Layer Structures
本文研究了具有不同沟道结构的薄膜晶体管（TFT）的性能，包括单有源层（SAL）Sn-Zn-O（TZO）、双有源层（DAL）In-Sn-O（ITO）/TZO和三有源层（TAL）TZO/ITO/TZO。TAL TFT被发现结合了SAL TFT（低关态电流）和DAL TFT（高迁移率和低阈值电压）的优点。所提出的TAL TFT表现出优异的电性能，例如，2*10^8的高开-关态电流比、0.52V的低阈值电压、145.2cm2/Vs的高饱和迁移率以及3.3pA的低关态电流。研究了ITO和TZO薄膜的表面形貌和特性，发现TZO薄膜为C轴取向结晶（CAAC）。推导了一个简化的电阻模型来解释TAL TFT的高沟道电阻。最后，我们也讨论了不同通道长度的薄膜晶体管，以显示我们制程的稳定性与均匀性。由于其低加工温度、优越的电气性能和低成本，具有拟议的TAL通道配置的TFT对于需要使用热敏聚合物基板的柔性显示器来说非常有前途。
2019-08-24 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Antibacterial Activity of Zinc Oxide Thin Films by Atomic Layer Deposition for Personal Protective Equipment Applications
全球疫情大幅增加了对个人防护装备（PPE）的需求。抗菌涂层已被广泛应用于PPE，以提高其防护能力，特别是在长时间使用后。然而，通过传统方法（例如化学气相沉积、喷涂和浆料涂覆）的抗微生物涂覆具有缺点，例如效率低、覆盖差和对PPE的松散粘附。为了克服这些局限性，本工作采用原子层沉积（ALD）技术沉积氧化锌（ZnO）薄膜（~ 312.8 nm厚）作为抗菌涂层，并证明其优点是沉积均匀的ZnO涂层的PPE织物结构。通过X射线衍射、拉曼光谱和X射线光电子能谱学分析证实了ALD-ZnO的晶体结构和化学组成。紫外-可见光谱显示，ALD-ZnO在200 nm至380 nm波长范围内具有约4.8的高吸收水平，而商业ZnO粉末的吸收水平为3.8。此外，ALD-ZnO表现出很强的抗微生物性能测试时，对大肠杆菌（大肠杆菌）的控制和裸玻璃样品相比。所有ALD-ZnO样品的菌落形成单位（CFU/ml）保持为零，而对照样品的菌落形成单位在2.30*109和4.97*109之间变化，中值为4.36*109，裸玻璃的菌落形成单位在9.10*108和3.27*109之间变化，中值为2.04 * 109。使用零假设显著性检验的统计分析显示，裸玻璃与对照、ALD-ZnO与对照以及裸玻璃与对照之间的计算P值均小于0.0001，并且显著小于0.05 α值，表明ALD-ZnO作为防止大肠杆菌生长的主要因素具有高置信水平。
2023-02-04 physics.app-ph physics.med-ph
Piezoelectric-based uniaxial pressure cell with integrated force and displacement sensors
我们提出了一种设计的压电驱动的单轴应力单元适用于在环境温度和低温下使用，并结合了位移和力传感器。该单元直径为46 mm，高度为13 mm。它可以施加高达~45 $μ$ m的零载荷位移和高达~245 N的零位移力。通过对施加到样品的位移和力的组合知识，可以快速确定样品及其底座是否保持在其弹性限度内。在对氧化物金属Sr $_2$ RuO $_4$的测试中，我们发现，在室温下，样品的严重塑性形变在约0.2 GPa的单轴应力下开始，而在5 K下，样品变形保持弹性高达近2 GPa。这一结果突出了原位调整的有用性，其中可以在将样品冷却至低温温度后施加力。
2018-10-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electrical and acoustic self-oscillations in an epitaxial oxide for neuromorphic applications
开发可以导致人工神经元（神经轴突）和突触（忆阻器）的紧凑版本的材料是新生神经形态材料研究领域的主要愿望。振荡回路作为神经元是有趣的，它模仿动作电位的放电。我们提出了室温自振荡器件制作的半导体TbMnO 3的外延薄膜。我们发现，这些电振荡引起伴随的机械振荡，产生可听的声波，提供了一个额外的自由度与其他设备的接口。控制振荡的机制的固有性质产生了高度的控制和可重复性。在外延钙钛矿氧化物中获得这样的性质，开辟了将自振荡性质与其他压电、铁电或磁性钙钛矿氧化物的自振荡性质相结合的道路，以在紧凑的异质结构中实现混合神经电阻器-忆阻器功能。
2020-05-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Effect of annealing on the structural, topographical and optical properties of sol gel derived ZnO and AZO thin films
对未掺杂的氧化锌（ZnO）和Al掺杂的氧化锌（AZO）薄膜的物理性质作为退火温度的函数进行了比较研究。使用X射线衍射和记录的图案的结构特性进行了分析表明，薄膜的结晶度总是随着退火温度的升高而增强，而它与Al掺杂降低。原子力显微镜观察到退火使所有薄膜的表面变得粗糙，但AZO薄膜的形貌总是比ZnO更光滑。通过紫外可见分光光度计研究了薄膜的光学性质，发现随着退火温度的升高，薄膜的透过率逐渐降低。此外，还观察到AZO薄膜的光学带隙显著增加。
2019-09-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Room Temperature deposition of ZnO and Al:ZnO ultrathin films on glass and PET substrates by DC sputtering Technique
采用直流溅射法在玻璃和聚对苯二甲酸乙二酯（PET）衬底上制备了厚度为20 nm的ZnO和Al掺杂ZnO薄膜。利用XRD衍射分析了薄膜的结构形貌。在不同衬底上沉积的薄膜在可见光区的平均透过率均在80%以上。本工作的目的是研究的ZnO和AZO薄膜的厚度和光学常数的直流溅射（玻璃和PET）基板上使用两种方法（紫外可见近红外光谱仪和椭圆偏振仪（SE）的新的非晶色散公式），并比较检查和确认从紫外和SE测量得到的结果。在200- 2200 nm范围内，以1 nm为增量，提取并比较了薄膜的光学常数，以确认UV的准确性，结果显示出良好的一致性。
2017-10-10 physics.app-ph
Ultrasensitive piezoelectric sensor based on two-dimensional Na2Cl crystals with periodic atom vacancies
本文提出一种基于二维Na2Cl晶体周期性原子空位的超灵敏压电传感器，其峰值灵敏度达3.5*10^6 kPa^-1、检测限低于1 mPa，并能检测蝴蝶扇翅气流波动，为下一代精密压力传感奠定基础。
2024-01-14 physics.app-ph
Piezoelectric composite cements: Towards the development of self-powered and self-diagnostic materials
压阻法是水泥基智能复合材料应变监测应用中最常用的传感原理。尽管如此，需要外部电功率来进行电阻率测量限制了该技术的可扩展性，特别是当在远程结构中实现时。为了解决这个问题，本文彻底分析了掺杂还原氧化石墨烯（rGO）的水泥复合材料的压电性能，并评估了它们作为自供电应变传感器的潜力。要做到这一点，一个全面的方法，包括伏安法测量，开路电位测定，和单轴压缩测试的开发，以确定电荷$d_{33}$和电压$g_{33}$的压电系数。此外，一种新的机电响应的信号处理电路模型的开发和实验验证的时间序列的输出电压，电阻，和所产生的电功率。所开发的方法适用于实验室样品制造以下两种不同的填料分散方法。所呈现的结果证明，通过超声波清洁器分散制备的样品实现了最佳性能，压电电荷系数为1122.28 $\mathrm{\pm}$ 246.67 pC/N，比文献中先前报道的复合材料大约47倍。与压阻水泥基复合材料不同，材料的固有电阻的分数变化与施加的机械应变之间存在显著的非线性相关性。相反，已发现外部施加的机械应变和产生的（压电）电功率之间存在相当大的线性（$\mathrm{R^2}=0.96$），这表明后者具有进行离网应变监测应用的巨大潜力。
2023-03-01 physics.app-ph
