Novel nanoporous binary Ag-Ni electrocatalysts for hydrazine oxidation
纳米磷钨酸银光催化剂的微波固相合成
进一步扩散到 [ PW 12 O40 ] 体内 , 形成 Ag3 PW 12 O40 ・
yH2 O 颗粒 . 由于水池大小的限制 , 形成的 Ag3 P W O40
, 它和 Ag +均
较易被光激活 . 激活的 W =Od 边使周围的一个电荷向
+ + 金属原子 (W Ⅵ ) 转移 , 边与 Ag 作用 , 电子就由 Ag
sirion200场发射扫描电镜荷兰fei公司扫描电压5kv放大倍数100000pw12o中国医药集体上海化学试剂公司agno南昌洪都试剂化工厂所用试剂皆为ar纳米磷钨酸银光催化剂的合成称取一定量pw12o加入到玛瑙研钵中混匀研磨再按摩尔比称取agno充分混合研磨约5min后粉末试剂呈现粘稠状研磨10min后将混合试剂转入瓷坩埚中放入微波炉中低火档加热立即有刺激性气味溢出5min后即得纳米磷钨酸银光催化剂
- 1 m in ; Sirion200 场发射扫描电镜 (荷兰 FE I公司 ) , 扫
描电压 5KV ,放大倍数 100 000 X.
H3 PW 12 O40 ・29H2 O、 H2 C2 O4 ・2H2 O (中国医药集
体上海化学试剂公司 ) , AgNO3 (南昌洪都试剂化工 厂 ) ,所用试剂皆为 AR 级 .
期需用大量有机溶剂洗涤除出可溶性反应物 , 造成浪 费和污染 ,且应用范围窄 . 微波是介于红外光波与无线电波之间频率在 0. 3 ～300GHz的电磁波
[2]
公司 ) ; WCT - 1A 型 微 机 差 热 天 平 (北 京 光 学 仪 器 厂 ) ,空气气氛 ,加热速率 5 ℃・m in ,扫描范围室温 ～570 ℃, DTA 量程 50 μA , TG 量程 5 mg; PE - 2000 型红外光谱仪 (美国 Perkin - Elm er 公司 ) , KB r 压片 法 ,扫描范围 : 4000 ～450 cm
锂离子电池负极材料银纳米线的锂化机制
能源需求的增加以及绿色可持续发展的理念使得清洁可再生能源得到大力发展，其中，锂离子电池在为电子产品供电方面发挥了关键作用[1-3]。
为增加负极材料的储能效率，获得容量高、安全性能优异的电极材料，需要对负极材料进行创新性研究。
在负极材料中，合金型负极在与锂离子形成合金相时可以达到高能量容量和安全性好等效果，成为有前途的锂离子电池负极材料[4-6]。
在电极材料的研究中，纳米材料中的离子迁移过程与宏观电化学性能联系密切；材料在电化学过程中储存锂离子的能力决定电池的比容量；锂离子电池负极材料银纳米线的锂化机制刘海辉1，2，3，张欣欣1，2，3（1.天津工业大学材料科学与工程学院，天津300387；2.天津工业大学省部共建分离膜与膜过程国家重点实验室，天津300387；3.天津工业大学先进纤维与储能技术重点实验室，天津300387）摘要：为了探究银纳米线在不同工作电压下的锂化机制，借助原位透射电子显微镜的高分辨技术和电子衍射技术，研究了在不同的工作电压条件下，银纳米线在锂化过程中的相变过程和形貌变化。
结果表明：金属银用于电池负极材料时，其工作电压对电极材料的活性有较大影响；银在低工作电压下的储锂量大，电极材料不易失效；当工作电压为-1V 时，Ag 纳米线在储存锂离子过程中会先变成LiAg 相，无明显体积形变；后续随着锂化时间增加，Li x Ag 合金中x >1时，纳米线粉碎化，生成Li 3Ag 、Li 9Ag 4相；当外加的电压为-2V 时，锂离子会快速在纳米线表面运输并与Ag 发生反应，导致纳米线破碎。
关键词：锂离子电池；负极材料；Ag 纳米线；锂化反应机制；原位透射电镜中图分类号：TBQ152；TM911.3文献标志码：A 文章编号：员远苑员原园圆源载（圆园24）园2原园园55原05收稿日期：2022-05-26基金项目：国家自然科学基金资助项目（52271011）。
通信作者：刘海辉（1984—），男，博士，讲师，主要研究方向为高性能纤维、新能源材料、热电转换材料。
静电纺丝法制备纳米氧化铟锡及其导电性能
收稿日期：2020⁃10⁃06。
收修改稿日期：2020⁃11⁃13。
中央高校基本业务费(No.3207042009C2)资助。
#共同第一作者。
＊通信联系人。
E⁃mail ：************.cn ，***********.cn第37卷第3期2021年3月Vol.37No.3491⁃498无机化学学报CHINESE JOURNAL OF INORGANIC CHEMISTRY静电纺丝法制备纳米氧化铟锡及其导电性能任鑫川#刘苏婷#李志慧宋承堃代云茜＊孙岳明＊(东南大学化学化工学院，南京211189)摘要：采用静电纺丝-溶胶凝胶法，以SnCl 2、InCl 3、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等为原料，乙醇胺为水解控制剂，合成了超细氧化铟锡(ITO)纳米纤维及富氧缺陷的ITO 纳米颗粒。
采用透射电子显微镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TGA)、X 射线衍射(XRD)、X 射线电子能谱(XPS)、四探针电阻仪，系统研究了超细ITO 纤维及颗粒的形貌、晶型、氧缺陷及导电性能。
在400℃空气煅烧后，纤维中的PVP 高分子骨架发生热分解，获得超细、多孔ITO 纳米纤维，晶型为立方相。
进一步升高煅烧温度至800℃，ITO 纳米纤维转变为富氧缺陷的纳米颗粒，晶格氧空位含量高达38.9%。
随着煅烧温度升高，Sn 4+掺入到In 2O 3晶格中，发生晶格膨胀，晶面间距增大。
煅烧温度由400℃升高至800℃，未发生立方相向六方相的转变，晶型稳定，晶粒尺寸从32nm 生长到44nm ，晶格应变(ε0)从1.943×10-3减小至1.422×10-3，应变诱导的晶格弛豫逐渐减小。
此外，高温煅烧可抑制In 2O 3晶粒(111)晶面的增长，随着In 2O 3的(400)与(222)晶面比值(I (400)/I (222))的增加，ITO 电导率逐渐升高。
在800℃获得的ITO 纳米颗粒导电率最高。
六方氮化硼在二维晶体微电子器件中的应用与进展
第58卷第2期2021年2月徵鈉电子技术Micronanoelectronic TechnologyVol. 58 No. 2F eb ru ary2021D O I：10. 13250/j. cnki. wndz. 2021. 02. 003令材料与结构$六方氮化硼在二维晶体微电子器件中的应用与进展高渤翔U2，方茹3，吴天如1(1.中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室，上海200050;2.中国科学院大学，北京100049; 3•中国电子科技集团公司第三十二研究所，上海201808)摘要：六方氮化硼U-B N)因其优异的性能和潜在的应用前景而受到广泛关注。
着眼于/i-BN 在微电子器件领域中的发展与应用，总结了近年来国内外通过化学气相沉积（C V D)方法实现A-B N的高质量、大规模可控制备及图形化的代表性工作。
围绕A-B N的高介电常数、原子级平滑表面、高导热性和高稳定性，重点介绍了/i-B N在二维晶体介电衬底、半导体器件热管理平台以及集成电路封装材料中应用的研究进展，并简述了将A-B N应用于隧穿器件和存储阵列的研究成果。
最后，对A-B N在新型微电子器件大规模应用的已有成果进行总结，并展望了该领域未来的研究与发展方向。
关键词：二维（2D)材料；六方氮化硼（A-B N);微电子器件；介电衬底；隧穿器件；存储阵列；封装材料中图分类号：0612.3;TN305 文献标识码：A 文章编号：1671-4776(2021) 02-0107-07Application and Progress of Hexagonal Boron Nitride in Two-Dimensional Crystal Microelectronic DevicesGao Boxiang1’2, Fang Ru3，Wu T ia n ru1(1. State K ey Laboratory o f Functional Materials fo r Informatics ^Shanghai Institute o f Microsystem andInform ation Technology^ Chinese A cadem y o f Sciences^ Shanghai200050» C h in a；2. University o f Chinese A ca d e m y o f Sciences ^Beijing100049, China \3. The32n d Research Institute^China Electronics Technology Group Corporation ^Shanghai201808, China)A bstract：Due to excellent properties and potential application prospects, H exagonal boron nitride (/i-B N) has received extensive attention. Based on the developm ent and application of /i-BN in microelectronic devices, the recent representative studies of high-quality, large-scale controllable preparation and pattern in g of /i-BN achieved by chemical vapor deposition (C V D) m ethod at home and abroad are summarized. T he research progresses of /z-BN for tw o-dim ensional crystal dielectric s u b s tra te s, the therm al m anagem ent platform of sem iconductor devices and integrated circuit packaging m aterials are reviewed em phatically from the aspects of the high dielectric consta n t, atom ic level sm o o th surface, high therm al conductivity and high stability of /i-BN. T h e research results of the application of /i-BN in tunneling devices and m em ory arrays are briefly收稿日期：2020-08-17基金项目：中国科学院战略性先导科技专项（XDB3000()000)通信作者：吴天如，E-mail: *************微鈉电子技术presented. Finally, the obtained achievem ents of large-scale applications of /i-BN in new m icroelectronic devices are sum m arized, and the future research and trends of the field are prospected. Key w o rd s：two-dim ensional (2D) m a te ria l；hexagonal boron nitride (/i-B N)；microelectronic device；dielectric s u b s tr a te；tunneling device；memory a r r a y；packaging materialE E A C C：0500；2550()引百六方氮化硼U-BN)具有与石墨烯相似的二维蜂窝结构但完全不同的物理特性。
空心蒲公英结构羟基氧化钒的制备及电化学性能研究
空心蒲公英结构羟基氧化钒的制备及电化学性能研究赵磊;杨娜娜;刘浩锐;贺立群;刘卯成【摘要】采用简单水热法成功制备空心蒲公英结构的羟基氧化钒(VOOH),探讨VOOH空心蒲公英结构的形成机制.利用场发射扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)表征所制备样品的微观形貌和晶体结构,考察热处理对VOOH的结构和性能的影响.结果表明热处理后VOOH有如下变化:微观形貌基本不变,但蒲公英球和纳米片的壁厚变小;VOOH的结晶度提高,有少量的VOOH晶体结构变为V2O3晶体结构.将热处理后VOOH作为电极材料,采用循环伏安法和恒流充放电法测试其电化学性能,结果表明热处理后VOOH具有比较优异的电化学性能(0.625 A/g电流密度下比容量为157.5 F/g),这预示着将其作为超级电容器正极材料可能具有一定的应用前景.【期刊名称】《电子元件与材料》【年(卷),期】2018(037)010【总页数】5页(P37-41)【关键词】电化学性能;超级电容器;电极材料;羟基氧化钒;热处理;水热法【作者】赵磊;杨娜娜;刘浩锐;贺立群;刘卯成【作者单位】陇东学院机械工程学院,甘肃庆阳 745000;陇东学院机械工程学院,甘肃庆阳 745000;陇东学院机械工程学院,甘肃庆阳 745000;陇东学院机械工程学院,甘肃庆阳 745000;兰州理工大学甘肃有色金属新材料重点实验室,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TB321;TM911近年来,材料和化学领域的研究工作者对具有高比表面积和新性能的自组装介孔、微孔材料开展了广泛而深入的研究,其中对半导体材料[1-5]、聚合物材料[6-7]、有机无机材料[8]和生物材料[9]的微观结构控制方面的研究取得显著进步。
由于钒元素存在多个氧化态,且钒氧化物具有独特的电子和光学性能,因此对其开展研究具有广阔的前景[10]。
曾有文章报道,采用反胶束过渡法、溶胶凝胶法、水热法和电化学沉积法成功制备具有纳米管状、纳米线状、纳米纤维状、纳米带状、纳米棒状和介孔结构的四价和五价钒氧化物[11-16]。
二氧化钌_石墨烯复合材料超级电容器的性能_邵强
０ 引 言
超级电容器作为一种新型的储能装置，具有寿 命长、能量密度高和可逆性强等特点。随着超级电 容器不断在移动通信、信息技术和航天等领域的应 用 ， ［１－５］ 超级电容器越来越受到人们的关注。 超级 电 容 器 的 电 极 材 料 主 要 有 过 渡 金 属 氧 化 物、碳 材 料 以 及 导 电 聚 合 物 ３ 种。 二 氧 化 钌 （ＲｕＯ２） 是一种典型的金属氧化物 赝 电 容 器 电 极 材 料，它的比电容很高、充放电特征可逆性强，更重 要的是导电 性 能 卓 越。 但 是 ＲｕＯ２ 在 电 化 学 氧 化／ 还原过程中容易发生团聚，内部的颗粒不能完全参 与反应，延缓了反应进程，导致电化学性能大大降 低 。 ［６］ 为了制备低成本、高容量的蓄电池，各 种 导 电材料被应用到制备 ＲｕＯ２ 的复合材料中 ， ［６－１０］ 但 都未能获得 较 大 的 双 电 层 电 容。 石 墨 烯 （ＧＲ） 是 一种具有独特二维结构的新型碳材料，可用于双电 层电容器 。 ［１１－１３］ 利用氧化石墨 （ＧＯ） 化 学 还 原 法 制取的石墨烯不仅具有单层石墨材料柔软多孔的性 能，而且 表 面 含 有 大 量 的 含 氧 基 团 。 ［１４－１６］ 由 于 这 些基团与纳米粒子之间存在较强的化学作用，因此 可以使其 均 匀 地 负 载 在 石 墨 烯 的 表 面 。 ［１７］ 利 用 该 方法 制 备 纳 米 ＲｕＯ２／ＧＲ 复 合 材 料， 不 仅 可 以 使 ＲｕＯ２ 均匀地负载于 石 墨 烯 表 面， 防 止 团 聚 现 象 发 生，充分 显 示 ＲｕＯ２ 的 赝 电 容， 还 可 利 用 间 隔 效 应，减少石墨烯片间的堆积，使复合材料仍具有较 大的表面积，从而获得较高的双电层电容。
电沉积制备氧化锰和氧化镍
Journal of Electroanalytical
Chemistry
399
( 1995) 91-96
Effect of lanthanide ions on the electrodeposition of cobalt and manganese oxides
Yasumichi Matsumoto,
0027.0728/95/$09.50
SSDf 0022.0728(95)04234-2
Mn) oxide or oxyhydroxide together with incorporation of the La3+ ion. It was found that La3+ ion suppressed the electrodeposition of the oxide or oxyhydroxide when it was incorporated into the film during the electrochemical oxidation [4,5,7,8]. In the case of the deposition of the cobalt oxyhydroxide (CoOOH), each La3+ ion was incorporated with five water molecules ion [9]. It was assumed that, in this electrodeposition, the La” ion plus water molecules is intercalated in the Co-O layer in the CoOOH structure [9]. The La3+ ion also suppressed the electrodeposition of manganese oxide (MnO,), but the amount of La3+ ion incorporated was not so high if the as-deposited MnO, was immersed in water for a long time (> 30 min) [4]. Thus, the effect of La3+ ions on the electrodeposition depends on the structure of the deposited oxide. An investigation of the effect of other lanthanide ions (Ln3+ > on the electrodeposition process is also important for the preparation of lanthanide perovskites. In this article the effect of the various lanthanide ions on the electrodeposition of CoOOH and MnO, are reported and are discussed by comparing the dependence of the effect on the type of lanthanide ion incorporated.
Ni掺杂β-Ga2O3单晶的光、电特性研究
第52卷第8期2023年8月人㊀工㊀晶㊀体㊀学㊀报JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALS Vol.52㊀No.8August,2023Ni 掺杂β-Ga 2O 3单晶的光、电特性研究陈绍华1,穆文祥1,张㊀晋1,董旭阳1,李㊀阳1,贾志泰1,2,陶绪堂1(1.山东大学,新一代半导体材料研究院,晶体材料国家重点实验室,济南㊀250100;2.山东工业技术研究院,济南㊀250100)摘要:本文使用导模(EFG)法生长了Ni 掺杂β-Ga 2O 3单晶,并通过粉末X 射线衍射(PXRD)和劳厄衍射(Laue diffraction)分别验证了其晶体结构和晶体质量㊂进一步通过紫外-可见-近红外透过光谱及红外透过光谱研究了Ni 2+掺杂对β-Ga 2O 3光学特性的影响,发现其(100)面的紫外截止边为252.9nm,对应的光学带隙为4.74eV㊂此外,阴极荧光(CL)光谱测试结果显示,Ni 2+掺杂β-Ga 2O 3单晶在600~800nm 具有宽带近红外发光特性,有望拓宽β-Ga 2O 3单晶材料在宽带近红外方面的应用㊂关键词:氧化镓;宽禁带半导体;光电性能;宽带近红外发光;导模法;Ni 掺杂中图分类号:O734;TQ133.5+1㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1000-985X (2023)08-1373-05Optical and Electrical Properties of Ni-Doped β-Ga 2O 3Single CrystalCHEN Shaohua 1,MU Wenxiang 1,ZHANG Jin 1,DONG Xuyang 1,LI Yang 1,JIA Zhitai 1,2,TAO Xutang 1(1.State Key Laboratory of Crystal Materials,Institute of Novel Semiconductors,Shandong University,Jinan 250100,China;2.Shandong Research Institute of Industrial Technology,Jinan 250100,China)Abstract :Ni-doped β-Ga 2O 3single crystals were grown by edge-defined film-fed growth (EFG)method,and the crystal structure and quality were verified by powder X-ray diffraction (PXRD)and Laue diffraction.The effect of Ni 2+doping on optical properties of β-Ga 2O 3was investigated by UV-Vis-NIR transmission spectra and infrared transmission spectra.It is found that the ultraviolet cut-off edge of (100)plane is 252.9nm and corresponding optical bandgap is 4.74eV.Furthermore,the broadband near-infrared luminescent property of Ni-doped β-Ga 2O 3was discovered by cathodoluminescence (CL)spectroscopy in the range from 600nm to 800nm,which is expected to broaden the application of β-Ga 2O 3crystal in broadband near-infrared.Key words :Ga 2O 3;wide-bandgap semiconductor;optical and electrical property;broadband near-infrared luminescent;EFG method;Ni doping ㊀㊀收稿日期:2023-03-01㊀㊀基金项目:国家自然科学基金(52002219,51932004,61975098);广东省重点领域研发计划(2020B010174002);深圳市基础研究计划(JCYJ20210324132014038);111工程2.0(BP2018013)㊀㊀作者简介:陈绍华(1998 ),男,山东省人,硕士研究生㊂E-mail:1072114408@ ㊀㊀通信作者:穆文祥,博士,副教授㊂E-mail:mwx@ 贾志泰,博士,教授㊂E-mail:z.jia@ 0㊀引㊀㊀言作为超宽禁带半导体材料之一,β-Ga 2O 3具有高达4.8eV 的禁带宽度,且具有优秀的击穿场强和电子传导特性,其巴利加优值可达GaN 的4倍㊁SiC 的6倍,受到了广泛的关注㊂优秀的材料特性使其在深紫外光电器件[1]和大功率㊁高耐压㊁低损耗器件[2]等方面具有广阔的应用前景㊂目前,氧化镓的衬底尺寸不断增大,晶体质量不断提高,基于氧化镓制备的功率器件及光电器件的种类越来越丰富,器件性能越来越好㊂β-Ga 2O 3是氧化镓的几种晶相结构中唯一的热力学稳定相,属于单斜晶系中的C 2/m 空间群,其晶格常数a =1.2214nm,b =0.30371nm,c =0.57981nm,a ㊁c 之间的夹角约为103.83ʎ,每个晶胞包含4个Ga 2O 3,氧离子围成四面体和八面体,镓离子位于其中㊂目前,较为主流的生长方式有焰熔法(Verneuil method)㊁光1374㊀研究论文人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第52卷学浮区(optical floating zone,OFZ)法㊁导模(edge-defined film-fed growth,EFG)法㊁垂直布里奇曼(verticalBridgman,VB)法㊁提拉(Czochralski,CZ)法,每个方法都具有自己独特的生长优势㊂导模法可以生长大尺寸㊁高质量的掺杂晶体,目前最大尺寸已经达到6英寸(1英寸=2.54cm)㊂Cr㊁Mn㊁Fe㊁Ni等过渡族金属离子具有丰富的光学性质,被科研工作者大量研究㊂Galazka等[3]发现Cr3+的掺入使β-Ga2O3在290㊁428㊁600nm处出现了3个吸收带,而且其吸收强度随Cr3+掺量的增多而增大;Mu 等[4]发现Ti4+掺杂的β-Ga2O3单晶具有很长的室温荧光寿命;Li等[5]通过对β-Ga2O3单晶掺杂V5+并退火,发现其在2.5eV附近出现超宽的绿光发射波段㊂Ni2+位于卤化物及氧化物的八面体晶格中时,会表现出多激发态参与跃迁过程,并且伴随着上转换发光过程㊂目前已有大量的材料因为Ni2+的掺杂出现了明显的发光带,如Ni2+ʒSLN㊁Ni2+ʒMgGa2O4㊁Ni2+ʒZnSiO3等[6-8]㊂但关于β-Ga2O3的Ni2+掺杂研究工作较少,且主要集中在第一性原理和电学研究[9-10]㊂Ni2+掺杂β-Ga2O3单晶可能具备丰富的光电磁特性,值得深入研究㊂本文使用EFG法生长了Ni掺杂β-Ga2O3单晶,并通过粉末X射线衍射图谱和劳厄衍射图样证明了其良好的晶体结构和结晶质量㊂重点研究了Ni2+的掺入对β-Ga2O3单晶的光学㊁电学特性的影响,通过阴极荧光(CL)光谱首次发现了其宽带近红外发光特性㊂1㊀实㊀㊀验1.1㊀单晶生长本实验使用自主设计的导模炉,加热方式为感应加热,由贵金属铱金构成的坩埚作为感应加热的加热体,并将保温材料放置于加热体及线圈中间㊂坩埚尺寸为ϕ60mmˑ60mm,模具截面尺寸为25mmˑ4mm㊂晶体主面为(100)面,生长方向为<010>㊂本实验的气氛为1%O2㊁70%CO2和29%N2(体积分数),压强为1atm㊂晶体生长使用的原料为5N(99.999%)级Ga2O3及4N(99.99%)级的NiO,通过混料机混合60h,待混料均匀后通过模具压制成型㊂将Ga2O3原料放入铱金坩埚中,以300ħ/h的升温速度使原料升温熔化,其熔体由于毛细作用而上升并在模具表面铺开㊂将功率调整合适后稳定2~3h,将<010>方向的高质量β-Ga2O3籽晶缓慢下降至接触模具表面㊂稳定10~15min后,开始提拉,晶体生长进入收颈阶段㊂收颈5~7mm后,调整拉速和功率,进入放肩阶段㊂待晶体铺满整个模具表面时,此时放肩完成,进入等径生长阶段㊂待等径生长到预期的长度后,调高拉速,提脱晶体,并以100ħ/h的速度缓慢降温,直至整个晶体生长过程结束㊂1.2㊀样品测试使用XᶄPert3Powder&XRK-90原位X射线衍射仪对晶体结构进行粉末X射线衍射(PXRD)测试㊂紫外-可见-近红外(ultraviolet-visible-near-infrared,UV-Vis-NIR)透过光谱使用PermkinElmer公司生产的Lambda950型紫外-可见-近红外分光光度计进行测试㊂测试的波长范围为200~1000nm㊂红外透过光谱使用英国PerkinElmer公司生产的Spectrum100FT-IR光谱仪进行测试㊂测试的波长范围为1250~25000nm㊂使用LC-06劳厄衍射仪进行劳厄衍射测试㊂使用FEI Talos C350光谱仪进行CL光谱测试㊂测试的波长范围为200~800nm㊂使用X SERIES2型电感耦合等离子体质谱仪及710型电感耦合等离子体发射光谱仪进行电感耦合等离子体(inductive coupled plasma,ICP)测试,获得了杂质浓度㊂2㊀结果与讨论2.1㊀物相分析与晶体质量测试通过EFG法生长所获得的Ni掺杂β-Ga2O3晶体样品如图1(a)所示,晶体整体呈黄褐色㊂由表1的ICP测试结果可知,Ni2+实际掺入浓度为0.00645%(质量分数),在β-Ga2O3晶体中的元素浓度为3.04ˑ1018cm-3,掺杂颜色较为均匀㊂对β-Ga2O3晶体进行了PXRD测试,并根据图谱进行晶型鉴定,将所有尖锐的衍射峰的位置与标准β-Ga2O3晶体JCPDS卡(编号41-1103)进行对比㊂测试结果表明,所生长晶体均为β相,无其他杂相存在㊂㊀第8期陈绍华等:Ni 掺杂β-Ga 2O 3单晶的光㊁电特性研究1375㊀对晶体进行了劳厄衍射测试,结果如图2所示㊂β-Ga 2O 3单晶(100)面的劳厄图样斑点具有较高的清晰度,且沿着测试中心呈现较好的对称性,图2(a)㊁(b)不同位置的劳厄衍射结果具有很高的相似度,证明所生长的晶体具备较高的晶体质量㊂而且劳厄衍射斑点无重影现象出现,证明晶体的单晶性较好,内部无多晶存在㊂表1㊀Ni 掺杂β-Ga 2O 3单晶的ICP 测试结果Table 1㊀ICP test result of Ni-doped β-Ga 2O 3single crystalElement In Cu Fe Al Pb Sn Zn Ni Cd Mg Ti Mass fraction /(10-4%)0.50.12.76.40.10.10.764.50.10.10.1Element Sb Ca Si Zr Co Cr K Mn B Bi Mass fraction /(10-4%)0.1 3.711.1 4.80.10.10.50.10.50.1图1㊀Ni 掺杂β-Ga 2O 3单晶生长状态㊂(a)晶体图片;(b)PXRD 图谱Fig.1㊀Growth state of Ni-doped β-Ga 2O 3single crystal.(a)Picture of crystal;(b)PXRD pattern 图2㊀Ni 掺杂β-Ga 2O 3单晶(100)面不同位置的劳厄衍射图样Fig.2㊀Laue diffraction patterns of Ni-doped β-Ga 2O 3single crystal (100)plane at different locations 2.2㊀光电性能室温下0.5mm 厚度的Ni 掺杂β-Ga 2O 3单晶的紫外-可见-近红外透过光谱如图3(a)所示,其紫外截止边为252.9nm㊂如图3(b)所示,由公式(αhν)1/m =A (hν-E g )可以求得Ni 掺杂晶体的光学带隙为4.74eV,其中:α是由光谱学测得的吸收系数,m 的值是1/2,h 是普朗克常数,ν是入射光子的频率,hν是光子能量,A 是常数,E g 是光学带隙㊂本征Ga 2O 3光学带隙约为4.76eV [11],Ni 掺杂后带隙变化较小,超宽禁带特性没有发生改变,且紫外截止边仍处于200~280nm 的日盲波段㊂如图4所示,Ni 掺杂β-Ga 2O 3单晶在红外及近红外波段都保持较高的透过率㊂当Ga 2O 3因为掺杂等原因具有较高的载流子浓度时,其近红外波段会产生强烈的光吸收,表现为该波段透过率明显下降[12]㊂非故意掺杂及半绝缘β-Ga 2O 3单晶红外及近红外波段透过率均在80%左右,而在载流子浓度为1ˑ1019cm -3时,近红外波段的透过率最高点仅约60%[13]㊂通过该现象可以推测Ni 2+的引入并没有赋予β-Ga 2O 3导电特性,晶体为半绝缘,而且载流子浓度的提高使得红外截止边有明显的下降㊂在非故意掺杂晶体中,红外截止边约1376㊀研究论文人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第52卷为11μm,而在载流子浓度为2.25ˑ1018cm -3时,红外截止边会降低至4μm 左右[11]㊂Ni 掺杂β-Ga 2O 3单晶的红外截止边大于11μm,推测Ni 2+为深能级受主,捕获了部分自由电子[10]㊂图3㊀Ni 掺杂β-Ga 2O 3单晶的紫外-可见光谱结果㊂(a)透过光谱;(b)(αhν)2和hν的Tauc 图Fig.3㊀Results of Ni-doped β-Ga 2O 3single crystal UV-Vis spectrum.(a)Transmission spectrum;(b)Tauc plot of (αhν)2versusuhν图4㊀Ni 掺杂β-Ga 2O 3单晶的红外透过光谱Fig.4㊀Infrared transmission spectrum of Ni-doped β-Ga 2O 3single crystal 对Ni 掺杂β-Ga 2O 3晶体进行CL 光谱测试,结果如图5所示㊂从图5(a)中可以看出,晶体在240~600nm 的最大峰强位于367.9nm 处,该峰在未掺杂β-Ga 2O 3单晶中同样可以测得[14]㊂从图5(b)中可以看出,在560~800nm 出现了明显的峰,最大峰强出现在695.1nm 处㊂此峰的出现可能是因为Ni 2+具有3d 8的电子构型,作为发光材料的激活剂,进入了β-Ga 2O 3的八面体晶格位点中,取代Ga 3+㊂而Ni 2+一般具有700~800nm 的近红外波段发光是由1T 2g (1S)ң3T 2g (3F)跃迁引起[15]㊂Ni 2+掺杂使得β-Ga 2O 3晶体出现了695.1nm 处的发射峰,使其具有了一定宽带近红外发光特性,为β-Ga 2O 3晶体提供了用于宽带近红外发光器件领域的可能性㊂而且当晶格场不同时,3T 2g ㊁3T 1g ㊁1E g 等能级都会产生一定的蓝移,会明显影响到宽带发射的发射峰峰位,因此Ni 2+还具有红绿光波段范围内波长可调的优点[15]㊂图5㊀Ni 掺杂β-Ga 2O 3单晶的CL 光谱测试结果㊂(a)紫外-可见波段;(b)可见-近红外波段Fig.5㊀CL spectroscopy results of Ni-doped β-Ga 2O 3single crystal.(a)UV-Vis band;(b)Vis-NIR band㊀第8期陈绍华等:Ni掺杂β-Ga2O3单晶的光㊁电特性研究1377㊀3㊀结㊀㊀论本文使用导模法生长了高质量Ni掺杂β-Ga2O3单晶㊂XRD图谱及劳厄衍射图样显示,晶体的结晶质量较高,晶体结构未因为掺杂发生改变㊂晶体的近红外波段未见明显的光吸收,具有半绝缘的电学性能,其光学带隙约为4.74eV,紫外截止边仍在日盲波段内,作为半绝缘衬底可用于制备高温㊁高压㊁大功率器件㊂本研究通过CL光谱发现了Ni掺杂β-Ga2O3单晶在600~800nm波段的宽带近红外发光特性,表明其在宽带近红外领域具有较高的应用前景,为β-Ga2O3器件的丰富化和快速发展提供了参考㊂参考文献[1]㊀NAKAGOMI S,MOMO T,TAKAHASHI S,et al.Deep ultraviolet photodiodes based onβ-Ga2O3/SiC heterojunction[J].Applied PhysicsLetters,2013,103(7):072105.[2]㊀KIM J,OH S,MASTRO M A,et al.Exfoliatedβ-Ga2O3nano-belt field-effect transistors for air-stable high power and high temperatureelectronics[J].Physical Chemistry Chemical Physics:PCCP,2016,18(23):15760-15764.[3]㊀GALAZKA Z,GANSCHOW S,FIEDLER A,et al.Doping of Czochralski-grown bulkβ-Ga2O3single crystals with Cr,Ce and Al[J].Journalof Crystal Growth,2018,486:82-90.[4]㊀MU W X,JIA Z T,CITTADINO G,et al.Ti-dopedβ-Ga2O3:a promising material for ultrafast and tunable lasers[J].Crystal Growth&Design,2018,18(5):3037-3043.[5]㊀LI P K,HAN X L,CHEN D Y,et al.Effect of air annealing on the structural,electrical,and optical properties of V-dopedβ-Ga2O3singlecrystals[J].Journal of Alloys and Compounds,2022,908:164590.[6]㊀SUZUKI T,SENTHIL MURUGAN G,OHISHI Y.Spectroscopic properties of a novel near-infrared tunable laser material NiʒMgGa2O4[J].Journal of Luminescence,2005,113(3/4):265-270.[7]㊀张嗣春,夏海平,王金浩,等.Ni2+掺杂近化学计量比铌酸锂晶体的生长及光谱特性[J].光学学报,2008,28(1):138-142.ZHANG S C,XIA H P,WANG J H,et al.Growth and optical properties of near-stoichiometric Ni2+-doped lithium niobate crystal[J].Acta Optica Sinica,2008,28(1):138-142(in Chinese).[8]㊀张印东.Ni2+掺杂微晶玻璃近红外宽带发光调控研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2020.ZHANG Y D.Study on near-infrared broadband luminescence regulation of Ni2+doped glass-ceramics[D].Harbin:Harbin Engineering University,2020(in Chinese).[9]㊀XIAO W Z,WANG L L,XU L,et al.Electronic structure and magnetic interactions in Ni-dopedβ-Ga2O3from first-principles calculations[J].Scripta Materialia,2009,61(5):477-480.[10]㊀GALAZKA Z,IRMSCHER K,SCHEWSKI R,et al.Czochralski-grown bulkβ-Ga2O3single crystals doped with mono-,di-,tri-,and tetravalentions[J].Journal of Crystal Growth,2020,529:125297.[11]㊀付㊀博.导模法柱状β-Ga2O3单晶生长㊁缺陷及性能研究[D].济南:山东大学,2022.FU B.Study on growth,defects and properties of columnarβ-Ga2O3single crystal by guided mode method[D].Jinan:Shandong University, 2022(in Chinese).[12]㊀FU B,JIAN G Z,MU W X,et al.Crystal growth and design of Sn-dopedβ-Ga2O3:morphology,defect and property studies of cylindrical crystalby EFG[J].Journal of Alloys and Compounds,2022,896:162830.[13]㊀GALAZKA Z,IRMSCHER K,UECKER R,et al.On the bulkβ-Ga2O3single crystals grown by the Czochralski method[J].Journal of CrystalGrowth,2014,404:184-191.[14]㊀穆文祥.β-Ga2O3单晶的生长㊁加工及性能研究[D].济南:山东大学,2018.MU W X.Growth,processing and properties ofβ-Ga2O3single crystal.[D].Jinan:Shandong University,2018(in Chinese). [15]㊀赵㊀靖.3d过渡金属离子(Mn2+,Fe3+,Ni2+)发光的影响因素研究[D].合肥:合肥工业大学,2021.ZHAO J.Study on influence factors of3d transition metal ions(Mn2+,Fe3+,Ni2+)luminescence[D].Hefei:Hefei University of Technology, 2021(in Chinese).。