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oe1(光电查) - 科学论文

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  • 采用脉冲激光沉积技术在立方织构铜上制备的MgO/TiN双层膜特性研究

    摘要： 我们在此展示了利用脉冲激光沉积技术在铜基柔性金属箔上异质外延生长MgO/TiN薄膜。X射线与电子衍射测量表明，该外延MgO/TiN双层膜沿(002)晶向取向。通过5/6和6/7的畴变结构有效降低了TiN岛状结构与铜基体间的大晶格失配。尽管TiN/Cu界面存在局域位错排布不规则性，但畴匹配外延范式仍是一个高度精确的理论模型。MgO/TiN双层膜具有化学均匀性，无论薄膜厚度如何，Mg、Ti或Cu原子均未偏聚至小角度晶界中。因此，薄膜厚度可减薄至TiN完全覆盖铜带粗糙表面的临界值。遗憾的是，由热膨胀系数差异可能引发的面内TiN收缩问题，以及TiN/Cu界面位错排布不规则性的成因仍有待解决。本研究成果能为铜基涂层导体的进一步研究做出重要贡献，并有助于深入理解MgO/TiN双层膜在铜带上的生长机制。

    关键词： 氮化钛、脉冲激光沉积、氧化镁、铜、生长、外延、畴匹配外延

    更新于2025-09-19 17:13:59

  • 用于坚固可弯曲电极的皱褶氮化钛纳米复合材料

    摘要： 电气触点和互连是所有电子设备的关键组件。具有优异机电性能的可弯曲电极对于开发创新可穿戴电子设备至关重要。本文报道了一种基于氮化钛（TiN）薄膜和银纳米线（Ag NWs）的坚固可弯曲涂层的制备方法。采用等离子体增强脉冲激光沉积（PLD）技术在聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）基板上沉积了TiN及TiN-AgNWs纳米复合材料。所得TiN涂层与PET基底表现出优异的附着力，其方阻可通过双频PLD工艺调控，并通过引入Ag NWs进一步降低。得益于TiN-AgNWs纳米复合材料的形成，样品方阻最低可达3.5 Ω/□。通过在循环弯曲测试中实时进行四探针电阻测量，评估了TiN基涂层的机电耐久性。研究表明，TiN-AgNWs纳米复合材料在机械耐久性和导电性方面分别优于ITO和纯Ag NWs涂层。该纳米复合材料能承受高达ε=2.6%的高应变疲劳载荷，同时保持方阻低于5 Ω/□。数据显示，TiN涂层中引入Ag NWs不仅提升了机械耐久性、抑制了裂纹扩展，且光学透过率仅下降约11%。这些结果表明，基于Ag NWs的纳米复合材料是柔性电子器件的理想材料。

    关键词： 机械应变、氮化钛、纳米复合材料、氧化铟锡、柔性电极、银纳米线

    更新于2025-09-19 17:13:59

  • 用于太阳能电池接触系统的TiN、Ti和TiSi2薄膜合成

    摘要： 分析了沉积参数（如：磁控功率范围690-1400 W、硅基底温度23-170°C、氮气流量0.9-3.6 L/h、氩气流量0.06-3.6 L/h、氮氩气体流量比1-60）对沉积薄膜厚度、密度及成分的影响。在以下沉积参数下获得了最大密度5.247 g/cm3（对应TiN0.786 = Ti56N44成分）：1200 W、N/Ar=1.8/0.06 L/h=30、0.8 Pa、320秒、100°C。当温度为700-800°C时，钛与硅原子通过界面的相互扩散导致活跃形核、纳米晶形成及低电阻金属化层的产生。X射线衍射显示，在700°C退火（30分钟，氩气）过程中，由于钛原子向硅中扩散形成的TiSi2相强度是硅原子向钛中扩散形成Ti5Si3相的两倍（这是由钛的高硬度所致）。在750°C时，TiSi2平均尺寸因晶核结晶从7.1 nm减小至5.6 nm，在800°C时增至9.2 nm。

    关键词： 太阳能电池、扩散阻挡层、钛、硅、氮化钛

    更新于2025-09-19 17:13:59

  • 钛合金激光表面熔凝与激光表面氮化所形成表层的光学性能研究

    摘要： 本研究测量了钛合金Ti6Al4V表面在输送条件、抛光及氧化状态下，针对高功率二极管激光辐射特征波长808nm的镜面反射、漫反射和总反射等光学特性。此外，还测定了高功率直接二极管激光（HPDDL）熔覆与氮化处理所形成表层的这些光学特性。研究同时提出了一种测定方法，用于确定钛合金激光熔覆与氮化过程中熔池表面在HPDDL辐射808nm波长下的吸收值。结果表明，显著的吸收差异会影响热传递过程、激光加热的热力学条件，进而改变钛合金在激光熔覆与氮化过程中的熔深。

    关键词： 高功率二极管激光器、吸收、氮化钛、反射率

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • 含TiN的聚合物-金属核壳结构纳米锥阵列：通过调控等离激元特性实现传感器性能的工程化设计

    摘要： 基于局域表面等离子体共振（LSPR）的光学无标记生物传感器中，金属纳米结构具有巨大潜力。这类金属基无标记生物传感器（即等离子体传感器）的灵敏度取决于其等离子体特性，而金属材料中的能量损耗会导致灵敏度下降。本研究通过氮化钛（TiN）调控基底聚合物材料的载流子密度，展示了一种提升金属纳米结构等离子体特性的方法。预计TiN吸收的光能将转化为激子并辅助金属纳米结构中的局域表面等离子体（LSPs），从而补偿金属材料中的能量损耗。我们设计了一种含TiN的聚合物-金属核壳结构纳米锥阵列（NCA），其聚合物核内含TiN纳米颗粒（NPs），外层包覆金属壳（金或银），并通过优化含TiN聚合物组分实现了无标记生物传感器折射率（RI）灵敏度的提升。结果表明：当聚合物核中TiN NPs浓度为10 wt%时，该含TiN聚合物-金属NCA的RI灵敏度较未添加TiN NPs的对照组提高1.5倍。光照条件下对含10 wt% TiN NPs聚合物金属表面的电阻测量结果显示，入射光通过TiN转化为金属的LSPs。该方法可有效改善等离子体特性与传感器性能。在DNA杂交检测中，该传感器实现了117.5 fM的极低检测限。

    关键词： 局域表面等离子体共振（LSPR）、核壳纳米结构、DNA检测、载体工程、生物传感器、氮化钛

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • 采用TDMATi和NH3的等离子体增强原子层沉积法制备等离子体TiN超薄膜

    摘要： 过渡金属氮化物（如氮化钛TiN）是极具前景的等离激元材料替代选择。本研究展示了在晶格匹配与失配衬底上低温等离子体增强原子层沉积（PE-ALD）制备非化学计量比TiN0.71的方法。研究发现，在MgO和Si<100>衬底上，无论是42纳米厚膜还是11纳米薄膜均呈现光学金属特性，在可见光波段（550-650纳米范围）具有等离激元共振特性。实验证实氢等离子体后处理工艺能提升超薄膜在两种衬底上的金属特性：使MgO衬底上ε1斜率增大1.3倍，Si(100)衬底增大2倍，达到与更厚金属特性薄膜相当的水平。该后处理工艺还能调控薄膜的等离激元特性，在硅衬底上使等离激元共振峰蓝移44纳米，在MgO衬底上蓝移59纳米。

    关键词： 光学特性、等离子体学、原子层沉积（ALD）、薄膜、氮化钛

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • 与CMOS兼容的氮化钛用于片上等离子体肖特基光电探测器

    摘要： 我们提出了一种基于氮化钛等离激元材料的波导集成等离激元肖特基光电探测器(PD)，其工作原理为内光发射过程。理论分析的结构采用非对称金属-半导体-金属波导构型，其中一个电极采用金，另一个电极则选用金、钛或氮化钛。我们首次测量到氮化钛在p型掺杂硅上的肖特基势垒高度为0.67 eV，该数值非常接近0.697 eV的最优值。这一势垒高度使得探测器在1550 nm波长工作时能实现高信噪比的光电探测。除具有该类探测器所需的高吸收损耗和适当大的介电常数实部等光学特性外，氮化钛还易于与现有互补金属氧化物半导体技术集成。相比钛材料，使用氮化钛可使光模在金属中的穿透深度更浅，从而提高热电子向相邻半导体传输的概率，进而增强探测器的响应度。

    关键词： 氮化钛，内光电发射，CMOS兼容，波导集成等离子体肖特基光电探测器，信噪比

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • 激光增材制造条件下钛与氮的相互作用

    摘要： 为了解如何制备具有所需氮化钛含量的块体钛部件或涂层，本文研究了典型激光增材制造（AM）条件下钛与氮的动态相互作用。在一组含不同氮浓度的气体环境中，分析了典型选区激光熔化（SLM）和激光工程化净成形（LENS）AM扫描条件下形成的钛氮反应产物的成分、相组成及微观结构。通过原位同步辐射X射线衍射（SXRD）测试揭示了钛与氮的高温反应过程。

    关键词： 同步辐射X射线衍射，原位相变，氮化钛，激光熔化

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 单粒子光谱法测定氮化钛纳米颗粒的绝对散射截面：对等离子体纳米天线研究的启示

    摘要： 氮化钛（TiN）纳米结构因其表面等离子体诱导的光吸收效应，在光热应用领域展现出良好的应用前景。然而与贵金属纳米结构相比，目前对TiN纳米结构等离子体响应特性的深入分析仍较为有限。本研究通过结合透射电子显微镜（TEM）与单颗粒光谱技术，精确测定了单个TiN纳米立方体（NCs）的绝对散射截面。该方法的核心在于将TiN NCs置于超薄SiO2薄膜上，实现对同一纳米颗粒的结构分析与散射光谱测量。此外，通过采用金纳米球作为参照标准，我们定量比较了TiN NCs与金纳米球的散射光谱特征，并建立了散射截面绝对值随纳米立方体尺寸变化的函数关系。

    关键词： 氮化钛、纳米天线、散射、单粒子光谱学、等离子体

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 基于从纳米结构氮化钛中提取热电子的可见-近红外等离激元光电探测器

    摘要： 过渡金属氮化物优异的等离激元特性已被广泛认为是提升光捕获器件性能的有效途径。我们进一步探索这一快速兴起的领域，并在此报道了采用反应磁控溅射法制备的氮化钛（TiN）纳米颗粒在宽带光电探测器器件结构中的成功应用。X射线光电子能谱研究表明，所制备的TiN样品中存在两种不同物相——氮化钛相与氧氮化钛相。这两种氮化物相分别产生了位于电磁波谱可见光区与近红外（NIR）区的两个等离激元吸收带，这是本研究的重大发现。由于TiN纳米颗粒辅助的等离激元诱导电荷分离作用，所制备的光电探测器在可见光及近红外区域均展现出显著的光电响应。该器件在450纳米和950纳米波长处分别获得高达158 mA/W和230 mA/W的超高光电响应度，使其作为宽带光电探测器极具应用前景。在这两个特定波长下测得的内量子效率分别为48%和35%。通过能级示意图阐释的器件电荷传输机制表明：等离激元衰变产生的热电子是光电流生成的关键因素。

    关键词： 光电探测器，可见-近红外，热电子，等离子体，氮化钛

    更新于2025-09-11 14:15:04