光电纳米薄膜的能带结构和电学性质
纳米的功能原理
纳米的功能原理
纳米技术是利用尺寸在纳米尺度（10^-9米）的材料或结构产
生特殊的物理、化学或生物学性能的科学和技术领域。
纳米材料的功能原理主要包括以下几个方面：
1. 表面效应：纳米材料具有高比表面积，表面上的原子或分子会与周围环境发生更多的相互作用，导致材料呈现出与宏观材料不同的性质。
例如，纳米粒子的表面吸附容易引发化学反应，纳米薄膜的表面能影响材料的导电性能。
2. 尺寸效应：纳米材料的尺寸处于与电子波长相当的尺寸范围内，导致电子的行为受到限制，从而使纳米材料表现出与体材料不同的电学、磁学和光学性能。
例如，纳米颗粒的能带结构改变，可能引发材料的量子尺寸效应。
3. 量子效应：量子效应是纳米颗粒中离散能级的存在和量子隧穿的效应。
纳米颗粒的离散能级导致其具有特殊的光学、电学和磁学性质，例如，量子点的能带结构可以调控光电转换效率，纳米线的量子限制效应可以增强电子传输效率。
4. 界面效应：纳米材料中不同相界面的存在会引起界面效应，改变材料的性质。
例如，纳米复合材料中的界面可以增强材料的力学性能或改变材料的热导率。
综上所述，纳米材料的功能原理主要涉及表面效应、尺寸效应、量子效应和界面效应等多个方面，这些效应使得纳米材料具备了许多特殊的物理、化学和生物学性能。
微电子技术中的半导体薄膜材料
微电子技术中的半导体薄膜材料摘要：本文着重介绍了用于微电于技术的非晶态、宽带隙、纳米相、超晶格、量子微结构以及多孔硅等半导体薄膜材料并指出，原子组态的无序化，材料禁带的宽带隙化，能带剪裁的任意化以及人工结钩的低维化和量子化，集中体现了半导体薄膜材料的发展特点。
关键词：薄膜材料，结构性质，发展特点1 引言薄膜材料是发展微电子技术的先导条件和制造微电子器件的物质基础，近半个世纪以来，随着各种成膜方法的长足进步，半导体薄膜材料从体单晶到非晶态，从非晶态到纳米相，从窄禁带到宽带隙，从常规制备到人工设计，涌现出了一大批高质量和有重要实用价值的新材料。
目前，关于半导体薄膜材料物理与工艺的研究，已成为真空、微电子和材料科学中一个极其活跃的领域[1]。
半导体薄膜材料研究的核心为新材料的研究和传统材料性能的提高。
前者是按照人为的意志构想新的结构形式和设计新的化学组分，并通过现代超薄层外延技术加以实现；后者则是利用适宜的工艺方法改变材料的微观结构，使其呈现出常规材料所不具有的全新原子组态。
2 不同结构类型的半导体薄膜材料2.1 非晶态材料非晶态半导体是一门在凝聚态物理领域中占据着重要地位且发展十分迅速的新兴学科，研究非晶态材料的意义不仅是在科学技术上获得大量的新材料和新器件，而且可以开拓和加深人们对固体物理领域中许多基本问题的认识与理解。
以促进固体物理学的发展，同时对其许多周边物质，如非晶态合金及多层异质结、超微粒子、多孔硅以及硅系高分子等的研究也将产生积极而深远的影响。
原子结构的无序性和化学组分的多样化，使非晶态半导体具有许多显著不同于晶态半导体的物理特性[2]。
对于大多数非晶态材料而言，其组成原子都是由共价键结合在一起，形成了一种连续的共价键无规网络结构；在非晶态半导体中可以实现连续的物性控制，当连续改变其化学组成时，其禁带宽度、电导率和相变温度等都随之连续变化；在热力学上，非晶态处于一种亚稳状态，仅在一定条件下才可以转变成晶态；此外，非晶态材料的结构特性、电学及光学性质都灵敏地依赖制备方法与工艺条件。
纳米材料基础-电学性质
纳米材料的电学性质从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在０.１微米以下（注１米＝１００厘米，１厘米＝１００００微米，１微米＝１０００纳米，１纳米＝１０埃），即１００纳米以下。
因此，颗粒尺寸在１～１００纳米的微粒称为超微粒材料，也是一种纳米材料。
纳米金属材料是２０世纪８０年代中期研制成功的，后来相继问世的有纳米半导体薄膜、纳米陶瓷、纳米瓷性材料和纳米生物医学材料等。
纳米级结构材料简称为纳米材料(nanomaterial)，是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间。
由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。
并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。
纳米颗粒材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子(nano particle)组成。
纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。
当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。
纳米技术的广义范围可包括纳米材料技术及纳米加工技术、纳米测量技术、纳米应用技术等方面。
其中纳米材料技术着重于纳米功能性材料的生产（超微粉、镀膜、纳米改性材料等），性能检测技术（化学组成、微结构、表面形态、物、化、电、磁、热及光学等性能）。
本文主要讲述纳米材料的电学性质。
纳米材料的电学性质主要从两个方面讲述：导电性，电荷载流子是电子和阴离子，阳离子，以及电子空穴。
节点性，绝缘体（电介质），在外电场作用下内部电场不为零，正负电荷分布的中心分离，产生点偶极矩，即发生电极化。
纳米薄膜的原理
纳米薄膜的原理纳米薄膜是指其厚度在纳米级别的薄膜材料，常常用于各种应用中，如电子器件、光学元件、传感器等领域。
纳米薄膜的原理涉及到纳米材料的特殊性质和纳米级厚度对材料性能的影响。
首先，纳米材料具有尺寸效应。
当材料尺寸缩小到纳米级别时，其表面积与体积之比增大，导致表面原子或分子数增多，表面活性增强。
这使得纳米薄膜与其他材料相比具有更高的表面能和界面能。
纳米薄膜的高表面能和界面能使其具有更好的化学活性和物理特性，例如增强的光学吸收、更高的电子传输效率等。
其次，纳米薄膜的厚度为纳米级，这使得纳米薄膜在某些方面具有特殊的性能。
例如，纳米薄膜的光学性质往往与其厚度密切相关，通过调节纳米薄膜的厚度可以改变其光学特性，例如颜色、透明度、折射率等。
此外，纳米薄膜的电子特性也受到厚度的影响，例如在金属纳米薄膜中，当厚度较小时，电流通过薄膜的几率较大，而当厚度增加时，电流主要通过薄膜的边界。
第三，纳米薄膜的组分和结构也对其性质产生影响。
纳米薄膜可以由一种或多种材料组成，在制备过程中可以控制材料的组分及相对比例。
例如，通过改变纳米薄膜的组分，可以调节其磁性、光学吸收、导电性等性质。
此外，纳米薄膜的结构也对其性能产生重要影响，包括晶体结构、晶格缺陷等。
晶格缺陷会影响纳米薄膜的物理性质，例如电子迁移率、热导率等。
最后，纳米薄膜的性能还受到外界因素的影响。
在制备纳米薄膜的过程中，温度、气氛、沉积速率等因素均会影响薄膜的结构和性质。
此外，纳米薄膜的性能也会随着外界条件的变化而改变，例如温度、压力、湿度等。
纳米薄膜的原理背后还有许多具体的技术和方法，例如物理气相沉积、化学气相沉积、溅射、离子束沉积等制备技术。
这些技术在制备纳米薄膜时可以控制纳米级厚度、组分和结构，从而调控纳米薄膜的性能。
总的来说，纳米薄膜利用纳米级厚度和尺寸效应以及特殊的组分和结构，展现出许多独特的性质和应用潜力。
纳米薄膜在各个领域都有广泛的应用，如电子、光学、传感器、能源等领域，对推动科学研究和技术进步具有重要作用。
纳米材料中的能带结构解析
纳米材料中的能带结构解析近年来，纳米材料的研究和应用取得了巨大的突破，成为材料科学领域中备受关注的热点。
而在纳米材料的研究中，能带结构的解析是一个重要的课题。
本文将探讨纳米材料中的能带结构，并解析其对材料性质和应用的影响。
一、纳米材料的能带结构概述能带结构是描述材料中电子能量分布的重要理论模型。
在纳米材料中，由于其尺寸效应和表面效应的存在，其能带结构与传统材料存在一定的差异。
首先，纳米材料的尺寸效应会导致能带结构的量子限制效应。
当材料的尺寸减小到纳米级别时，电子的运动将受到限制，其能量将被量子化。
这种量子化现象将导致能带结构的离散化，出现能级的分裂和能隙的变化。
其次，纳米材料的表面效应也会对能带结构产生影响。
由于纳米材料的表面原子与内部原子数目不同，表面原子的能级分布会发生改变，从而影响整个材料的能带结构。
这种表面效应会导致能带结构的改变，增加材料的能带宽度和能隙。
二、纳米材料中的能带结构对材料性质的影响纳米材料中的能带结构对其电子、光学和磁学性质具有重要影响。
首先，在电子性质方面，纳米材料的能带结构决定了其导电性能。
由于能带结构的量子限制效应，纳米材料中的电子能级分裂，导致电子传导能力的增强。
此外，纳米材料的表面效应也会产生局域态，形成能带结构中的表面态。
这些表面态的存在将对电子传输产生重要影响，如增加电阻、改变电子输运路径等。
其次，在光学性质方面，纳米材料的能带结构决定了其吸收和发射光谱的特性。
由于能带结构的量子限制效应，纳米材料中的能带宽度增大，能隙减小，使得其光学吸收能力增强。
此外，纳米材料的表面效应也会引起光学谐振现象，增强材料的光学性能。
最后，在磁学性质方面，纳米材料的能带结构对其磁性行为产生重要影响。
由于能带结构的量子限制效应，纳米材料中的电子自旋能级分裂，导致磁性行为的改变。
此外，纳米材料的表面效应也会引起表面自旋波，增加材料的磁性。
三、纳米材料中的能带结构对应用的影响纳米材料中的能带结构对其应用具有重要意义。
薄膜材料及其在光电领域中的应用
薄膜材料及其在光电领域中的应用引言：随着科技的飞速发展，光电领域在各个领域中扮演着至关重要的角色。
薄膜材料是光电领域中的重要组成部分，具有广泛的应用前景。
本文将深入探讨薄膜材料的特性以及在光电领域中的应用，并探究其未来发展的趋势。
1. 薄膜材料的特性薄膜材料是一种厚度在纳米到微米的材料，具有以下特性：1.1 良好的光学性能：薄膜材料具有独特的光学性质，如高透射率、低反射率和高折射率。
这些性能使其成为制备高效光电器件的理想选择。
1.2 高比表面积：薄膜材料具有大比表面积，这使得其在吸附分子、电化学催化和光催化反应中具有显著的优势。
同时，高比表面积也提高了薄膜材料的光敏度，使其在光电器件中具有更高的效率。
1.3 可控的化学性质：薄膜材料的制备过程可以通过控制反应条件来精确调控其化学性质。
这种可控性使得薄膜材料能够适应不同的应用需求，并提供定制化的解决方案。
2. 薄膜材料在太阳能电池中的应用由于其出色的光学性能和可控的化学性质，薄膜材料在太阳能电池中有着广泛的应用。
2.1 透明导电膜：透明导电膜是太阳能电池中的关键组件之一，用于实现电荷的收集和传输。
氧化铟锡（ITO）薄膜是目前最常用的透明导电膜，但其成本较高且含有稀有金属。
近年来，氧化铟锌（IZO）薄膜和导电聚合物薄膜逐渐成为替代品，具有更好的导电性能和成本效益。
2.2 光吸收层：在太阳能电池中，薄膜材料可以用作光吸收层，用于吸收太阳能并转化为电能。
硒化镉（CdTe）和硫化铜铟镓（CIGS）是常用的光吸收层材料，具有较高的光电转换效率和较低的制造成本。
2.3 保护层：薄膜材料还可以作为太阳能电池的保护层，用于保护光吸收层免受外界环境的损害，如氧化、湿氧化和光热等。
二氧化硅（SiO2）和聚合物薄膜是常用的保护层材料，具有良好的化学稳定性和机械强度。
3. 薄膜材料在光电显示器件中的应用薄膜材料在光电显示器件中具有广泛的应用，其中最具代表性的是液晶显示器（LCD）和有机发光二极管显示器（OLED）。
纳米薄膜技术的基础知识及纳米薄膜的应用论文 精品
薄膜物理与技术大作业纳米薄膜技术的基础知识及纳米薄膜的应用作者姓名学号专业指导教师姓名目录摘要 (2)一、纳米薄膜的分类 (2)二、纳米薄膜的光学、力学、电磁学与气敏特性 (3)三、纳米薄膜的制备技术 (6)四、纳米薄膜的应用 (17)五、参考文献 (19)摘要纳米薄膜材料是一种新型材料，指由尺寸为纳米数量级(1~100nm)的组元镶嵌于基体所形成的薄膜材料，它兼具传统复合材料和现代纳米材料二者的优越性，由于其特殊的结构特点，使其作为功能材料有广泛的应用价值。
纳米薄膜是纳米薄膜可以改善一些机械零部件的表面性能，以减少振动，降低噪声，减小摩擦，延长寿命。
这些薄膜在刀具、微机械、微电子领域作为耐磨、耐腐蚀涂层及其它功能涂层获得重要应用。
目前，科研人员已从单一材料的纳米薄膜转向纳米复合薄膜的研究，薄膜的厚度也由数微米发展到数纳米的超薄膜。
同时，纳米薄膜的表面微观结构，纳米薄膜对敏化电池光电效率的影响及结晶机制与薄膜对电磁波屏蔽特性的影响都有至关重要的科学贡献。
关键词：纳米薄膜性能功能一、纳米薄膜的分类(1)据用途划分纳米薄膜可按用途分为纳米功能薄膜和纳米结构薄膜。
纳米功能薄膜是利用纳米粒子所具有的力、电、光、磁等方面的特性，通过复合制作出同基体功能截然不同的薄膜。
纳米结构薄膜则是通过纳米粒子复合，对材料进行改性，是以提高材料在机械性能为主要目的的薄膜。
(2)据层数划分按纳米薄膜的沉积层数，可分为纳米(单层)微薄膜和纳米多层薄膜。
其中，纳米多层薄膜包括我们平常所说的“超晶格”薄膜，它一般是由几种材料交替沉积而形成的结构交替变化的薄膜，各层厚度均为nm级。
组成纳米(单层)薄膜和纳米多层薄膜的材料可以是金属、半导体、绝缘体、有机高分子，也可以是它们的多种组合，如金属一半导体、金属一绝缘体、半导体一绝缘体、半导体一高分子材料等，而每一种组合都可衍生出众多类型的复合薄膜。
(3)据微结构划分按纳米薄膜的微结构，可分为含有纳米颗粒的基质薄膜和nm尺寸厚度的薄膜。
纳米薄膜材料的特性
光学性能
吸收光谱的“蓝移”、宽化与“红移”
由于具有小尺寸效应、量子尺寸效应以及界面效应，因而，当膜厚度减小时，大多数纳 米薄膜能隙将有所增大，会出现吸收光谱的蓝移与宽化现象。如纳米TiOE／SnO：纳米 颗粒膜具有特殊的紫外．可见光吸收光谱，其吸收光谱较块体发生了显著的“蓝移”与 宽化，抗紫外线性能和光学透过性良好。尽管如此，在另外一些纳米薄膜[ 中，由于随 着晶粒尺寸的减小，内应力的增加以及缺陷数量增多等因素，材料的电子波函数出现了 重叠或在能级间出现了附加能级，又使得这些纳米薄膜的吸收光谱发生了“红移”。
光学性能
光学非线性
弱光强的光波透过宏观介质时，介质中的电极化强度常与光波的电场强度具有近似的线 性关系。但是，当纳米薄膜的厚度与激子玻尔半径相比拟或小于激子玻尔半径％时，在 光的照射下，薄膜的吸收谱上会出现激子吸收峰。这种激子效应将连同纳米薄膜的小尺 寸效应、宏观量子尺寸效应、量子限域效应一道使得强光场中介质的极化强度与外加电 磁场的关系出现附加的2次、3次乃至高次项。简单地讲，就是纳米薄膜的吸收系数和光 强之间出现了非线性关系，这种非线性关系可通过薄膜的厚度、膜中晶粒的尺寸大小来 进行控制和调整。
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纳米薄膜
纳米薄膜是指尺寸在nm量级的颗粒(晶粒)构成的 薄膜或者层厚在nm量级的单层或多层薄膜，通常
也称作纳米颗粒薄膜和纳米多层薄膜。
纳米薄膜 材料造 成其性质不同于一般传统材料的特性。 而纳米薄膜元件之构造及制作技术是取 决于所希望达成的功能性来进行设计， 以下就先针对纳米薄膜的光学、力学、 电磁学与气敏等特性作说明。
气敏特性
薄膜的边缘效应名词解释
薄膜的边缘效应名词解释薄膜是一种有着非常特殊性质与广泛应用的材料。
由于其厚度远比其他维度小，使得薄膜具有许多独特的物理、化学和光学特性。
然而，当我们研究薄膜性质时，一种被广泛讨论的现象就是“薄膜的边缘效应”。
在这篇文章中，我们将解释什么是薄膜的边缘效应，以及它对薄膜材料和应用的影响。
边缘效应是指在薄膜的边缘区域发生的特殊现象。
由于薄膜的厚度非常小，在边缘处材料分子的排列方式产生了显著变化。
在薄膜的内部，分子之间的相互作用力可以使其达到相对稳定的状态。
然而，在边缘处，分子受到的约束减小，因为薄膜的结构并不完整。
这种结构的不完整性可能导致分子更自由地运动，并且在边缘区域出现特殊的物理化学现象。
薄膜的边缘效应在不同领域中有着不同的表现。
在材料科学中，边缘效应可能导致薄膜的边缘具有不同的化学反应性和活性。
这是因为边缘处的分子空间较大，使得它们更容易与外界发生相互作用。
这使得边缘处更容易吸附其他物质或与其反应，产生特殊的表面化学反应。
在表面物理学和光学应用中，薄膜的边缘效应可以影响其光学和电学性质。
由于边缘处分子的不完整排列，导致光的辐射和散射在边缘区域中更易发生。
边缘效应可以使光线在薄膜中传播时发生弯曲或衰减，从而改变了材料的光传导性质。
这对于设计和优化薄膜光电器件非常重要。
此外，在纳米科学和纳米技术中，薄膜的边缘效应也扮演着非常关键的角色。
纳米尺度下的薄膜具有更高的边缘自由度和表面积，因此在催化剂、传感器等领域有着广泛应用。
边缘效应对纳米薄膜的结构、稳定性和反应性均产生了重要影响，并可以被用来调控纳米薄膜的性能。
总之，薄膜的边缘效应是指当薄膜厚度远小于其他维度时，在边缘区域发生的特殊现象。
这一效应在材料科学、表面物理学、光学以及纳米科学等领域中有着广泛的表现和应用。
理解和探究薄膜的边缘效应不仅可以帮助我们深入理解薄膜的物性，还可以为薄膜材料的设计和应用提供新的思路和方法。
ZnO与Ag纳米复合薄膜的结构与光电性能的研究
本科毕业论文（设计）ZnO/Ag纳米复合薄膜的结构和光电性能研究2016年5月16日独创声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文(设计)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。
尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。
此声明的法律后果由本人承担。
作者签名:二〇一年月日毕业论文（设计）使用授权声明本人完全了解鲁东大学关于收集、保存、使用毕业论文（设计）的规定。
本人愿意按照学校要求提交论文（设计）的印刷本和电子版，同意学校保存论文（设计）的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存论文（设计）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布论文（设计）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。
（保密论文在解密后遵守此规定）作者签名:二〇一年月日目录1引言 (2)2实验过程与分析方法 (2)2.1纳米复合薄膜的制备 (2)2.2纳米复合薄膜的分析方法 (3)3实验结果与分析 (3)3.1氧化锌单层与银单层的XRR检测与分析 (3)3.2 ZAZ多层膜系统的XRD检测与分析 (4)3.3薄层电阻的测量 (6)3.4光学性质 (7)4结论 ................................................................... .9参考文献 .. (9)致谢 (10)ZnO/Ag纳米复合薄膜的结构和光电性能研究王文彬（物理与光电工程学院应用物理学2012级1班20122313537）摘要：两组透明导电ZnO/Ag/ZnO多层膜系统（ZAZ）依次进行直流磁控溅射沉积。
采用了不同的分析方法研究，分析银层厚度和氧化锌层厚度对ZAZ多层膜系统多层特性的影响。
利用X射线衍射，研究了银层厚度和氧化锌层厚度对多层膜结构的影响。
纳米薄膜材料
纳米薄膜材料
纳米薄膜材料是一种具有特殊结构和性能的材料，其厚度通常在纳米尺度范围内。
由于其特殊的物理和化学性质，纳米薄膜材料在许多领域都具有重要的应用价值，例如光电子器件、传感器、催化剂等。
本文将对纳米薄膜材料的特性、制备方法和应用进行介绍。
首先，纳米薄膜材料具有较大的比表面积和较高的表面活性，这使得其在催化
剂和传感器等领域具有重要的应用价值。
与传统材料相比，纳米薄膜材料能够更有效地与周围环境发生相互作用，从而提高了催化和传感性能。
其次，纳米薄膜材料的制备方法多种多样，包括物理气相沉积、化学气相沉积、溶液法等。
这些方法可以根据具体的需求选择合适的工艺条件，从而得到具有特定结构和性能的纳米薄膜材料。
例如，通过控制沉积温度、压力和反应气体组成等参数，可以制备出具有优异性能的纳米薄膜材料。
最后，纳米薄膜材料在光电子器件、传感器和催化剂等领域具有广泛的应用。
例如，纳米薄膜材料可以作为光电子器件中的光学薄膜、导电薄膜等关键部件，从而提高器件的性能和稳定性。
在传感器领域，纳米薄膜材料的高表面活性和灵敏度使得其能够更快速、更准确地响应外界环境的变化。
同时，纳米薄膜材料还可以作为催化剂，用于促进化学反应的进行，提高反应速率和选择性。
综上所述，纳米薄膜材料具有特殊的结构和性能，其制备方法多样，应用领域
广泛。
随着纳米技术的不断发展，纳米薄膜材料必将在各个领域发挥重要作用，推动相关技术的进步和应用的拓展。
稀土元素Er掺杂提高WSe2纳米薄膜的光电特性
第57卷第12期2020年12月撳M电子技术Micronanoelectronic TechnologyVol. 57 No. 12December 2020稀土元素E r掺杂提高WSe2纳米薄膜的光电特性朱静怡，丁 馨，张晓渝，马锡英(苏州科技大学物理科学与技术学院，江苏苏州215009)摘要：采用热蒸发法在S i片上沉积稀土元素E r掺杂的WSe2薄膜，研究了 Er3+掺杂对WSe2薄膜表面形貌、晶体结构、光致发光光谱、光吸收特性和电学特性的影响。
研究发现薄膜在(0(>4)晶面呈柱状择优生长，Er3+掺杂不仅没有改变WSe2的晶体结构，还使薄膜结晶性显著增强，提高了光吸收特性，明显增加了光致发光强度。
同时发现Er^掺杂WSe2薄膜的电子迁 移率为未掺杂的4倍多。
当光照强度由0增加到25mW/cm2时，Er〃掺杂的WSe2/S i异质结 的厂V曲线由整流特性逐步变成线性，相同偏压下光电流增加了约3倍，并且光电导灵敏度也 明显增加。
随着加热溫度的升高，电导显著增大，电阻表现负温度系数。
表明WSe2/S i异质 结对温度和光强具有非常高的灵敏度，在高效率的温度传感器和光电探测器等方面有良好的应用前景。
关键词：硒化钨（WSe2); Er3+掺杂；纳米薄膜；热蒸发法；异质结；光电特性中图分类号：TN383 文献标识码： A 文章编号：1671-4776 (2020) 12-0992-06Enhancement of Optoelectronic Properties of WSe2Nanofilmsby Rare Earth Element Er DopingZhu Jingyi, Ding Xin, Zhang Xiaoyu, Ma Xiying(School o f Physical Science and Technology, Suzhou University o f Science and Technology , Suzhou215009, China)Abstract:WSe2films doped with rare earth element Er were deposited on Si wafer by thermal evaporation. The effects of Er3+doping on surface morphology, crystal structure, photoluminescence spectra, optical absorption characteristics and electrical characteristics of WSe2films were studied. The study shows that the films with columnar surface are preferentially grown on the (004) crystal plane. Er3+doping does not change the crystal structure of WSe2，and significantly enhances the crystallinity of films, improves the optical absorption characteristics and significantly increases the photoluminescence intensity. It is found that the electron mobility of the Er3+doped WSe2films is more than 4 times that of the undoped films.When the light intensity increases from 0 to 25 m W/cm2, the I-V curve of the Er3+doped WSe2/ Si heterojunction gradually changes from rectification characteristic to linear characteristic, the photocurrent increases by about 3 times under the same bias voltage, and photoconductive收稿日期：2020-04-29基金项目：江苏省十三五重点学科资助项目（20168765);苏州科技大学科研基金资助项目（X K Z201609);江苏省研究生科研创新计划资助项目（K Y C X18_ 2551)通信作者：马锡英，E-m ail: m ax y@m a il.u sts.e d u.c n992朱静怡等：稀土元素E i ■掺杂提高W S e 2纳米薄膜的光电特性sensitivity also increases significantly. As the heating temperature increases, the conductance increases significantly, and the resistance exhibits a negative tem perature coefficient. It is shown that the WSe2/Si heterojunction has very high sensitivity to tem perature and light intensity, and has a good application prospect in high-efficiency temperature sensors and photoelectronic detectors.Key words ： tungsten selenide ( WSe2 ); E r3+ doping ； nanofilm ； thermal evaporation ；10. 13250/j. cnki. wndz. 2020. 12. 006PACC ： 6146heterojunction ； photoelectric characteristic DOI ：()引言过渡金属硫化物（transition metal dichacoge ~nide ，TMDC )构成的二维纳米材料因其丰富的化学组成与独特的材料性质，已成为光电子器件、催 化、能源等领域的研究热点。
纳米材料的四大效应及应用
纳米材料的四大效应及应用纳米材料是指具有纳米级尺寸的材料，其在纳米尺度下具有独特的物理、化学和生物学性质。
纳米材料的研究和应用领域涉及众多领域，其中包括了四大效应：量子效应、表面效应、尺寸效应和量子限域效应。
本文将分别介绍这四大效应，并探讨它们在不同领域的应用。
一、量子效应量子效应是指当材料尺寸缩小到纳米级时，其物理性质开始显示出量子力学效应的特征。
在纳米材料中，电子和光子的行为受到限制，其能带结构和能级分布发生了明显变化。
量子效应的一个典型例子是量子点材料，其尺寸小于10纳米，具有禁带宽度和荧光峰的量子尺寸效应。
量子效应不仅改变了材料的电学、光学和磁学性质，还催生了许多新颖的应用，如纳米激光器、量子计算和量子通信等。
二、表面效应表面效应是指纳米材料的大比表面积导致其表面活性增强，与周围环境的相互作用更加显著。
纳米材料的表面原子数目相对较多，表面原子的化学键和电子状态与材料内部不同，使得纳米材料在催化、储能、传感和生物医学等领域具有独特的应用价值。
例如，纳米金属催化剂在化学反应中表现出高效催化活性，纳米多孔材料在气体吸附和分离中具有优越性能，纳米生物传感器可以实现高灵敏度的生物检测。
三、尺寸效应尺寸效应是指纳米材料的尺寸对其性质和行为产生显著影响的现象。
纳米材料的尺寸在纳米级别，与宏观材料相比，具有更高的比表面积和更短的扩散距离。
尺寸效应导致纳米材料的熔点、硬度、热导率、磁性等性质发生变化。
例如，纳米颗粒的熔点降低，纳米薄膜的硬度增加，纳米线的热导率增强。
基于尺寸效应的纳米材料在能源、材料和电子器件等领域具有广泛应用，如纳米催化剂、纳米传感器和纳米电池等。
四、量子限域效应量子限域效应是指当纳米材料的尺寸缩小到与其载流子（如电子、空穴）波长相当时，载流子的运动受到限制，表现出量子力学效应。
纳米材料的电子和光学性质在量子限域效应下发生变化，如自发发光增强效应和拉曼散射增强效应。
这种效应使得纳米材料在光电器件、光催化和生物成像等领域有着广泛的应用。
纳米薄膜制备和应用技术的实用指南
纳米薄膜制备和应用技术的实用指南引言：纳米薄膜是一种在纳米尺度下制备出的超薄材料，具有许多独特的物理、化学和光学特性，为许多领域带来了潜在的应用机会。
本文将为您介绍纳米薄膜制备和应用技术的实用指南，包括纳米薄膜的制备方法、性质和应用领域的案例分析。
一、纳米薄膜的制备方法1. 物理气相沉积物理气相沉积是一种常用的纳米薄膜制备方法，包括热蒸发、电子束蒸发和磁控溅射。
这些方法适用于制备金属、合金和准晶材料的纳米薄膜。
2. 化学气相沉积化学气相沉积是一种通过化学反应从气相中沉积原子或分子到基底上的方法。
包括气相热分解法、化学气相沉积和气相溶胶法等。
这些方法适用于制备金属氧化物、半导体和复合材料的纳米薄膜。
3. 溶液法溶液法是一种将溶液中的纳米颗粒沉积到基底上的方法，包括溶剂蒸发法、溶胶凝胶法和电化学沉积法。
这些方法适用于制备纳米颗粒、纳米线和纳米片的纳米薄膜。
二、纳米薄膜的性质分析1. 结构表征纳米薄膜的结构表征是了解纳米薄膜性质的重要手段。
包括X射线衍射、透射电子显微镜和原子力显微镜等技术。
2. 功能性能测试纳米薄膜的功能性能测试包括电学性质、光学性质和磁学性质的测试。
例如，电阻测量、吸收光谱和霍尔效应测量等。
三、纳米薄膜的应用领域1. 纳米电子学纳米薄膜在电子行业中的应用已经得到广泛的关注和研究。
例如，超薄导电膜的应用于平板显示器和智能手机屏幕等。
2. 生物医学纳米薄膜在生物医学领域中具有巨大的潜力。
例如，纳米薄膜可以用于药物输送系统、组织工程和生物传感器等。
3. 光学和光电子学纳米薄膜在光学和光电子学领域中有广泛的应用。
例如，纳米薄膜可以用于太阳能电池、光学滤光片和传感器等。
4. 环境和能源纳米薄膜在环境和能源领域中的应用也受到了重视。
例如，纳米薄膜可以用于污水处理、薄膜太阳能电池和燃料电池等。
结论：纳米薄膜制备和应用技术的发展为许多领域带来了新的机会和挑战。
通过选择合适的制备方法和对纳米薄膜进行性质分析，我们可以更好地理解和应用纳米薄膜的特性。
光电功能薄膜的制备与性能研究
光电功能薄膜的制备与性能研究光电功能薄膜指的是可以在光电领域中发挥重要作用的薄膜材料，其具有光学、电学、热学等多种功能。
在现代科技应用中，这类薄膜材料越来越受到关注和重视。
在本文中，我们将探讨光电功能薄膜的制备方法及其性能研究。
制备方法光电功能薄膜的制备方法可以分为物理化学方法和化学方法两种。
物理化学方法包括物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、溅射等，化学方法包括化学淀积、电化学沉积等。
物理气相沉积方法是利用激发的物理过程使零散的原子或分子集聚成为有序的晶体薄膜。
常见的有电子束蒸发法、磁控溅射、激光熔融等方法。
物理气相沉积制备的薄膜结晶度高、致密度大、均匀性好，其应用范围广泛。
化学气相沉积方法将气体或气体体系在低温高真空条件下进行反应，使生成的化合物在衬底上形成薄膜。
例如，化学气相沉积法可以制备高质量的氮化硅、氮化铝等陶瓷薄膜。
此外，该方法具有比较好的可控性，薄膜厚度和其他形貌特征可以通过气氛成分、反应时间、载气流量等参数控制。
除了气相沉积法外，还有一种化学方法——化学淀积法。
该方法通常将金属离子或其化合物与其他液体化合物通过反应，使薄膜沉积在衬底上。
该方法可以制备均匀、致密的薄膜，并具有良好的可控性。
该方法可用于制备各种金属和非金属的薄膜，如氧化铝、硅烷、二硫化钼等等。
性能研究结构和形貌性质光电功能薄膜的结构和形貌对其性能具有重要影响。
材料表面的形貌和微观结构具有极高的灵敏性，对其电学和光学性能的影响也非常大。
例如，不同形状、大小和分布的颗粒会对表面粗糙度、破坏和损伤等产生影响。
此外，制备过程中温度和气氛对薄膜的形貌和晶体结构也有影响。
传统的物理气相沉积制备薄膜的温度通常为几百度，但新的低温方法如电化学方法或等离子体增强化学气相沉积等可在较低的温度范围内制备高质量的薄膜。
光电学性质光电学性质是光电功能薄膜中最直接和最受关注的性质。
这包括材料的吸收和发射光谱、光导电性能和栅极件光谱等方面。
纳米材料的量子效应研究
纳米材料的量子效应研究纳米材料的量子效应是近年来材料科学研究领域的热点之一。
随着纳米技术的迅速发展，纳米材料的制备和应用也日渐成熟。
通过对纳米材料的研究，我们可以深入了解量子效应在材料领域中的奇特表现和重要作用。
一、什么是纳米材料的量子效应量子效应是描述微观尺度下粒子行为的物理现象。
在纳米尺度下，物质的量子效应变得显著，原子和分子之间的相互作用产生了奇特的效应。
纳米尺度下的量子效应可以表现为共振现象、量子限制、量子干涉等多种形式。
纳米材料的量子效应可以影响材料的光学、电子和磁学性质，因此对其进行深入研究具有重要意义。
二、纳米材料的制备与表征纳米材料的制备方法多种多样，常见的有溶胶凝胶法、磁控溅射法、气相沉积法等。
这些方法能够制备出尺寸在纳米级别的颗粒或薄膜。
制备好的纳米材料需要通过表征手段来对其形貌、晶体结构和物理性质进行研究。
透射电子显微镜、扫描电子显微镜和透射电子能谱仪等表征手段可以揭示纳米材料的微观结构和成分。
X 射线衍射、拉曼光谱和荧光光谱等则可以研究纳米材料的晶体结构和光学性质。
三、纳米材料的光学量子效应光学量子效应是纳米材料研究中最为常见的一个方面。
纳米尺度下的光学现象与传统材料存在明显差异。
金属纳米颗粒表现出色散光谱的红移和表面等离子共振增强等现象，使其在催化、生物医学和传感器等领域具有广泛应用。
半导体纳米颗粒则表现出量子尺寸效应，导致其光谱具有尺寸可调性和增强发射效应。
这些光学量子效应为新型功能材料的设计和合成提供了理论基础。
四、纳米材料的电子量子效应电子量子效应是纳米材料研究中另一个重要的方面。
在纳米尺度下，电子的能带结构和输运性质发生了显著变化。
量子点和量子线的形成导致能带结构具有禁带宽度的压缩效应，从而改变了光电材料的光学和电学性质。
此外，纳米材料中的量子限制效应还可以改变电子的输运行为，如强磁场下的霍尔效应和磁阻效应等。
电子量子效应的研究为纳米电子学和量子计算提供了重要的理论和实验基础。
光电薄膜材料
光电薄膜材料光电薄膜材料是一种具有特殊光学性能的薄膜材料，广泛应用于光电子器件、太阳能电池、显示器件等领域。
光电薄膜材料具有高透明度、优异的光学性能、良好的机械性能和化学稳定性等特点，因此备受关注和研究。
本文将从光电薄膜材料的特性、制备方法以及应用领域等方面进行介绍。
光电薄膜材料的特性。
光电薄膜材料具有优异的光学性能，包括高透射率、低反射率、高抗反射性能等，能够有效地控制光的传播和反射，提高光电器件的性能。
此外，光电薄膜材料还具有良好的导电性能、热稳定性和化学稳定性，能够在不同环境和工作条件下保持稳定的性能。
光电薄膜材料的制备方法。
目前，制备光电薄膜材料的方法主要包括物理气相沉积、化学气相沉积、溶液法、磁控溅射等。
不同的制备方法可以得到具有不同性能和结构的光电薄膜材料，满足不同应用领域的需求。
在制备过程中，需要控制好薄膜的厚度、成分和结构等参数，以确保薄膜材料具有良好的性能。
光电薄膜材料的应用领域。
光电薄膜材料在光电子器件、太阳能电池、显示器件等领域有着广泛的应用。
例如，在光电子器件中，光电薄膜材料可以作为光学滤波器、反射镜、透镜等元件，用于调控光的传播和反射；在太阳能电池中，光电薄膜材料可以作为光吸收层、电子传输层等，提高太阳能转换效率；在显示器件中，光电薄膜材料可以作为透明导电膜、光学增强膜等，提高显示器件的亮度和清晰度。
总结。
光电薄膜材料具有优异的光学性能、良好的机械性能和化学稳定性，是一种具有广泛应用前景的功能性材料。
随着光电子技术和太阳能领域的发展，光电薄膜材料的研究和应用将会得到进一步推动，为人类社会的可持续发展做出贡献。
通过本文的介绍，相信读者对光电薄膜材料有了更深入的了解，希望本文能够为相关领域的研究和应用提供一定的参考价值。
同时，也希望各界人士能够加大对光电薄膜材料的研究和开发力度，推动其在光电子技术和太阳能领域的广泛应用。
纳米材料的电学特性
J=nqv
或
J=I/S
由
R =V/I
J=E/ρ=Eσ
J：电流密度：
R=ρh/ S
E：电场强度；
E= V/ h
：载流子旳迁移率；
q：一种载流子旳电荷
n：载流子旳浓度.
欧姆定律最一般旳形式
电导率（σ）与迁移率（μ）：σ＝J/E＝nqv/E=nqμ
载流子旳迁移率旳物理意义为：载流子在单位 电场中旳迁移速度。电导率旳一般体现式为
低温时大致和T5成正比； ➢ 含杂质和缺陷旳金属旳电阻是纯金属电阻加上和
温度有关旳一种电阻值。
金属导电旳理论旳发展
• 经典自由电子理论 • 量子自由电子理论 • 能带理论
kz
O
ky
kx
状态代表点在k空间中旳分布
f(E)—E旳关系曲线
能带理论
• 上世纪30年代初布洛赫和布里渊等人研究了周期 场中运动旳电子性质，为固体电子旳能带理论奠 定了基础。
在外电场E旳作用下， 金属中旳自由电子旳加速度：a==eE/m e 电子每两次碰撞之间旳平均时间2； 松弛时间 ，与晶格缺陷和温度有关，温度越高， 晶体缺陷越多电子散射几率越大， 越小； 单位时间平均散射次数1/2 ；电子质量m e； 自由电子旳平均速度：v= eE/m e ； 自由电子旳迁移率： e=v/E= e/m e ；
固体电解质旳离子传导机理
晶格导电通道概貌
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•
体心立方晶格导电通道
面心立方晶格导电通道
六方密堆积旳晶格导电通道
离子导电旳种类
•本征导电------晶格点阵上旳离子定向运动（热缺 陷旳运动）。
纳米薄膜的结构和性能
纳米薄膜的结构和性能§ 1纳米薄膜材料概述1.1纳米薄膜的含义1.2纳米薄膜材料在材料学中的作用§ 2纳米薄膜的分类§ 3纳米薄膜的组织结构3.1薄膜生长过程概述3.2薄膜的生长模式3.3连续薄膜的形成3.4.纳米薄膜的组织形态§ 4纳米薄膜的性能4.1.力学性能4.2光学性能4.3电磁学性能4.4气敏特性§ 5纳米薄膜的应用5.1耐磨及表面防护涂层5.2纳米金刚石薄膜5.3.纳米磁性薄膜5.4纳米光学薄膜5.5纳米气敏膜5.6纳米滤膜5.7纳米润滑膜...............................................§ 1纳米薄膜材料概述1.1纳米薄膜的含义：纳米薄膜是指由尺寸在纳米量级的晶粒（或颗粒）构成的薄膜，或将纳米晶粒镶嵌于某种薄膜中构成的复合膜（如Ge/SiO2,将Ge镶嵌于SiO2薄膜中），以及每层厚度在纳米量级的单层或多层膜，有时也称为纳米晶粒薄膜和纳米多层膜。
1.2 纳米薄膜材料在材料学中的作用在材料科学的各分支中，纳米薄膜材料科学的发展占据可极为重要的地位。
薄膜材料是相对于体材料而言的，是人们采用特殊的方法，在体材料的表面沉积或制备的一层性质与体材料性质完全不同的物质层。
薄膜材料受到重视的原因在于它往往具有特殊的材料性能获性能组合。
在这种意义上，薄膜材料学作为材料科学的一个快速发展的分支，在科学技术以及国民经济的各个领域发挥着越来越大的作用。
§ 2 纳米薄膜的分类纳米薄膜的分类情况比较复杂，根据不同的分类标准，大体可以分为以下几类：(1) 按照应用性能，可分为纳米磁性薄膜、纳米光学薄膜、纳米气敏薄膜、纳滤膜、纳米润滑膜、纳米多孔膜、LB( Langmuir －Buldgett )膜、SA (分子自组装)膜等有序组装膜。
(2) 根据纳米结构的特殊性质，可分为含有纳米颗粒与原子团簇－基质薄膜和纳米尺寸厚度薄膜。
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表面P型掺杂浓度大些， 表面n型表面杂质
弯曲区域越窄，光电子更能穿过这一区域，从表面逸出
GaAs-Cs2O负电子亲和势光电发射薄膜 结构：在GaAs表面制备一层n型Cs2O，在Cs2O表面在制备单
原子Cs层
能带结构： GaAs/Cs2O异质结结构使界面处能带向下弯，Cs 为Cs2O又提供了电子，界面处能带进一步向下弯
薄膜的能带结构
金属与半导体接触 E
Ef 金属
Ec 半导体
N型半导体
半导体 载 流 子 的 不 同
P型半导体
外场作用 非平衡态载流子
Ag-Cs2O薄膜的能带结构
Ag
Cs2O
Ag
Ag
Ag-BaO薄膜的能带结构
Ag-BaO薄膜与Ag-Sc2O薄膜的结构类似，适用于探索超短激 光脉冲的光电功能薄膜。
第四章光电纳米薄膜的能带结 构和电学性质
引言
电学
光学
磁性
电子的输运（电子的跃迁） 能带理论
导体：价带是导带或等效导带
导带
空带
空带
满带
满带
满带
重叠
相连
绝缘体：只有满带和空带，且禁带宽度较大
E g 禁带
空带
3 ~ 6eV
满带
例如金刚石中两个碳原 子相距15纳米时， Eg=5.33电子伏。
半导体：价带是满带，但是禁带宽度较小
每个布里渊区经过适当的平移之后和第一布里渊区重合
布里渊区：
•布里渊区边界描述了晶体周期性边界（势场）对电子作用。
•电子先填充低能级，对应等能面离布里渊区边界远，不受周期场的 影响，是球面；
•但随着电子依次向高能级填充，对应等能面接近布里渊区边界，受 周期场的影响，发生变形；
•等能面与布里渊区边界相交时。形成不连续能带。
价电子 +
体系性质
+
Born-Oppenheimer绝热近似：同时也被称为定核近似，它是 由奥本海默和他的导师玻恩在1927年共同提出的。
核心：分子系统中核的运动与电子的运动可以分离。研究电 子运动的时候可以近似的认为原子核是静止不动的，而研 究原子核的运动时则不需要考虑空间中电子的分布。
原子核体系：
负电子亲和势
当薄膜表面存在杂质原子时，对表面电子的亲和势会产生影 响，如杂质给出电子，则称为n型表面杂质，若接受电子， 则称为，p型表面杂质。
当p型半导体表面存在n型表面杂质时，表面杂质原子给出电 子而带正电，半导体薄膜接收电子而带负电，表面能带向 下弯曲，薄膜材料表面的有效电子亲和势下降，有利于电 子逸出表面进入真空，即有利于光电发射。
三维和一维存在一个重要的区别，即不同能带在能 量上不一定分隔开，而可能发生能带之间的交叠。 如下图，
原子能级与能带
最简单情况
能级
能带
E f p s
当有N个相同的自由原子时，每个原子内的电子有相同的分 立的能级，它们是N重简并的，当这N个原子逐渐靠近时， 原来束缚在单原子中的电子，不能在一个能级上存在（违 反泡利不相容原则）从而只能分裂成N个非常靠近的能级 （10-22ev），因为能量差甚小，可看成能量连续的区域， 称为能带。
我们期望体系的哈密顿量 则薛定谔方程为
单电子周期势场示意图
Hartree自洽场近似 密度泛函理论 局域密度近似 准粒子近似
能带形成的微观解释:外层电子共有化
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
原子结合成晶体时晶体中电子 的共有化运动
布里渊区与能带
第一布里渊区实际上就是晶格的倒格子的Wigner-Seitz原胞
超晶格的能带结构
超晶格薄膜的结构及其能带特点： 1）多层薄膜，一般在十层以上，薄膜界面对薄膜性质影响
巨大 2）每层厚度在1~10纳米之间，这个尺度大于自然晶格常数，
但小于电子平均自由程和德拜长度 3）是严格周期性多层薄膜，不同材料周期交叠，同种材料
薄膜厚度完全一致 4）还须使多层不同材料构造出周期势场。
• 决定材料中声波的传波、热膨胀、晶格比热、晶格热导率 和晶格缺陷等
• 体系中离子（原子）实运动由经典Newton运动方程所描述
• 周期排列的离子（原子）实的行为可以通过晶格动力学来 处理，通过声子描述其物理性质
电子体系：电子体系的薛定谔方程决带结构和磁学性能等等。
空带
E g 禁带 0.1 ~ 2eV
满带
(E g 0.1 ~ 2eV )
例如硅Eg=1.14电子伏，锗 Eg=0.67电子伏，砷化镓
Eg=1.43电子伏。
导体、半导体、绝缘体的不同，主要是能带结构不同
金属导电与半导体导电的差别：金属导电的载流子是自 由电子，半导体导电的载流子是导带中的电子和价带中 的空穴。
能带理论
能带理论是目前研究固态材料中电子运动的一个主 要基础理论。是在量子力学规律确定以后，在用 量子力学研究金属电导理论过程中发展起来的。
1、单电子近似 复杂性起源：多体问题
http://www.upscale.utoronto.ca/GeneralInterest/Harrison/Flash/Cha os/ThreeBody/ThreeBody.html