研究方向

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	主要研究方向：

	氧化物半导体微纳结构
	智能电致变色材料和电致变色智能窗
	薄膜场效应晶体管

CBD法制备

氧化锌薄膜表面形貌

单根ZnO纳米棒的

高分辨TEM照片

氧化物半导体微纳结构

为了开发新型的纳米器件，比如纳米棒-有机物聚合体混合太阳能电池（nanorod-polymer blend solar cells）、易加工（easily pick up）的1D纳米结构、低维晶体管等，需要在与CMOS工艺兼容的衬底上制备具有一致取向的氧化物纳米结构，这也是器件开发的第一步。

研究进展

目前本研究组已经利用化学浴沉积技术（CBD）在溶胶-凝胶（sol-gel）方法制备的ZnO薄膜种子层上获得了整齐排列的ZnO纳米棒阵列，如左图所示。

电致变色器件示意图

不同温度下热处理的WO3薄膜的透射调制谱

(a)250℃, (b)350℃ and (c)450℃

智能电致变色材料和电致变色智能窗

电致变色（electrochromic，EC）是指在外加电场作用下，材料的光学性能发生连续可逆变化的现象，直观地表现为材料的颜色和透明度发生可逆变化的过程。电致变色材料具有许多优越特性，例如：透过率可在较大范围内连续变化，并可由人工随意调节；无视角差；驱动变色所需电压低，电源简单，耗电省；具有记忆存储功能等，因此在显示器件、调光玻璃（智能窗）、无眩反光镜、信息存储等领域有着广泛的应用前景。其中，电致变色智能窗是具有选择性可调太阳光谱特性的多层膜器件，根据需要，通过所加电压（电流）的变化，可主动地改变窗的光学性质，动态地调节太阳光在可见光区的透射光谱，实现光密度连续可逆地调节，而且低功耗，可广泛地用于建筑、汽车、飞机及宇宙飞船等领域，对于节能和环保都具有重要意义。

电致变色器件一般由五层结构组成，其工作原理：给电致变色器件施加几个伏特直流电压后，将发生电子(e^-)和阳离子(A⁺)的迁移，电致变色反应开始进行。以阴极致色材料为例，电子从负电极侧进入MO_x电致变色层，由于离子导体层对电子为绝缘层，所以它不能透过离子导体层再进入到离子存贮层，而阳离子从离子存贮层一侧，通过离子导体层进入MO_x电致变色层，形成A_yMO_x并构成回路电流。器件开始着色及透射率开始改变，这种变化随进入EC层中电荷量的变化而变化。反转电极极性，MO_x层中的A⁺与e^-的运动方向发生变化，A⁺从A_yMO_x膜中抽离出来回到离子存贮层，电子则从A_yMO_x层中退出在阳极上消失，同时阴极电子进入离子存贮层与回来的A⁺中和，维持电中性，器件发生退色现象变回到透明状态，此过程又称为“漂白”。电致变色器件便是在电极的反复转向中不断地发生致退色的可逆变化。

主要包括：阴极电致变色薄膜；电致变色智能窗开发研究。

研究进展

本研究组已经利用溶胶-凝胶方法制备了系列WO₃薄膜样品，并研究了退火处理对WO₃薄膜的结构、表面形貌、光学及电学特性的影响。结果表明随着退火温度的增加，薄膜结构发生了非晶态到多晶态的转变；250℃退火的薄膜在可见光区的透射率调制量最大。

薄膜场效应晶体管

柔性衬底上ZnO TFTs照片

伴随着透明半导体材料和硅基薄膜晶体管（Thin Film Transistors, TFT）的发展，出现了一种新颖的透明薄膜晶体管。自从2003年美国科研人员研发了世界上第一款ZnO基全透明晶体管，晶体管出现了一股世界范围内的“透明”热。透明晶体管拥有不同寻常的透明特征，使晶体管的应用领域更加拓宽。例如，采用透明TFT则可避免非晶硅TFT的缺点，实现高开口率的发光二极管平面显示。结合透明氧化物电极技术，利用透明晶体管制成透明集成电路，将其嵌入房屋和交通工具的玻璃中，就可研制出具有全新信息传输方式的系统，再结合平面显示技术，构成综合电子信息系统，可用于家用电器、交通工具、商用和军事等多研究领域。高性能的透明晶体管能够与现有的已经应用在电视机、桌面电脑、笔记本电脑和手机中的各种显示技术相结合，比如有机发光二极管（OLED）、液晶显示器（LCDs）和场致发光显示器等。
透明晶体管在许多应用领域蕴藏着巨大的潜力，透明晶体管和平板显示技术相结合，将使得显示屏幕更清晰、明亮。另外，制作在玻璃衬底上的电子设备，一旦用透明晶体管来取代现有的元件，将会使现有的机械支撑系统被嵌入到玻璃板上，从而使设备的物理体积大大减小。该项目的实施将有利于提升我国光电半导体纳米结构与器件应用研发实力，同时也为发展我国高端薄膜晶体管液晶平板显示器产业打下坚实的基础。

主要包括：非晶及多晶高K值氧化物薄膜；高K值氧化物薄膜/宽禁带氧化物异质结；metal/Insulator/Semiconductor(Metal) 异质结器件；基于Si衬底和透明的刚性、柔性衬底的薄膜场效应晶体管。