教育部科学技术研究重点项目 结题（验收）报告.pdf

项目编号 106036 所属学科 材料学 评优申请 是 否 教育部科学技术研究重点项目 结题 验收 报告 v200703 项目名称 纳米碳膜 硅中的界面效应 项目负责 薛庆忠 承担单位 中国石油大学 华东 起止时间 2006 年 1 月 至 2007 年 12 月 结题 验收 时间 2007 年 12 月 28 日 教育部科技司制 2007 年 3 月 教育部科学研究重点项目结题 验收 报告 v 200703 教育部科学技术司 2 目目 录录 填写说明 一 结题验收项目成果简表 二 项目成果摘要 三 计划任务 考核指标及主要技术经济指标 计划执行评价 四 项目负责人项目完成期内个人基本情况介绍 五 研究取得的成果 六 成果转化情况 取得的经济 社会效益 七 人才培养情况 八 经费决算表 九 依托单位意见 十 主管部门意见 十一 项目 验收委员会 专家名单 十二 项目验收专家组意见 十三 有关附件 附件 1 教育部科学技术研究项目批复立项文件 复印件 附件 2 学校申请项目验收的函 复印件 附件 3 教育部科技司同意验收的函 复印件 附件 4 发表的论文 标注 教育部科学技术研究重大项目资助 中英文字样 的 获得专利 奖励等 应有证明材料 附件 5 其他 教育部科学研究重点项目结题 验收 报告 v 200703 教育部科学技术司 3 填填 写写 说说 明明 教育部科学技术研究重点项目结束后 项目负责人须按要求认真填报结题 验收 报告 作为项目结题和验收的主要依据 同时为资助项目研究工作的重要档案 1 项目负责人在项目研究工作的基础上 实事求是地撰写结题 验收 报告 并提供必要的附件材料 保证填报内容真实 数据准确 表内填写不下时 可自行加 页 2 项目依托单位应认真审查 确保材料齐全 督促项目负责人在项目结束后 3 个月内完成项目结题 验收 3 直属高校须将结题项目的报告内容通过教育部科技管理平台进行网上申请 按平台各栏目要求提交相关材料 经科技司审查通过后 将在网上批复同意与否 合 格的即完成结题工作 4 地方或部门高校承担的项目按上述要求填写报告后 报送至地方教育厅 教 委 或部门审核结题 审核合格者须登录教育部科技管理平台按平台各栏目要求提交 相关材料完成结题工作 纸质材料报教育厅 教委 或部门存档 5 须验收的项目 结题验收报告 填写完成并经单位审核合格后 须通过教育 部科技管理平台进行网上申请 按平台各栏目要求提交相关材料 6 地方 部门 高校的主管部门和直属高校同时须提交验收纸质验收申请 并 报送附件的纸质材料 科技司将根据审查情况在网上批复同意与否 经批准后 由我 部组织召开项目验收会 7 验收会后 须将专家组验收意见和专家组名单上传至教育部科技管理平台 同时提交完整的纸质 结题验收报告 报送至我部存档 必须加盖主管部门和依托单 位公章 8 经费支出根据实际支出科目列支 9 报告须用 a4 纸打印 每项目录内容之间用彩色纸作为间隔 教育部科学研究重点项目结题 验收 报告 v 200703 教育部科学技术司 4 一 结题 验收 项目成果简表 项目名称 纳米碳膜 硅中的界面效应 项目编号 106036 项目类型 重点 起止时间 2006 1 2007 12 项目 情况 项目经费 万 6 其中国拨 6 万 验收 结题 时间 姓 名 年龄 学位 职称 获得国家各类人才计划的情况 薛庆忠 39 博士 教授 郝兰众 29 硕士 讲师 项目 主要 完成 人员 高熙礼 26 硕士生 项目来源 项目名称 负责人 经费 起止时间 省自然基金 纳米非晶碳膜 硅异质结中电输运特性 薛庆忠 4 万元 2005 12 2008 12 省自然基金 lacamno batio3 lacamno 多层薄膜磁电性能研究郝兰众 4 万元 2006 12 2008 12 获得 各类 后续 资助 情况 序号 成 果 名 称 成果类型 获得时间 第 1 项 effect of gas pressure on current voltage characteristics of amorphous carbon film silicon heterojunction 论文 appl phys lett appl phys lett 2007 8 第 2 项 ammonia sensitivity of amorphous carbon film silicon heterojunctions 论文 appl phys lett appl phys lett 2007 11 第 3 项 一种具有气压敏感效应的碳 硅异质结材料及其应用 发明专利 200710013464 6 2007 3 主 要 成 果 第 4 项 一种具有 nh3气体敏感效应的碳 硅异质结材料 发明专利 200710013468 4 2007 3 应用类别 效益说明 应用时间 成 果 应 用 情 况 知识产权情况 人才培养情况 发表论著情况 其 他 知 识 产 权 博 士 后 博 士 硕 士 国 家 软 件 登 记 专利情况 名称 其 他 在 读 已毕业 收录情况 论文情况 学术会议 论 著 国际 国内 项 发明专利授权项 发明专利申请项 新型专利授权项 新型专利申请项 人 数 人 数 人 数 人 数 s c i 篇 e i 篇 i s t p 篇 国 内 科 技 刊 物 国 外 科 技 刊 物 特 邀 报 告 大 会 报 告 分 组 报 告 特 邀 报 告 大 会 报 告 册 2 6 62 6 教育部科学研究重点项目结题 验收 报告 v 200703 教育部科学技术司 5 二 项目成果摘要 不少于 300 字 注 摘要内容详实 文字简练 着重介绍创新点和取得的突出成果 包括代表性的图解 利用磁控溅射的方法制备了非晶碳薄膜 硅 a c si 异质结 并研究了其电输运性质 外 界气体种类 气体压强对其电学性质的影响 异质结的界面特性对其电学性质的影响 1 研究了 a c si 异质结的电输运性质及温度效应 图 1 给出了沉积温度为 300 k 溅射时 间为 20 分钟的 a c si 异质结的电流 电压 i v 曲线 可以看出该异质结具有良好的整流效果 随着外加电场及温度的变化 其电阻 温度 r t 特性将发生很大的变化 当施加的正向偏压大 于 5 伏特时 在高温区域 t 220 k 其导电机制主要为 ohmic 在低温区域 240 k t 随着外 加电场的增加 其导电机制由 ohmic 转变为 space charge limited current sclc 由于导电 机制的转变 从而导致金属 绝缘体转变现象 并且随着外加电场的增加 其金属 绝缘体转变点 向高温方向移动 如图 2 15 10 5051015 1e 6 1e 5 1e 4 1e 3 0 01 20 15 10 50510 15 0 010 0 005 0 000 0 005 0 010 current a voltage v b 0246810 0 2 4 6 8 10 v i c si current a voltage v 80k 120k 160k 200k 240k 280k 300k a 图 1 沉积温度为 300 k 溅射时间为 20 分钟的 a c si 异质结的 a i v 曲线 b log i v 曲线 100150200250300 10 100 1000 t 300k temperature k 3v 5v 8v 10v b 图2 沉积温度为300 k 沉积时间为20分钟的a c si异质结样品 在不同外加电压下的r t曲线 教育部科学研究重点项目结题 验收 报告 v 200703 教育部科学技术司 6 2 研究了室温下外界气体压强对 a c si 异质结的电输运性质的影响 如图 3 所示 外界气 体压强对a c si异质结的反向i v特性具有很大的影响 当外界气体压强有100 pa增加到10 5 pa 时 其结电阻增加为原来的 3300 外界气体压强对 a c si 异质结的正向 i v 特性影响相对较 小 甚至可以忽略 可能的原因是 对于反向偏压 其导电机制主要是 sclc a c 表面处聚集 了大量的电荷 外部注入的电流密度大于 a c 膜内部的载流子浓度 当外界气压增加 a c 膜 表面处的电荷通过范德瓦尔斯力吸附更多的气体分子 从而增加了空间电荷区的宽度和改变了 a c 膜的表面态 进而增加了 a c si 异质结的势垒高度 导致 a c si 异质结的电阻随着外界气压 的增加而增大 对于正向偏压 其导电机制主要是 ohmic 故 a c 表面处聚集的电荷相对较少 因此外界气压的变化对 a c si 异质结的电阻的影响相对较小 40 2002040 0 06 0 04 0 02 0 00 0 02 0 04 0 06 0246810 0 2 4 6 8 10 v i c si current a voltage v 100pa 500pa 1000pa 1500pa 2000pa 3000pa 4000pa 5000pa 6000pa e4pa e5pa 图 3 不同气压下 a c si 异质结的 i v 特性在的变化 3 研究了室温下 nh3气体对 a c si 异质结 i v 特性的影响 如图 4 所示 当施加一恒定 的反向偏压 将 a c si 异质结由空气中移到盛有少量 nh3气体的锥形瓶中 结电阻由 10 3 迅速 的增加到 10 5 将 a c si 异质结重新移到空气中 其结电阻又由 105 迅速的降到 103 当 施加一正向偏压时 将 a c si 异质结由空气中移到盛有少量 nh3气体的锥形瓶中 结电阻减小 反之 结电阻增加 a c si 异质结对 nh3气体具有较短的响应时间 较高的敏感性以及较好的 恢复性 我们给出了 a c si 异质结的气敏特性的机理在于界面效应 将铟电极 a c 膜和硅视为金 属 绝缘体 半导体 mis 结构 由于 nh3气体分子为极性分子 具有一个孤对电子 很容易成为 电子提供者 在吸附过程中向碳材料提供电子 对于正向偏压 正向偏压施加在 a c 膜上的铟电 极上 n si 的导带和价带将会向下弯曲 从而导致一些电子集结在 n si 的表面 当 a c si 异 质结暴露在 nh3气体中 由于 nh3气体向 a c 膜提供电子 结中的内部电场增加 使载流子越过 教育部科学研究重点项目结题 验收 报告 v 200703 教育部科学技术司 7 a c 膜变得容易 因此正向电流增加 如图 5 对于反向偏压 反向偏压施加在 a c 膜上的铟电 极上 n si 的导带和价带将会向上弯曲 当反向偏压足够大时 其本正费米能级将会移动到费 米面以上 从而导致邻近 a c 膜的 n si 处集结大量的正电荷 出现反型层 当 a c si 异质结暴 露在 nh3气体中 由于 nh3气体向 a c 膜提供电子 将会中和反型层中的正电荷 从而降低结中 的电场 使得载流子很难通过 a c 膜 如图 5 当 a c si 异质结暴露在空气中 由于气体分子 的扩散运动 吸附的 nh3分子将解离 a c 膜 故结电阻恢复到初始值 0102030405060 10 3 10 4 10 5 air air air nh3 nh3 nh3air 16 v resistance time min 图 4 外加偏压为 16 v 结电阻在空气和 nh3中的变化 20 15 10 5051015 10 6 10 5 10 4 10 3 10 2 0 010 0 005 0 000 0 005 0 010 current a voltage v air nh3 b a 图 5 nh3气体对 a c si 异质结 i v 特性的影响 教育部科学研究重点项目结题 验收 报告 v 200703 教育部科学技术司 8 三 计划任务 考核指标及主要技术经济指标 计划执行评价 计划任务 1 研制具有优秀电输运特性的碳膜 硅材料 并研究其中碳界面在电输运中的作 用机理 2 建立考虑界面效应的纳米的输运模型 解释和预见界面效应在纳米材料的输运过 程的影响 为制备具有优异输运特性的纳米材料提供理论指导 考核指标 1 发表 2 3 篇 sci 论文 2 用本课题的研究成果申请专利 计划执行评价 我们课题组很好地完成预定的研究计划中各项内容 并且 意外发现了 c si 异质结的气压 敏感效应和氨气敏感效应 系统地研究了这两个效应产生的机理 为气压测量和气体探测提供一 种很有价值的新材料 我们的研究结果发表在国际权威期刊 applied physics letters 两篇 上 并且申请了国家发明专利两项 已经公开 我们研制的 c si 异质结材料对为进一步研制具有优异电输运特性的纳米异质结材料具有重 要的指导意义 四 项目负责人项目完成期内个人基本情况介绍 职称变化情况 获其它项目资助情况 获奖情况等 项目负责人项目完成期内承担和主持了国家自然科学基金 教育部科学研究重 点项目 山东省自然科学基金等 6 项省部级以上科研项目的研究 对碳基复合材 料 复合纳米薄膜的制备 应用及机理进行了系统的研究 取得了一系列重要的研 究成果 其研究成果达到国际先进水平 引起国际同行的关注 近 2 年来 薛庆忠 教授获得和申请国家发明专利 5 项 发表论文 7 余篇 被 sci 收录 7 篇 第一作者 1 篇 通讯作者 6 篇 ei 收录 3 篇 有多篇发表在 applied physics letters 影响因 子 4 3 carbon 影响因子 3 3 nanotechnology 影响因子 3 3 等国际著名 学术期刊上 所发表论文被 physical review letters applied physics letters 等 国际 sci 权威期刊引用 115 次 他人引用 89 次 单篇论文 sci 最高引用次数 41 次 获山东省高等学校科技进步二等奖 1 项 排名第一 教育部科学研究重点项目结题 验收 报告 v 200703 教育部科学技术司 9 五 研究取得的成果 受资助项目发表论文数 被引用次数 收录论文期刊的影响因子分别是 多少 专利申报和获奖情况 1 xili gao qingzhong xue lanzhong hao et al effect of gas pressure on current voltage characteristics of amorphous carbon film silicon heterojunction appl phys lett 2007 91 092104 sci 影响因子 4 3 2 xili gao qingzhong xue lanzhong hao et al ammonia sensitivity of amorphous carbon film silicon heterojunctions appl phys lett 2007 sci 影响因子 4 3 3 qingbin zheng qingzhong xue keyou yan et al investigation of molecular interactions between swnt and polyethylene polypropylene polystyrene polyaniline molecules j phys chem c 2007 111 12 4628 4637 sci 影响因子 4 1 4 k y yan q z xue q b zheng and l z hao interface effect of the effective electrical conductivity of carbon nanotube composites nanotechnology 2007 18 255705 sci 影响因子 3 0 5 lanzhong hao qingzhong xue xili gao et al abnormal i v characteristics and metal insulator transition of fe doped amorphous carbon silico