氧化锌薄膜的微观结构及其结晶性能研究

以普通玻璃作为衬底材料,采用射频磁控溅射方法制备了氧化锌(ZnO)透明导电薄膜,通过X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)测试,研究了衬底温度对薄膜微观结构及其结晶性能的影响.结果表明:所制备的ZnO薄膜均为(002)晶面择优取向生长的多晶薄膜,其微观结构和结晶性能与衬底温度密切相关.衬底温度对ZnO薄膜的织构系数TC(hkl)、平均晶粒尺寸、位错密度、晶格应变和晶格常数都具有不同程度的影响,当衬底温度为800 K时,ZnO薄膜样品的织构系数TC(002)最高(4.929)、平均晶粒尺寸最大(20.91 nm)、位错密度最小(2.289×10~(15)line·m~(-2))、晶格应变最低(2.781×10~(-3)),具有最高的(002)晶面择优取向生长性和最佳的微观结构性能.     

利用同步辐射XRD研究BiFeO3 外延多铁薄膜的微结构

使用脉冲激光沉积在SrTiO₃ 衬底上生长了不同厚度的BiFeO₃(BFO)薄膜, X 射线衍射分析表明薄膜是BFO 外延薄膜. X 射线反射率测量发现BFO 薄膜密度随着厚度的增加而增加, 同时薄膜表面存在厚度为数纳米的非设计覆盖层. 随着厚度的增加, BFO 薄膜由完全应变过渡到应变部分弛豫状态, 同时BFO 从四方相转变为单斜相.     

Eu掺杂YBa2Cu3O7-δ高温超导单晶的制备与研究

本文利用自助熔剂法成功制备了一系列Eu含量不同的Y1-xEuxBa2Cu3O7-δ(x=0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0)高温超导单晶样品.实验中使用了ZrO2坩埚,有效地避免了以往Al2O3坩埚在高温下对单晶的污染.X射线衍射(XRD)分析表明,所有单晶样品均为Y-123结构.此外,本文还利用扫描电子显微镜(SEM)在单晶的(0 0l)面观察到了圆形螺旋位错,并对掺杂引起的晶格失配和螺旋位错生长机制进行了分析和讨论.     

应力对La_(0.8)Ca_(0.2)MnO_3薄膜电输运性能的调控研究

采用脉冲激光沉积技术,在LaAlO3和0.67Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.33PbTiO3两种单晶基片上外延生长了La0.8Ca0.2MnO3薄膜.X射线衍射分析表明两种薄膜皆为单取向生长,且面内分别受到压应力和张应力作用.晶格失配造成的应力对薄膜的电阻和金属-绝缘相转变温度Tp影响很大.对LCMO/PMN-PT施加外电场,从而调节薄膜所受应力也可以调制其电阻和Tp.     

InGaAsP/InP异质界面的X射线双晶衍射测量

本文利用X射线双晶衍射测量LPE生长的InGaAsP/InP异质结的R-C曲线,得到了异质结的垂直失配和水平失配.在考虑存在失配位错的情况下,计算了驰豫晶格失配、曲率半径和失配位错密度.指出了影响外延层R-C曲线半峰宽的因素.     

钙钛矿La2/3Pb1/3MnO3外延膜的制备及磁性

利用磁控溅射法在单晶LaAlO3(100)衬底上成功地外延生长了La2/3Pb1/3MnO3薄膜.用X射线衍射仪、原子力显微镜和超导量子干涉仪、直流四探针法对其进行了表征.结果表明,薄膜为赝立方钙钛矿结构,晶格常数为3.861 nm,晶格失配度为2.1%,具有良好的单晶外延结构和较光滑的表面,且薄膜中晶粒的生长模式是"柱状"模式.居里温度为325 K,在居里温度附近,发生铁磁-顺磁转变.此材料呈现出一种典型的自旋玻璃特性.是由于应力造成的.在1.OT磁场下,其磁电阻为23.4%.     

氧化铟锡TCO薄膜的制备及其结晶性能研究

以掺锡氧化铟陶瓷靶材作为溅射源,采用磁控溅射技术在玻璃衬底上制备了氧化铟锡(ITO)透明导电薄膜,通过X-射线衍射仪(XRD)和X-射线光电子能谱仪(XPS)测试表征,研究了生长温度对薄膜结晶性质和微结构性能的影响.结果表明:所沉积的ITO薄膜均具有体心立方的多晶结构,其生长特性和微结构性能明显受到生长温度的影响.生长温度升高时,薄膜(222)晶面的织构系数T_(C(222))和晶粒尺寸先增后减,而晶格应变和位错密度则先减后增.当生长温度为500 K时,ITO样品的织构系数T_(C(222))最高(1.5097)、晶粒尺寸最大(52.8 nm)、晶格应变最低(1.226×10~(-3))、位错密度最小(3.409×10~(14)m~(-2)),具有最佳的(222)晶面择优取向性和微结构性能.     

镓锌氧化物半导体薄膜的晶粒生长特性及其微结构研究

采用Zn O:Ga3O2高密度陶瓷靶作为溅射源材料,利用射频磁控溅射技术在玻璃基片上制备了镓锌氧化物(Ga Zn O)半导体薄膜.基于X射线衍射仪的测试表征,研究了薄膜厚度对Ga Zn O样品晶粒生长特性和微结构性能的影响.研究结果表明:所制备的Ga Zn O样品为多晶薄膜,并且都具有六角纤锌矿型结构和(002)晶向的择优取向生长特性;其(002)取向程度、结晶性能和微结构参数等均与薄膜厚度密切相关.随着薄膜厚度的增大,Ga Zn O样品的(002)择优取向程度和晶粒尺寸表现为先增大后减小,而位错密度和晶格应变则表现为先减小后增大.当薄膜厚度为510 nm时,Ga Zn O样品具有最大的(002)晶向织构系数(2.959)、最大的晶粒尺寸(97.8 nm)、最小的位错密度(1.044×1014m-2)和最小的晶格应变(5.887×10-4).     

SrTiO_3薄膜的掠入射X射线衍射研究

采用掠入射X射线衍射技术研究了外延SrTiO3薄膜面内晶格应变随着深度的分布.研究发现不管是较薄的还是较厚的薄膜其面内晶格应变随深度的分布都不是连续变化的,而是可以分为三个区域,即表面区、应变驰豫区、界面区.     

Fe掺杂GaN稀磁半导体材料研究

用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术生长出不同Fe掺杂浓度的GaN薄膜,并对其微观结构、表面形貌以及磁学性能进行了研究。对于低掺杂浓度的Fe掺杂GaN样品,X射线衍射和高分辨透射电镜均没有发现其他相物质存在;对于高浓度掺杂的样品,X射线衍射探测到了Fe单质和Fe3N存在。通过高分辨透射电镜图像,观察到了晶格中的Fe3N纳米团簇,并且发现团簇以Fe3N[0002]晶轴平行于GaN[0002]晶轴的方式存在于GaN晶格之中。同时,随着掺杂浓度的增高,薄膜表面粗糙度增加。磁学测量表明,不同掺杂浓度的样品都显现出明显的室温铁磁性。     

Si晶体中螺位错滑移特性的分子动力学

在保持Si晶体模型完全周期性的边界条件下, 采用位错偶极子模型在其内部建立一对螺位错. 通过Parrinello-Rahman方法对模型施加剪应力, 并应用分子动力学计算位错运动速度及交滑移的发生与外加剪应力间的关系. 在此基础上进一步研究晶体内的空位缺陷对螺位错运动的影响. 结果表明, 在位错滑移面上的六边形环状空位聚集体可加速螺位错的运动, 并且螺位错能通过交滑移跨越该空位缺陷, 避免产生钉扎现象. 揭示了低温层中大量存在的空位缺陷是降低位错密度的原因.      

不同温度晶界位错湮没过程的晶体相场模拟

【目的】针对不同温度的晶界位错湮没过程进行研究。【方法】采用晶体相场模型模拟中等角度对称倾侧晶界结构在不同温度下的晶界位错演化湮没过程,从位错的运动形式和体系自由能的变化,分析晶界的消失过程和位错的相互作用。【结果】具有二维三角晶格原子点阵结构形成的对称倾侧晶界是由配对的位错对按直线规则排列构成,可以看成由2套位错Burgers矢量组成。晶界湮没主要有如下几方面的特征过程:首先晶界位错攀移,然后发生位错分解,晶界发射位错,位错由攀移运动转化为作滑移运动;接着滑移位错穿过晶粒内部,直到在对面晶界上湮没;剩余的晶界位错继续作攀移运动,然后又出现位错分解,晶界再次发射位错,使得位错转为作滑移运动,与其它作滑移运动的位错在晶内相遇湮没消失。【结论】在低温情况,位错是一对一对地按照一定的顺序发生湮没,而高温情况,位错湮没可以同时出现几对位错一起发生湮没。最后,所有晶界和位错全部消失。     

初始原子排列对亚晶界湮没影响的晶体相场模拟

【目的】研究初始原子对亚晶界湮没机制的影响。【方法】采用晶体相场模型模拟亚晶界结构在应力作用下的湮没过程,并从位错运动和能量变化角度对湮没过程进行分析,同时讨论初始原子在两晶粒交界处的对齐程度对其后亚晶界湮没的影响。【结果】研究表明,初始晶界原子排列错位1/4晶格常数时,首先位错在晶界处攀移,然后位错同时分离成两个,一个分离出的位错停留于原位,另一个则进入亚晶内部进行攀移和滑移直至相遇湮没,之后原来停留于原位的位错在攀移一段时间后也进入亚晶内部进行攀移和滑移,最终相遇湮没,形成单晶。而初始晶界原子排列错位1/2晶格常数时,湮没过程与初始晶界原子排列错位1/4晶格常数时的情况存在很大的差异。【结论】亚晶界湮没过程中,位错直接进入亚晶内部进行攀移和滑移,位错间发生复杂的相互作用,最终位错全部湮没,形成单晶。同时体系能量将随应力的增加而波动下降,形成4个明显的峰谷。     

压电螺型位错与含界面效应纳米夹杂干涉研究

研究在无穷远纵向剪切和平面内电场作用下压电智能材料中螺型位错与考虑界面应力纳米尺度夹杂(纤维)间的力电耦合交互作用.运用复势方法,求解了夹杂和基体中复势函数的解析解以及应力场和电位移场分量.利用广义Peach-Koehler公式,给出了作用在压电螺型位错上位错像力的解析解答.研究结果表明:当夹杂的半径缩减到纳米尺度时,界面效应对夹杂(纤维)附近位错运动和平衡位置的影响将变得非常显著.正界面效应将排斥基体中的位错;当存在正的界面效应时,软夹杂能排斥界面附近的压电螺型位错.     

Ultrahigh-quality silicon carbide single crystals

Silicon carbide (SiC) has a range of useful physical, mechanical and electronic properties that make it a promising material for next-generation electronic devices. Careful consideration of the thermal conditions in which SiC [0001] is grown has resulted in improvements in crystal diameter and quality: the quantity of macroscopic defects such as hollow core dislocations (micropipes), inclusions, small-angle boundaries and long-range lattice warp has been reduced. But some macroscopic defects (about 1-10 cm(-2)) and a large density of elementary dislocations (approximately 10(4) cm(-2)), such as edge, basal plane and screw dislocations, remain within the crystal, and have so far prevented the realization of high-efficiency, reliable electronic devices in SiC (refs 12-16). Here we report a method, inspired by the dislocation structure of SiC grown perpendicular to the c-axis (a-face growth), to reduce the number of dislocations in SiC single crystals by two to three orders of magnitude, rendering them virtually dislocation-free. These substrates will promote the development of high-power SiC devices and reduce energy losses of the resulting electrical systems.     

映像力对高纯铝自由表面附近位错组态的影响

采用分析位错映像力的方法研究了纯铝表层区域直螺、直刃位错所承受的滑移应力,理论上计算出映像应力作用下直螺、刃位错临界滑移距离和纯铝表层低位错密度区尺寸.讨论了直刃位错临界攀移距离和温度的关系,指出了表面上相对稳定的位错组态.     

Evolution of dislocation patterns and its application in prediction of flow stress

The feature of dislocation patterns generated in plastic deformation is the ordered structure of alternative appearance of high and low dislocation density zones. With regard to the system of edge and screw dislocations, a nonlinear partial differential equation (eq. (13) in the text) including high order terms is established based on the reaction-diffusion equation. The contribution of cross slip of screw dislocations to the edge dislocation density is also considered in the analysis. The established equation has the typical feature of nonlinear system. Therefore, one does not need to deal with the complex expressions of the reaction and generation terms for dislocations. By theoretical analysis, the distance between adjacent high dislocation density zones (cell size or distance between cell wails) is obtained. By using this relationship, the flow stresses of ultrafine grained (UFG)copper and aluminum are predicted. The calculated results are well consistent with the experimental.     

外延Pb-Zr-Ti-O/Y-Ba-Cu-O异质结的制备研究

应用磁控溅射法在SrTiO3(STO)单晶基片上原位制备了Pb(Zr,Ti)O3/YBaCu3O7(PZT/YB-CO)异质结,X射线衍射、透射电镜和选区电子衍射结果表明PZT/YBCO为外延生长,磁化率的测量结果表明YBCO的超导转变温度接近90 K,外延铁电体/超导体异质结的制备为进一步研究铁电性、超导性以及铁电体/超导体复合器件奠定了基础.     

Unique cyclic deformation behavior of a heavily alloyed Al–Si piston alloy at different temperatures

The cyclic deformation behavior of a near-eutectic Al–Si piston alloy with a variety of alloying elements is investigated. Due to the distinctive microstructure, the alloy exhibited various cyclic deformation characteristics at different temperatures. Unique double-stage cyclic hardening occurred at room temperature, while the first hardening was mainly caused by the interaction between the dislocations and the finely dispersive precipitates, and the dislocation/dislocation interaction resulted in the second hardening. At elevated temperatures (200 1C and 350 1C), the alloy mainly presented cyclic softening because of the fact that the thermally activated dislocations could bypass or shear the obstructive precipitates.     

缺陷预熔化现象的晶体相场模拟

【目的】研究外应变作用下BCC晶体中晶界和位错的预熔化现象,揭示晶界预熔化的机理。【方法】构建包含外力场与晶格原子密度耦合作用项的三维体系自由能函数,并建立以温度为主要参数的晶体相场模型,模拟三维情况下某一平面的晶界和位错的预熔现象。【结果】随着温度的升高,位错熔解的区域不断扩大,在接近熔点温度时晶界处的位错首先诱发晶界出现预熔化现象;当熔解趋于稳定后,在应力作用下,开始出现位错滑移现象,同一水平直线上的一组位错对相互靠近,最终湮没变为一个完整晶界。【结论】体系的温度影响并决定位错的熔解。体系温度越高,位错处的熔解就越容易进行。