硅中氧沉淀的高分辨电镜研究

最近我们用高分辨电镜方法研究了750℃50—100h退火后直拉硅单晶中的氧沉淀。选择750℃退火的原因有二:①大规模集成电路工艺正在开发以氧沉淀及其诱生的位错、层错吸收有害杂质的新技术,为了提高氧沉淀速率,常在750℃附近的温度对硅片进行预先热处理。②文献报道,750℃附     

表面钝化对少子寿命、铁-硼对浓度和复合中心浓度的影响

分别采用0.08 mol/L的碘酒、等离子体增强化学气相沉积(PECVD) SiN^x:H和40%的HF酸对太阳电池级直拉单晶硅进行表面钝化, 然后利用微波光电导衰减(μ-PCD) 法测量硅片的少子寿命和铁-硼(Fe-B)对浓度. 通过比较少子寿命测量值, 发现0.08 mol/L的碘酒的钝化效果最好, 40%的HF酸的钝化效果最差. 对硅片Fe-B对浓度测量结果的分析表明, 同一硅片经过不同钝化处理后Fe-B对浓度分布差异较大, 且只有经过PECVD沉积SiN_x:H钝化的硅片的Fe-B对浓度分布与少子寿命分布有显著的相关性. 此外, 实验研究还发现, 钝化效果比较好的情况下, 复合中心浓度分布与Fe-B对浓度分布存在很强的相关性. 实验的半定量估算、分析表明, 少子寿命、Fe-B对浓度以及复合中心浓度分布的间接测量结果, 受到样品表面钝化效果的影响.     

磁控溅射工艺引起硅表面超薄钝化层电子结构变化

通过真空热退火、有效少子寿命(πeff)的测量(利用微波光电导衰减μ-PCD法)和表面-界面光电子能谱分析(X-ray Photoemission Spectroscopy,XPS)等方法,研究了磁控溅射沉积ITO(Indium Tin Oxide)薄膜过程中,等离子体中载能粒子束(原子/离子和紫外辉光)对超薄Si Ox(1.5~2.0 nm)/c-Si(150μm)样品界面区的原子成键和电子态的损伤问题,并就ITO薄膜的硅表面电子态有效钝化功能进行了研究.结果表明,溅射沉积ITO薄膜材料后该样品的πeff衰减了90%以上,从105μs减少到5μs.但是,适当退火条件可以恢复少子寿命到30μs,表明Si Ox/c-Si之间界面态的降低有助于改善氧化层的钝化效果.ITO薄膜和c-Si之间Si Ox薄层的形成和它的结构随退火温度的变化,是导致界面态、少子寿命变化的主要原因,且得到了XPS深度剖析分析的确认.     

位错组态演化规律及其在流变应力预测中的应用

金属塑性变形过程中产生的位错组态的基本特征是高低位错密度区交替出现的空间周期性有序结构, 位错组态演化是典型的非线性现象. 针对刃位错与螺位错组成的系统, 考虑到螺位错通过交滑移作用对刃位错密度的贡献及位错间的反应特点, 以反应-扩散方程为基础建立了一个反映变形过程中局部应力变化的包含高阶微分项的非线性偏微分方程, 该方程具有非线性系统方程的一般特征, 并利用这一特点, 避免了建立位错组态演化模型时对复杂的位错反应项的表示. 通过理论分析, 得到了相邻高密度位错区之间距离(位错胞尺寸或位错墙之间的距离)与应力或位错密度之间的关系. 利用该关系对亚微米晶铜和铝的流变应力进行了预测, 所得到的结果与前人的实验结果吻合.     

多晶硅片PL和电池效率的对应关系

采用光致发光(PL)测试仪测试了多晶硅片的PL图像中的各参数与其制备为电池后的转换效率的关系,并分析了电池参数和PL图像参数的相互关系.采用自主编制的一款软件,分析了PL图像的黑丝比例和归一化PL强度参数,并计算对应硅片的数值结果.PL测试完成后,依次顺序制作了太阳能电池,并测试其电池效率和开路电压(V_(oc))等.实验结果表明:V_(oc)和PL图像归一化PL强度相关性良好,但与PL图像黑丝比例相关性差;而电池转换效率与PL图像归一化强度、黑丝比例相关性均不强.其原因是PL光致发光主要测试的硅片材料性能与电池V_(oc)相关,而电池转换效率不仅受硅基材的影响,还受电池工艺的影响,比如制绒工艺、扩散工艺、镀膜工艺等.本文利用半导体相关原理推导出了电池V_(oc)和归一化PL强度的相关性表达式,从原理上证明了归一化PL强度与电池V_(oc)的相关性,表明归一化PL强度与多晶硅片质量具有更高的相关性,更具指导意义.     

MnS粒子对Fe-3%Si合金晶界迁移的影响

统计观察了热变形Fe-3%Si合金中MnS粒子在900℃的析出行为, 并利用过饱和固溶体中第二相粒子析出模型计算了MnS粒子的位错析出与晶界析出的相对关系; 观察和计算都表明, MnS析出以位错形核为主. 在二次再结晶过程中, 晶界上MnS析出粒子的粗化过程决定了晶界的可迁移性; 但在晶粒尺寸效应之外, 晶界两侧晶粒内位错析出MnS粒子密度的差异对晶界迁移的方向也发挥了决定性作用. 观察发现, 迁移晶界两侧晶粒内往往显示出不同的MnS粒子密度, 而晶界则倾向于向粒子密度较低的一侧迁移. 不同取向晶粒内的位错密度等因素会影响到析出粒子的密度, 高粒子密度的Goss取向晶粒易于长大.     

大激活熵是触发非晶合金记忆效应的关键

非晶/玻璃等非平衡态材料在能量驱动下会逐渐“老化”（ageing），体积和能量状态逐渐降低，这是非平衡态材料的本征特征之一。不同于“老化”的自然演化规律，记忆效应是指非晶合金经历先低温再高温两步退火时，焓或体积会先增加而后降低至平衡态。如果材料或体系达到热平衡态，初态和历史的记忆将被彻底遗忘。半个世纪以来，人们对记忆效应的理解局限于诸如Tool-Narayanaswamy-Moynihan（TNM）模型等唯象层面，对其物理起源仍不清楚。通过研究非晶合金在单步和两步退火中的弛豫规律，发现非晶合金中存在从β弛豫向α弛豫的等温转变现象，并进一步发现大激活熵是触发记忆效应的关键。这些结果对理解玻璃等非平衡态材料的物理本质和精准调控其性能具有重要意义。     

基于晶格缺陷的谷极化三维弹性声子晶体的拓扑界面传播特性

晶格缺陷(包括旋错和位错等)广泛存在于各种材料,并呈现出优异的物理和力学性能.在经典波动体系,晶格缺陷态首先应用于二维光学系统,实现了晶格缺陷激发的谷极化界面态和束缚态.本文设计了一种三维弹性声子晶体,其单胞在第一布里渊区的K-H方向线性简并.打破单胞的镜像对称性,该三维弹性声子晶体沿第一布里渊区K-H方向的简并线打开而形成完全带隙,激发出谷极化量子霍尔效应.将晶格缺陷态引入具有谷极化量子霍尔效应的三维弹性声子晶体,晶格畸变导致单胞谷极化拓扑相反转而形成界面,实现了弹性波在三维弹性声子晶体的稳健界面传播.基于晶格缺陷的谷极化三维弹性声子晶体拓扑界面态的实现,突破了传统经典波动系统拓扑波导设计的局限性,为三维复杂拓扑波导器件设计提供了良好的技术支撑.     

金属材料疲劳性能的数值模拟

金属广泛地用于生产生活中,所以金属的疲劳也渐渐被人们关注.采用有限元软件(Fatigue)对金属材料在不同轴向栽荷条件下进行疲劳性能模拟并进行了分析,分析表明,交变应力的应力幅值一定时,疲劳寿命随着平均应力的增大而减小,且拉应力更容易产生疲劳破坏;在交变载荷平均应力一定的情况下,随着应力幅值的增加,疲劳寿命逐渐减小.     

高温退火处理对TiAlSiN硬质薄膜的微观结构与硬度的影响分析

用弧离子增强反应磁控溅射方法, 在高速钢(W18Cr4V)基体上沉积出具有较高Al, Si含量的TiAlSiN多元硬质薄膜, 研究了不同温度退火后薄膜的微观结构和硬度变化. 结果表明: 由于沉积速率较高和沉积温度较低, 沉积态的TiAlSiN薄膜主要形成非晶结构; 高温退火后, TiAlSiN薄膜由非晶转变为纳米晶/非晶复合结构; 1000℃以下退火后产生的晶体为AlN及TiN; 1100℃以上退火后晶体为TiN, 其余为非晶结构; 1200℃时薄膜发生氧化, 生成Al2O3, 表明TiAlSiN薄膜具有相当高的抗氧化温度. TiAlSiN薄膜随退火温度升高晶粒尺寸逐渐增大, 高温退火后平均晶粒尺寸小于30 nm. 沉积态TiAlSiN薄膜具有较高的显微硬度(HV_{0.2 N}=3300), 但随退火温度的升高, 硬度逐渐降低, 800℃退火后硬度降低至接近TiN硬度值(HV_{0.2 N}=2300).     

纳米尺度下不同曲率半径针尖接触滑动过程的分子动力学模拟

针对不同磨损情况的原子力显微镜探针,运用三维分子动力学模拟方法研究不同曲率半径探针接触压入及滑动过程中单晶铜基体表面材料的变形及摩擦磨损机制.研究结果发现,在探针接触压入单晶铜基体时,接触作用力、位错及位错发射等缺陷随着接触深度或接触半径的增大而增加,位错发射方向为[101]和[101].探针在单晶铜基体表面滑动过程中,探针曲率半径增大,因材料塑性变形形成的沟槽、法向力及摩擦力也随之增大,而摩擦系数随之减小.堆垛层错沿着滑动方向扩展并随探针曲率半径增大而增多.此外,摩擦磨损过程中产生的隆起堆积原子数量随着探针曲率半径或滑动距离增大而增多.     

掺杂技术对阻变存储器电学性能的改进

本文总结和分析了掺杂技术对阻变存储器性能的改善.实验上,以Cu/ZrO2/Pt器件为基础,分别使用Ti离子、Cu,Cu纳米晶对器件进行掺杂.将掺杂过的器件与未掺杂的器件进行对比,发现掺杂的作用集中在四点:消除电形成过程、降低操作电压、提升电学参数的均一性和提高器件良率.除此之外,使用掺杂还可以提升器件高阻态的稳定性和保持特性.结果表明,掺杂技术是优化RRAM电学性能的有效方法.     

金属材料疲劳性能的数值模拟

金属广泛地用于生产生活中,所以金属的疲劳也渐渐被人们关注。采用有限元软件(Fatigue)对金属材料在不同轴向载荷条件下进行疲劳性能模拟并进行了分析,分析表明,交变应力的应力幅值一定时,疲劳寿命随着平均应力的增大而减小,且拉应力更容易产生疲劳破坏;在交变载荷平均应力一定的情况下,随着应力幅值的增加,疲劳寿命逐渐减小。     

封面说明

<正>与传统光源相比,GaN基发光二极管(Light-Emitting Diodes,LED)具有节能、高效、小体积、长寿命等显著优点,已被广泛应用于全彩色显示、固体照明、光存储和通讯等众多领域,具有很大的商机潜力,目前正朝着大功率和高性能的方向发展.然而,随着注入电流的升高,LED的内量子效率会逐渐下降,称为效率衰落效应,导致LED在大电流情况下性能显著降低,严重阻碍了大功率LED的发展与应用.然而目前效率衰落效应的物理机制仍存在争议,因此,挖掘效率衰     

矩形微槽道平板热管流动与传热特性可视化

以去离子水为实验工质,通过可视化研究方法,探索矩形微槽道平板热管内的流动传热机理.通过对多种工况下平板热管性能的对比,重点探讨了槽道结构和充液率对平板热管内相变现象与传热特性的影响.研究结果表明,不同槽道尺寸下,平板热管的热阻变化规律存在明显差异.低充液率下,随加热量增大, G-400热管热阻呈现先减小后增大的趋势.而在不同的充液率下, G-800热管热阻随加热量增大逐渐减小.在不同槽道尺寸和充液率下,蒸发端相变行为主要包括液膜蒸发和连续气泡生成两种方式.此外,冷凝传热不仅发生在气液界面处,还发生在槽道肋片顶面处,并形成稳定的周期现象.     

热带巨型叶植物芭蕉叶片内结构异质性

叶片是植物进行光合作用的主要场所,叶片面积是决定叶片光合作用的重要因子之一.以往对于叶片的解剖结构和生理功能的研究中,常常忽略同一叶片不同部位的结构及功能的差异,尤其是对于某些巨大叶片的结构和功能的异质性更是缺乏了解.为什么具有巨大叶片的植物在自然界十分稀少仍然是科学之谜.本研究选取了具有典型巨型叶片的单子叶植物芭蕉(Musa balbisiana Colla)作为实验材料,测定了叶片不同部位的结构和解剖特征.结果发现,沿主脉方向从叶片基部到叶片尖端,主脉导管直径、叶片厚度、保卫细胞长度呈剧烈下降趋势,比叶重在上部约1/2处呈下降趋势,而栅栏组织和海绵组织的比(P/S值)和气孔密度呈增长趋势,叶绿素含量、叶脉密度和气孔面积指数则无明显变化.沿平行脉从叶片中部到叶片两侧边缘,叶片厚度和比叶重呈现剧烈下降趋势,叶绿素含量、气孔密度和气孔面积指数在边缘约1/3范围内剧烈下降,栅栏组织和海绵组织的比和叶脉密度则呈现上升的趋势.从叶基到叶顶端主脉的导管直径急剧减少可能会影响叶片顶端的水分供应,而叶片两侧边缘气孔面积指数的明显减小、再加上大叶片水汽界面层厚会使边缘部位蒸腾散热功能受到抑制,从而抑制该部位的生理功能,这些因素可能导致芭蕉叶片面积不能继续增大.与叶片小一些的海芋大型叶相比,芭蕉叶内结构的异质性更加强烈.     

消除BaF2闪烁探头快信号幅度随时间衰减的方法

ＢａＦ2闪烁体具有良好的定时性能和高的探测效率,现已广泛地应用于正电子湮没寿命谱仪中[1].但这种探头存在快信号(波长220ｎｍ,光子能量5.52ｅＶ,荧光寿命100ｎｓ)输出幅度随时间缓慢衰减的缺点.一般在2～3ａ内幅度会减小1/4.这种情况在各实验室的正电子寿命谱仪中都发生.我们实验室曾遇到过一次在半年内幅度减小1/2的严重情况.这个问题通常的解决办法是,把探头在重新封装一次.快信号衰减原因至今未探讨过.ＢａＦ2闪烁探头结构如图1所示.重新封装是旋下保护罩盖,擦去硅油层,再涂上新的硅油后封好.经过对多次重新封装探头情况的分析发现,这…     

晶格匹配InAlN/GaN异质结Ti/Al/Ni/Au欧姆接触的温度依赖特性

在硅衬底晶格匹配In_(0.17)Al_(0.83)N/GaN异质结外延片上制备了Ti/Al/Ni/Au欧姆接触传输线模型测试结构,通过测试变温电流-电压特性研究方块电阻(R_(sh))和比接触电阻率(ρ_(sc))的温度依赖特性.结果表明:(1)沟道层的R_(sh)对温度呈指数依赖关系,幂指数约-2.61,主要由高温下半导体的晶格散射机制决定;(2)300~523 K的变温范围内,ρ_(sc)随温度上升呈先增大后减小的趋势;当温度低于350 K时,ρ_(sc)的温度依赖关系主要由TiN合金的类金属特性决定;而在更高的温度下,热场发射机制将逐渐占主导.基于以上2种模型的并联形式对实验数据进行了拟合,并分析了提取的重要物理参数.     

镓掺杂对0.7BiFeO3-0.3BaTiO3固溶体的结构和性能的影响

采用陶瓷工艺成功制备了0.7Bi(Ga_xFe_1-x)O3-0.3BaTiO₃二元系固溶体, 其中x = 0, 0.025, 0.05, 0.1, 除x = 0.1外, 所有陶瓷样品具有单一钙钛矿结构. 在掺镓量x小于0.05时, 有助于陶瓷烧结; 当掺镓量x大于0.05时, 晶粒变小, 材料的性能恶化, 并且相结构由三方相变为四方相. 随着掺镓量的增多, 电阻率逐渐增大, 所有陶瓷样品同时具有铁电性和铁磁性, 并且剩余极化强度先增大后减小, 剩余磁化强度逐渐增大, 磁矫顽力降低.     

应力下OsSi2电子结构和光学特性研究

采用基于第一性原理的密度泛函理论(Density Functional Theory)赝势法, 对各向同性形变下OsSi₂的电子结构、态密度和光学性质进行了理论计算. 计算结果表明, 当晶格常数从96%, 100%, 104%依次进行各向同性形变时, OsSi2的带隙逐渐减小. 当晶格参数被压缩到原来的96%时, OsSi₂的间接带隙值E_g=0.928 eV, 当晶格参数被拉伸到原来的104%时, OsSi₂的间接带隙值E_g=0.068 eV. 其光学特性曲线向低能方向漂移, 晶格拉伸使得OsSi₂的静态介电函数增大而压缩使其减小; 晶格压缩可以使其吸收响应增强, 进而提高光电转换效率.