AlGaN势垒层应变弛豫度对高Al含量AlxGa1-xN/GaN HEMT性能的影响

采用数值算法自洽求解Poisson和Schrödinger方程, 计算了AlGaN势垒层的应变弛豫度对高Al含量AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）中的导带结构、电子浓度以及二维电子气(2DEG)薄层电荷密度的影响. 利用所获得的精确薄层电荷密度与栅电压的关系, 采用非线性电荷控制模型解析求解了应变弛豫度对Al_xGa_1-xN/GaN HEMT直流输出特性的影响. 计算表明, 应变弛豫度为0时所获得的Al_0.50Ga_0.500N/GaN HEMT的最大二维电子气薄层电荷密度为2.42×10¹³ cm^-2, 最大漏电流为2482.8 mA/mm; 应变弛豫度为1时所获得的最大二维电子气薄层电荷密度为1.49×10¹³ cm^-2, 最大漏电流为1149.7 mA/mm. 模拟结果同已有的测试数据相比, 符合较好. 对模拟结果的分析表明, 对高Al含量的AlGaN/GaN HEMT进行理论研究时需要考虑应变弛豫度的影响, 减小AlGaN势垒层的应变弛豫度可显著提高器件的性能.     

聚合物胶体晶模板技术制备三维有序铟锡氧化物大孔材料

以单分散性聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球自组装形成的有序胶体晶体结构为模板, 制备了铟锡氧化物(ITO)有序大孔材料. 以扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)以及低温N2吸附/脱附等方法对ITO大孔材料的形态及其比表面积进行了表征. 结果表明, 烧结温度在500℃时, 能够得到较为完善的三维ITO大孔材料, 空间排布高度有序, 其有序结构与模板中PMMA微球自组装方式完全相同. 孔径大小均匀(~450 nm), 较之PMMA微球有所收缩, BET比表面积为389 m² · g^-1, 孔容为0.36 cm³ · g^-1. 此外, 发现Sn掺杂率物质的量比为5%时, 在真空中退火, ITO大孔材料的导电性能最好, 电阻率为8.2×10^-3 W · cm, 初步讨论了ITO大孔材料的导电机制, 认为氧缺位是获得较好电性能的主要原因.     

Sol-gel法制备Bi3.4Ce0.6Ti3O12铁电薄膜及其性能

采用Sol-gel法在Pt/Ti/SiO₂/Si衬底上制备Bi_3.4Ce_0.6Ti₃O₁₂薄膜. 利用X射线衍射仪和原子力显微镜对其微观结构进行了观察, 发现制备的薄膜具有单一的钙钛矿晶格结构, 而且表面平整致密. 对Bi_3.4Ce_0.6Ti₃O₁₂薄膜的介电、铁电、疲劳和漏电流等性能进行了研究, 结果表明: 室温下, 在测试频率1 kHz时, 其介电常数为172, 介电损耗为0.031; 在测试电压为600 kV·cm^-1, 其剩余极化值2Pr达到了67.1 μC·cm^-2, 具有较大的剩余极化值, 矫顽场强2Ec也达到了299.7 kV·cm^-1; 经过4.46×10⁹次极化反转后, 没有发生疲劳现象, 表现出良好的抗疲劳特性; 漏电流测试显示制备的Bi_3.4Ce_0.6Ti₃O₁₂薄膜具有良好的绝缘性能.     

SOI材料中Cu杂质的纳米孔吸杂研究

采用纳米孔吸杂方法对新型硅基材料SOI(silicon-on-insulator)中的Cu杂质进行了吸除研究. 室温下, 将3.5 ´ 10¹⁶ cm^-2的H⁺或9 ´ 10¹⁶ cm^-2的He⁺注入到SOI氧化埋层下面的硅衬底内, 700^oC退火形成纳米孔, 研究纳米孔对SOI顶层硅中不同剂量Cu杂质(5 ´ 10¹³, 5 ´ 10¹⁴, 5 ´ 10¹⁵ cm^-2)的吸除. 剖面透射电子显微镜(XTEM)与二次离子质谱(SIMS)分析表明, 700^oC以上, Cu杂质可以穿过SIMOX和Smart-Cut材料不同的氧化埋层到达硅衬底, 并被纳米孔吸附. SIMOX氧化埋层界面的本征缺陷对Cu杂质具有一定的吸附作用, 但吸杂效果远远低于纳米孔吸杂, 且高温下会将杂质释放出来. Smart-Cut SOI的氧化埋层界面完整, 不具备吸杂作用. 1000℃退火后, 纳米孔可吸附高达3.5 ´ 10¹⁵ cm^-2 以上的Cu杂质, 纳米孔吸杂效率随Cu注入剂量的降低而升高. 当顶层硅中Cu剂量低于5 ´ 10¹⁴ cm^-2 时, 纳米孔吸杂效率达到90％以上, 并将顶层硅中Cu杂质浓度降低到原来的4％以下. 纳米孔吸杂是一条解决SOI杂质去除难题的有效途径.     

降温过程中组织工程用真皮成纤维细胞膜水分渗透特性的实验研究

在优化组织工程化真皮的低温保存程序时, 有必要了解体外培养的真皮成纤维细胞的低温保存特性, 如细胞膜的水分渗透系数和相应的表观活化能等. 以组织工程用真皮成纤维细胞为实验材料, 通过添加少量冰核细菌诱导形成胞外冰, 应用DSC对在降温速率为5℃·min^-1的条件下细胞悬液样品在相变过程中释放的热流量进行了测量. 对所测得的热流曲线计算得出了降温过程中成纤维细胞体积随温度的变化趋势, 并以Karlsson提出的细胞水分渗透模型为理论基础, 对获得的细胞体积变化数据进行了非线性回归的最小二乘优化, 得出了细胞膜的水分渗透率: 参照温度下(0℃)细胞膜对水分的渗透系数L_pg = 5.87×10⁴ μm·min^-1·Pa^-1, 表观活化能E_LP = 308.8 kJ·mol^-1. 将上述参数代入水分渗透模 型, 对在不同的降温速率下(0.01~50℃·min^-1), 冻存过程中成纤维细胞的水分渗透情况进行了模拟, 预测水分渗透过程结束后细胞内未渗透水的数量及保存成纤维细胞时应采取的最佳降温速率.     

+热压烧结Ti3AlC2材料在空气中的恒温氧化行为

研究了热压烧结的Ti₃AlC₂ (含有2.8%(质量分数)的TiC)在900~1300℃空气中的恒温氧化行为. 结果表明, 该材料具有良好的抗高温氧化性能, 其氧化行为遵循抛物线规律. 随着温度升高, 氧化抛物线速率常数k_p从900℃的1.39×10^-10增大到1300℃的5.56 × 10^-9 kg²·m^-4·s^-1, 计算得到的氧化活化能为136.45 kJ/mol. 在900~1100℃时, 氧化产物为α-Al₂O₃和TiO₂; 当温度达到1200℃时, TiO₂开始部分地转变为Al2TiO5; 氧化温度升高到1300℃, Ti在氧化层中完全以Al₂TiO₅的形式存在. 氧化过程由Al³⁺和Ti⁴⁺的向外扩散和O^2-的向内扩散控制. Al³⁺和Ti⁴⁺的快速向外扩散在基体与氧化层界面处导致大量的缺陷的形成.     

Au/PZT/BIT/p-Si结构铁电存储-二极管的可靠性

采用脉冲激光沉积（PLD）工艺制备了Au/PZT/BIT/p-Si结构铁电存储二极管. 对该二极管的I-V特性、电容保持特性、疲劳(fatigue)特性和印迹（imprint）特性进行了研究. 结果表明:该铁电二极管的I-V特性表现出明显的单向导电性,表现出类似于Schottky二极管的特性,电流密度在+4 V电压下为6.7×10-8 A/cm²,而在-4 V电压下仅-5.3×10^-10 A/cm²,50℃以下该特性得以良好保持;撤除所施加的5 V偏压后,经10 h观察,电容仅变化5％,二极管具有较好的电容保持特性;在100 kHz, 5 V双极方波加速疲劳下,10⁷次开关极化以后铁电薄膜系统几乎没有显示任何疲劳,经10⁹次极化循环,剩余极化Pr仅下降10％,矫顽电场Ec增加12％;200 W紫外灯光辐照20 min后,尽管剩余极化和矫顽电场均有所变化,并产生了电压漂移(voltage shift),但印迹优值因子FOM约0.2,二极管未出现印迹失效.     

钴离子注入硅化钴的形成和微波功率管制备的特性

用大束流密度的钴金属离子注入硅能够直接合成性能良好的薄层硅化物. 束流密度为0.25~1.25 A/m², 注入量为5 × 10¹⁷ cm^-2. 用透射电子显微镜(TEM)和电子衍射(XRD)分析了注入层结构. 结果表明随束流密度的增加, 硅化钴相生长, 薄层硅化物的方块电阻R_S明显下降. 当束流密度为0.75 A/m²时, R_S明显地下降, 说明连续的硅化物已经形成. 当束流密度为1.25 A/m²时, 该值达到最小值3.1 W. XRD分析表明, 注入层中形成了3种硅化钴Co₂Si, CoSi和CoSi₂. 经过退火后, R_S进一步地下降, RS最小可降至2.3 W, 说明硅化钴薄层质量得到了进一步的改善. 大束流密度注入和退火后, 硅化钴相进一步生长, Co₂Si相消失. TEM对注入样品横截面观察表明, 连续硅化物层厚度为90~133 nm. 最优的钴注入量和束流密度分别为5 × 10¹⁷ cm^-2和0.50 mA/cm². 最佳退火温度和退火时间分别为900℃和10 s. 高温退火(1200℃)仍然具有很低的薄层电阻, 这充分说明硅化钴具有很好的热稳定性. 用离子注入Co所形成的硅化钴制备了微波功率器件Ohm接触电极, 当工作频率为590~610 MHz, 输出功率为18~20 W时, 同常规工艺相比, 发射极接触电阻下降到0.13~0.2倍, 结果器件的噪声明显地下降, 器件质量有了明显的提高.     

太阳宁静条件下“资源一号”卫星星内粒子探测器数据分析

在目前有关地球辐射带的背景知识和基本理论基础上, 对“资源一号”卫星星内粒子探测器对高能粒子的探测结果进行了分析. 证明探测结果基本反映了辐射带在近地空间的结构分布. 3年多的连续观测资料的统计分析表明, 在太阳及行星际条件相对平静的情况下, 在800 km高度的太阳同步轨道上, 高能粒子主要集中在3个区域: 南纬40°~80°之间的南极光带, 北纬40°~80°之间的北极光带和范围从东经20°至西经100°, 北纬10°到南纬60°的南大西洋地磁异常区, 这是就全球的地理纬度而言, 每个经度上高能粒子分布的纬度跨度并没有这么宽, 基本上沿地磁纬度60°分布. 在不同区域出现高能粒子的种类, 计数率的分布有所不同. 在南大西洋异常区可同时观测到高能电子和质子, 它们应当来源于内辐射带; 在两极极光带通常宁静条件下只观测到高能电子, 且其分布特征上具有南北两极记数率的不对称性和经度不对称性. 根据辐射带基本理论, 计算了同一个漂移壳上带电粒子在南北半球磁镜点的反射高度并且据此解释了高能粒子计数率南北两极不对称性和经度不对称性.     

Au／PZT／BIT/p-Si结构铁电存储二极管存储特性

采用脉冲激光沉积方法(PLD)制备了Au/PZT／BIT／p-Si结构铁电存储二极管.对其铁电性能和存储特性进行了实验研究.铁电性能测试显示较饱和的、不对称的电滞回线,其剩余极化和矫顽场分别约为15 μC／cm^２和48 kV／cm; 10^９次开关极化后剩余极化和矫顽场分别仅下降10%和增加12%;观察到源于铁电极化的CV和IＶ特性回线;电流密度+4 V电压下为6.7×10^-8 A／cm²; 在+2 V的读电压下,读“1”和读“0”电流有0.05 μA的明显差别;保持时间达30 min以上.     

电子束辐照下钛酸锶钡薄膜的电子能量损失谱研究

实验发现在较高电流密度的电子束照射下(电流密度约为2 nA/cm²), BST薄膜有辐照损伤现象发生. 原位实时记录的Ti和O的电子能量损失电离边峰强度比和相对位移的变化表明: 损伤过程主要表现为薄膜失氧及其导致的正离子化学价态的变化. 具高空间分辨的电子能量损失谱研究证明: 相对于具有完整晶体结构的柱状晶晶粒内部, 有着特殊结构和化学环境的柱状晶晶粒边界是失氧的主要途径.     

非晶金刚石纳米棒阵列制备及其场发射性能

采用磁过滤等离子体结合氧化铝模板技术制备了具有优异场发射性能的非晶金刚石纳米棒阵列膜. 显微分析表明, 阵列棒分布均匀, 棒密度达10⁹ cm^–2. 场发射性能测试表明, 其最低阈值电场为0.16 V/μm, 在2 V/μm较低电场值下可获得最大电流密度180 mA/cm², 并且发射电流在长时间内非常稳定. 利用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(IR)和场发射测试装置等手段对样品的形貌、内部结构以及场发射性能进行表征. 初步探讨了非晶金刚石纳米棒阵列场发射机理.     

OH-根对掺铒碲酸盐玻璃光谱性质的影响

制备了5种浓度下系列不同OH^−根含量的掺铒碲酸盐玻璃样品, 测试了样品的红外吸收光谱, 分析了在不同通氧除水时间下玻璃的红外吸收系数变化情况. 测试了样品的吸收光谱, 利用Judd-Ofelt理论计算了不同铒掺杂浓度和OH^−根含量样品的光谱参量Ω _i (i = 2, 4, 6). 根据McCumber理论计算了铒离子在1532 nm处的吸收截面和Er³⁺:⁴I_13/2®⁴I _15/2跃迁峰值发射截面. 测试了样品中 Er³⁺: ⁴I_13/2®⁴I_15/2跃迁对应的荧光光谱和⁴I_13/2能级荧光寿命, 讨论了OH^−根对不同铒掺杂浓度下碲酸盐玻璃光谱性质的影响. 研究结果表明, OH^−根仅对荧光寿命和荧光峰值强度存在影响, 在Er₂O₃浓度小于1.0 mol%时, OH^−根是发生荧光猝灭的主要影响因素, 而高于这一浓度后Er³⁺离子本身的能量转移对荧光猝灭起主要作用. 而OH^−根对其他光谱性质(荧光半高宽、吸收光谱、受激发射截面等)基本没有影响.     

电磁分离铝熔体中非金属夹杂的磁流体动力学研究

采用量纲分析和数值计算相结合的方法研究了电磁场作用下铝熔体中非金属夹杂附近的磁流体动力学流动以及夹杂的受力. 量纲分析表明, 不变量A = JBρ_fd³_p/μ²_f 是表征夹杂受力大小以及熔体扰动强度的特征量. A的物理意义是反映了电磁力作用的修正的颗粒Reynolds数. 电磁场作用下夹杂附近熔体扰动出现失稳的判据为A > 2×10³. 计算结果表明, 在A≤1´10⁶的范围内, 忽略惯性项的影响对夹杂受力的影响不大; 而当A > 2×10³     

镍金属中氢掺杂的电子结构

利用第一性原理数值方法,研究了掺H, H⁺和H^-面心立方Ni的电子结构. 在所用的两个团簇模型中,H作为间隙原子（或离子）分别占据八面体和四面体中心. 计算表明,前者被优先占据. H, H⁺和H-仅与第一近邻Ni原子形成化学键,键间由于电子转移彼此差别较小.团簇掺H⁺时不足的电子和掺H-时多出的电子基本上由较远的Ni原子提供和吸收. 掺杂大大减弱了其第一近邻原子间的相互作用,却只稍稍改变第一近邻、第二近邻间的相互作用. 这是H掺杂局域作用的表现,与氢脆密切相关.     

Sol-gel法制备Bi3.25La0.75Ti3O12铁电薄膜

采用Sol-gel法在Pt/Ti/SiO₂/Si衬底上制备了Bi_3.25La_0.75Ti₃O₁₂ (BLT)薄膜. 制备的BLT薄膜具有单一的钙钛矿晶格结构, 而且表面平整致密. 对700℃退火处理的BLT薄膜进行了铁电性能、疲劳特性和漏电流测试: 在测试电压为10 V时, 剩余极化值2Pr大约是18.6 μC/cm², 矫顽电压2Vc大约为4.1 V; 经过1×10^{10次极化反转后, 剩余极化值下降了大约10%; 漏电流测试显示制备的BLT薄膜具有良好的绝缘性能. 室温下, 在测试频率1 kHz时, 薄膜的介电常数为176, 介电损耗为0.046.}     

硅离子注入聚合物表面改性的研究

采用MEVVA离子注入机引出的Si离子对聚酯薄膜(PET)进行了改性研究, 原子力显微镜观察表明, 注入后的聚酯膜表面比未注入PET更光滑. 用透射电子显微镜观察了注入聚酯膜的横截面表明, 注入层结构发生了明显的变化. 红外吸收测量揭示了Si-C和C-C的形成. 说明了碳化硅和碳颗粒的形成. 这些颗粒增强了注入层表面强化效果, 改善了表面导电特性. 表面电阻率随注入量的增加而明显地下降. 当硅注入量为2×10¹⁷ cm^-2时, PET表面电阻率小于7.9 W·m. 用纳米硬度计测量显示, Si离子注入可明显地提高聚酯膜表面硬度和杨氏模量. 表面硬度和杨氏模量分别比未注入PET时大12.5和2.45倍. 硅注入表面划痕截面比未注入PET的划痕窄而浅. 说明表面抗磨损特性得到了极大的增强. 最后讨论了Si离子注入聚酯膜改善特性的机理.     

金属微滴快速凝固的过冷度研究

建立了金属微滴快速凝固过冷度的数学模型, 分析了金属微滴快速凝固过冷度的影响因素, 并定义参数ζ = σ,_SL³/(T_LΔH²)为微滴凝固过冷度变化的影响因子. 研究结果表明, 金属微滴快速凝固的过冷度大小随着凝固条件不同而变 化, 并主要是由于影响因子随条件不同发生改变所致, 影响因子越大, 可获得的相对过冷度也就越大. 快速凝固微滴的固液界面能、结晶潜热等参数会随微滴凝固条件的变化而发生改变.     

LaNiO3底电极上Bi4Zr0.5Ti2.5O12薄膜的制备及性能

利用Sol-gel法在p-Si(111)衬底上制备了LaNiO₃底电极, 再利用Sol-gel法在LaNiO₃底电极上制备出Bi₄Zr_0.5Ti_2.5O₁₂(BZT)铁电薄膜, 对其微观结构和电学性能进行了研究. 利用X射线衍射仪、原子力显微镜和扫描电镜观测其微观结构, 发现制备的BZT薄膜具有单一的钙钛矿晶格结构, 并且薄膜表面晶粒尺寸均匀, 结晶情况良好. 对Pt/BZT/LaNiO₃电容结构进行了铁电性能研究, 在测试电压为25 V时, 2Pr和2Vc分别达到28.2 μC/cm²和14.7 V; 经过1×10¹⁰次极化反转后, 剩余极化值下降了大约13%; 室温下, 在测试频率1 kHz时, 薄膜的介电常数为204, 介电损耗为0.029; 漏电流测试显示制备的BZT薄膜具有良好的绝缘性能; C-V曲线为顺时针方向回滞, 存储窗口大约为3.0 V, C-V特性测试显示这种Pt/BZT/LaNiO₃结构有望实现极化型存储.     

多壁碳纳米管-氧化铝复合材料的制备及其力学、电学性能研究

研究了热压制备的多壁碳纳米管-氧化铝复合材料的力学、电学性能及与显微结构的关系. 通过添加4%(质量分数)的MWNTs(多壁碳纳米管), 所得材料的断裂韧性KIC达到5.55 MPa·m^1/2, 是相同条件下所得纯氧化铝断裂韧性的1.8倍. 通过SEM观察发现, 其增韧机制主要是碳纳米管对氧化铝晶界的钉扎机制, 碳纳米管的拔出机制也有一定的作用. 添加2%(质量分数)MWNTs, 并采用不同的分散混合方式, 在相同烧结成型条件下所得复合材料的KIC为3.97 MPa·m^1/2, 和纯氧化铝相比有所提高; 而其电阻率达到8.4×10^-3 W·m, 和纯氧化铝相比, 降低了14个数量级. 研究发现, 碳纳米管在复合材料中的增韧和提高导电性能方面的差异和复合材料的显微结构有很大的关系, 而显微结构的差异又和制备工艺之间有直接的联系.