光折变液晶系统的表面电荷调制模型

为了研究载流子的注入对液晶盒中电压的影响,构建了光折变液晶系统中表面电荷调制的载流子注入模型。在外加直流电场的作用下,液晶中的载流子向表面聚集,形成界面双电层。该双电层屏蔽了大部分的外加电场,使外加电压基本上都降落在界面双电层上。非均匀光照射时,在光亮区,来自于ITO电极的电荷将越过界面,产生载流子复合。而处于暗区的表面电荷密度基本保持不变,界面电荷层继续屏蔽外加电场,在液晶体内形成了与光强空间分布相对应的空间电荷场。基于以上模型,给出了界面附近的载流子和电场的动态演化过程,理论分析与已有的实验结果非常吻合。     

电致动聚合物致动器的动态响应研究

采用电场型电致动聚合物--介电弹性体(DE)制作了一种圆形致动器,在交流电压和直流脉动电压驱动下,分别研究了电压波形、幅值和频率的位移响应情况.实验结果表明,当幅值和频率相同、波形不同时,DE薄膜的驱动位移相差较大,在方波、正弦波和三角波电压下,其驱动位移依次减小.随着频率的增高,驱动位移的递减速度依次增大.当电压波形相同时,位移随电压幅值的增加而增大,随频率的增高而减小,均呈非线性关系,并且直流脉动电压比交流电压的驱动过程稳定.对比双向预拉伸2×2、3×3、4×4倍的DE致动器电致动实验结果可知,预拉伸4×4倍的DE致动器所需的驱动电场强度比预拉伸2×2倍和3×3倍的DE致动器所需的驱动电场强度高,从变形过程的稳定性、响应速度以及稳定变形条件下DE致动器所能承受的频率来看,预拉伸4×4倍的DE致动器优于预拉伸2×2倍和3×3倍的DE致动器.     

级联型氮化镓HEMT器件UIS可靠性机理

对级联型氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)在非钳位感性负载开关(US)应力下的可靠性机理进行研究.通过实验分析和软件仿真验证,揭示级联型氮化镓功率器件在单脉冲UIS应力下的耐受机理、失效机理以及在多脉冲UIS应力下的电参数退化机理.在常开型氮化镓晶体管从开态转换到关态的过程中,器件源漏两端的电压增大.通过自配置级联的方式,观察器件内部节点的电压情况,从而分析其失效过程.实验结果表明器件的失效位置出现在低压硅基器件上,利用仿真软件分析得出逆压电效应引起关态漏电的增大,最终导致器件失效.此外,结合测试结果与仿真分析,发现重复UIS应力会引起电子陷阱的产生与积累,从而导致相关电参数的退化.     

双胞胎结构介电湿润芯片的设计与实验

基于介电湿润效应的数字微流控技术在操作单个微液滴方面所表现出的独特优势使其已在生物、医学及化学等领域得到了广泛关注与应用.数字微流控芯片中较高的驱动电压不但容易使芯片的介电层被击穿,而且较强的电场会给液滴中的活性物质带来不可逆的损伤,因此,降低介电湿润芯片的驱动电压是很有必要的.通过理论分析得到由2块相同单极板共平面芯片构成的双胞胎结构芯片不但能获得较大的介电驱动力,而且临界驱动电压更低.实验结果表明采用双胞胎结构设计的芯片不仅能提高液滴的平均运动速度,而且可以有效地降低驱动电压,特别是在较低驱动电压时可获得更优的液滴驱动效果.     

路面层状结构低频介电增强特性

为减小因介电增强特性带来的路面检测误差,借助模拟路面层状结构的"双电层"模型,对路面层状结构的介电增强特性进行分析。通过Debye模型推导双电层模型介电常数计算公式,采用有限差分算法对模拟路面层状结构的双电层模型建模仿真;根据仿真结果,讨论了路面层状结构中电性参数对介电增强的影响,并基于电容器原理,设计了一款平行板电容器,在低频段对不同膜层的双电层模型进行测量。研究结果表明:双电层模拟的路面层状结构在低频段存在介电增强,其主要受界面层的电导率、厚度等参数影响;面层和基层材料的电性参数只影响路面层状结构的弛豫频率和时间,不影响介电增强;采用增大界面层电导率,限定界面层厚度的方法能减小路面检测中因界面层中各参数差异产生的介电增强,提高测量精度。     

介电弹性体驱动器动态电压下的变形特征及击穿行为研究

针对介电弹性体(DE)驱动器驱动性能难以预测的问题,以VHB4910薄膜为待测DE材料,圆形DE驱动器作为研究对象,针对低频条件下(0.1～10Hz)DE驱动器的动态变形与击穿行为展开了实验研究。搭建了力电耦合实验测试平台,通过实验归纳了驱动电压参数对DE驱动器动态变形和击穿的影响规律。实验结果表明:DE驱动器的动态变形平衡位置受到电压幅值的影响,动态变形的振幅则受到电压频率和幅值的共同制约。动态击穿电压的数值分散性强,难以得到明显的规律特征,因此不能准确对动态击穿行为进行表征,而通过实验发现DE驱动器能承受的电压循环周期数会受到多种驱动电压参数的显著影响,故提出采用电压循环周期数对动态击穿行为进行分析。借鉴机械循环载荷下的经典疲劳曲线方程,提出利用名义静电应力幅值代替机械应力幅值、对DE驱动器在动态电压下的电致疲劳寿命曲线进行拟合的方法,以期为动态电压作用下DE驱动器的寿命预测提供一种新思路。     

基于扭转RF MEMS开关的设计

为了降低RFMEMS开关的驱动电压，根据扭转力学和应变力学理论，提出了基于扭转RFMEMS的开关模型，建立了相关数学公式，给出了加工工艺流程，并仿真得到了不同条件下RFMEMS开关的电机械性能．工艺仿真结果表明：完全可以利用已有生产流程制造基于扭转的RFMEMS开关．性能仿真结果表明：在同等条件下，采用扭转机制，RFMEMS开关的制动电压将降低30％。     

电荷沉积对大气压介质阻挡放电特性的影响

采用CCD影像法对大气压介质阻挡放电电荷沉积效应进行了实验研究.结果表明,沉积电荷是由微流光放电产生的,由沉积电荷构成的界面域等离子体会受激励电压、激励频率、DBD结构等因素影响;沉积在电介质表面的电荷主要是能量较高的电子,它们显著地影响着等离子体化学过程;窄间隙、薄电介质层结构、高频激励以及优良的电介质材料可以有效地增强界面域效应,进而提高了DBD反应器的性能.     

利用ECT信息改进EST图像重建

提出了基于电容层析成像(ECT)与静电层析成像(EST)的双模态传感器技术.该技术应用电容层析成像重建得到的介质分布结果作为先验信息,提高了静电层析成像的图像重建精度.针对静电荷对ECT测量值的干扰进行了探讨.理论分析表明,ECT采用交流法检测电容,在高频交流激励、带通滤波方式下,微小电容检测系统可以消除颗粒感生电荷噪声的低频干扰.针对电荷灵敏场受介质分布的影响进行了研究,数值仿真计算表明,采用ECT提供的介质分布信息可修正实际流型下的电荷灵敏度,降低EST电荷分布反演的不确定度.由于EST的相对图像误差、相对电荷余量等图像重建指标均有所减小,所以图像相关性更好.     

脉冲电压下介质膜的击寿命

该文测量了电应力作用下栅介质膜中陷阱电荷积累、以及在撤除应力后陷阱电荷减少的规律,在此基础上提出了解释脉冲应力下栅介质膜击穿寿命的模型。并对样品的直流电压与脉冲电压下的击筹命进行测量比较,发现随着脉冲频率的增加,栅介质膜击寿命增加,实验结果与模型预期的相符。     

电子注入与自束缚电子机制

本文通过介绍外加电场改变Pr_(0.7)Ca_(0.3)MnO_3/Nb-SrTiO_3结器件偏压势垒及电致改变器件超导与铁磁性能的实验来说明,电致触发引起改变器件材料本征性质的原因是材料中载流子发生了变化.以此引入并探讨电子注入以及形成自束缚电子驱动机制.因为零电压下被改变的材料本征性质仍然得以保留,则被注入的电子应该仍然停留在器件材料内部.从能带论的角度出发,停留在器件材料内部的被注入电子应该会改变材料的离子价态与能带并对于材料的本征性能电阻、超导和铁磁性质产生影响.发表的光电子能谱实验结果说明,氧化物器件电致电阻开关前后材料离子价态确实出现了变化.实验数据还展示,电触发状态的器件电阻值依赖于电触发的电压、电流或脉冲时间,这应该是展示触发引起的电阻值与注入电子数量相关.发表的电致电阻开关变换实验数据进一步说明电子注入以及形成自束缚电子驱动机制的合理性.仔细测量的实验数据中可以观察到自建偏压势垒的出现,这对于充分理解电致激发形成了亚稳态自束缚电子是关键的.通过对实验数据的系统整体思考和分析,确实构建了认识电致电阻开关变换驱动机制的合理框架.而该通过电子注入改变材料本征性质的新方法则打开了物理和材料学应用及研究的新领域.     

Teflon AF1600作为电润湿显示器件疏水绝缘层的可靠性研究

以800 nm厚的Teflon AF1600作为疏水绝缘层,对其电润湿分段显示器进行了初步的可靠性研究.测试样品被长时间施加正电压脉冲,观察到2种现象:(1)显微镜下像素中有黑色圈状;(2)关闭电压后,油墨不能完全铺展于像素内.结果表明,显示器在长时间工作过程中性能(反射率、对比度)发生衰减.部分绝缘层区域在回流过程中引入杂质,长期加电后介电层被击穿,造成黑色坏点的产生并扩大.实验过程中电荷进入介质层中屏蔽外界电场导致显示性能的衰减.对不同驱动波形对显示器可靠性能的影响进行了初步的探究.     

混合介质低频介电增强效应的等效电容模型

针对油气开采时岩石等混合介质在低频段出现的介电增强现象影响测井数据准确性的问题,提出一种混合介质低频介电增强效应的等效电容(CMEC)模型。首先根据储油层岩石电参数特性建立层状含膜介质模型,并将其等效为集总电路形式进行介电谱分析;同时给出3层含膜介质的电势分布,由此分析膜层电导率及膜层厚度对介电增强特性的影响。分析结果表明:等效介电常数在低频段的增强是电容模型有效厚度在低频段减小引起的,而其增强幅度和薄膜参数之间存在着定量关系;由于CMEC模型计算含膜介质介电谱时引入的模型参数相对较少,运算量约为有限差分算法等数值模拟方法的10%。该模型可为油田地质结构的低频介电测量提供准确依据。     

空间电荷与电树枝的引发

本文在宏观实验结果的基础上,提出了在有机玻璃介质中无气隙非均匀电场下电树枝引发模型。在恒定电压作用下,电树枝引发是由于介质局部电场强度大于介质固有击穿场强的结果。在交变或脉动电压作用下,介质往往在较低电压下产生电树枝,且存在潜伏期;这是由于多次积累的空间电荷起着重要作用的结果。本文借助电子注入产生树枝实验结果,分析了空间电荷在不同条件下对电树枝引发所起的具体作用。根据这一模型可以很好地解释电树枝引发实验规律。     

脉冲电压下介质膜的击穿寿命

该文测量了电应力作用下栅介质膜中陷阱电荷积累、以及在撤除应力后陷阱电荷减少的规律，在此基础上提出了解释脉冲应力下栅介质膜击穿寿命的模型。并对样品在直流电压与脉冲电压下的击穿寿命进行测量比较，发现随着脉冲频率的增加，栅介质膜击穿寿命增加，实验结果与模型预期的相符     

pMOSFET的NBTI退化机理及内在影响因素

研究了P型MOSFET的NBTI效应退化机理,以及栅氧化层电场和沟道载流子浓度对NBTI效应的影响.首先,通过电荷泵实验对NBTI应力带来的p M OSFET的界面损伤进行了测试,并利用TCAD仿真软件对测试结果进行分析,结果表明该器件的NBTI退化主要由其沟道区的界面态产生引起,而电荷注入的影响相对可以忽略.然后,通过施加衬底偏置电压的方法实现了增加器件栅氧化层电场但保持沟道载流子浓度不变的效果,进而研究了栅氧化层电场和沟道载流子浓度2个内在因素分别对NBTI退化的影响.最后,通过对比不同栅极电压和不同衬底偏置电压条件下器件的2个内在影响因素变化与NBTI退化的关系,证明了p MOSFET的NBTI效应主要由器件的栅氧化层电场决定,沟道载流子浓度对器件NBTI效应的影响可以忽略.     

电极表面涂敷对电荷注入的影响

在强电场的作用下，绝缘介质中的载流子除杂质离子外一般是徕自电极注入，文中采用电极表面涂敷改性ＳＰ硅漆，形成“金属电极－涂敷层－涂体介质”复合界面，有效地降低了电极注入强度，由地电极注入与其极板极性有着密切关系，还讨论了涂敷不同极性的电极极板对电荷注入的影响。     

改进型宽束冷阴极离子源配套电源研制

离子束辅助镀膜沉积过程中,绝缘薄膜上的电荷积累效应严重影响了薄膜质量,通过对宽束冷阴极离子源的改进,引出极采用交变电压分时引出电子和离子,以消除薄膜表面的电荷积累现象。引出极电源由两个直流电源模块、4只IGBT组成的全桥逆变模块和主控制器组成,通过电压幅值可调的直流模块向全桥逆变模块提供电压,调整全桥逆变模块触发脉冲的宽度,即可生成电压幅值和占空比可调的交变方波电压,实验验证在离子源引出极加交变方波电压可使离子和电子在薄膜表面达到很好的中和效果。     

五电极等离子体显示板触发放电的研究

采用流体模型研究了一种五电极交流等离子体显示板(AC PDP)的单点触发放电过程及其真空紫外线(VUV)的辐射特性.数值模拟结果表明,在放电期间恰当地调整电极上的驱动电位,可以改变介质层表面电荷积累,获得较高的壁电压.通过数值模拟还获得了五电极AC PDP维持放电期间的VUV辐射效率,其中173 nm的VUV辐射占总真空紫外辐射效率的27%,有利于提高AC PDP的发光效率.     

磁控溅射生长AlN钝化层的研究

测得AlN和Si3N4介质钝化后的AlGaN/GaN异质结的高频C-V（电容-电压）曲线,由此计算钝化层与AlGaN势垒层界面电荷面密度,发现AlN钝化层与势垒层界面的电荷面密度较Si3N4更大,同时AlN钝化层薄膜含有的可移动离子数目更多.根据I-V（电流-电压）曲线讨论了用磁控溅射技术生长的AlN钝化薄膜质量,发现AlN薄膜绝缘性不够好,可能是在室温磁控溅射生长过程中从靶材溅射出的Al原子未能与N2充分反应,导致沉积的AlN薄膜不够致密,含有的电子隧穿通道多.因此可改善反应条件以提高AlN薄膜质量.