超薄Al_2O_3绝缘栅AlGaN/GaN MOS-HEMT器件研究

采用原子层淀积(ALD),实现超薄(3.5nm)Al2O3为栅介质的高性能AlGaN/GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管(MOS-HEMT).新型AlGaN/GaN MOS-HEMT器件栅长0.8μm,栅宽60μm,栅压为+3.0V时最大饱和输出电流达到800mA/mm,最大跨导达到150ms/mm,与同样尺寸的AlGaN/GaNHEMT器件相比,栅泄漏电流比MES结构的HEMT降低两个数量级,开启电压保持在?5.0V.C-V测量表明Al2O3能够与AlGaN形成高质量的Al2O3/AlGaN界面.     

增强型AIGaN／GaN槽栅HEMT研制与特性分析

成功研制出蓝宝石衬底的槽栅增强型A1GaN／GaN HEMT．栅长1μm,源漏间距4μm,槽深10nm的器件在1．5V栅压下饱和电流达到233mA/mm,最大跨导210mS／mm,阈值电压为0．12V,器件在500℃N2气氛中5min退火后阈值电压提高到0．53V．深入研究发现,当器件槽深15nm时,相比槽深10nm器件饱和电流和跨导有所减小,但阈值电压从0．12V提高到0．47V．利用不同刻蚀深度A1GaN／GaN异质结的C-V特性,深入研究了阈值电压、栅控能力与刻蚀深度的关系．     

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.     

变Al组分AlGaN/GaN结构中的二维电子气迁移率

AlGaN/GaN结构中Al组分对2DEG迁移率有显著的影响,但对这种现象的机理分析非常欠缺,尚不清楚.结合最近研究的实验数据,采用多种散射机制联合作用的解析模型对变Al组分AlGaN/GaN结构中的二维电子气迁移率做了理论计算和分析,所考虑的散射机制包括声学形变势散射、声学波压电散射、极性光学声子散射、合金无序散射、界面粗糙散射、位错散射、调制掺杂远程散射等.发现势垒层Al组分增加引起的2DEG密度增大是造成各种散射作用发生变化的主要因素.77K下2DEG迁移率随Al组分的变化主要是由界面粗糙散射和合金无序散射决定,室温下这种变化则主要由极性光学声子散射和界面粗糙散射决定.计算的界面粗糙度参数与势垒层Al组分的函数关系说明,Al组分增大所造成的应力引起AlGaN/GaN界面粗糙度增大,是界面粗糙散射限制高Al异质结2DEG迁移率的一个重要因素.     

Al_2O_3/TiAl基复合材料在空气中的高温氧化行为

研究了热压烧结的Al2O3/TiAl基复合材料在900℃静止空气中的断续氧化行为.结果表明,随着Nb2O5掺量的增加,氧化增重减小,氧化抗力明显改善,其初始氧化动力学符合线性规律,断续氧化动力学服从抛物线规律.Nb2O5掺量大的材料,因氧化产物中含有TiAl和Ti2AlN相,显示其良好的抗高温氧化性.在900℃温度断续氧化120h后,氧化膜主要由TiO2外表层、Al2O3次表层以及TiO2和Al2O3的混合内层构成,由外向内为富Al向富Ti的氧化物混合层过渡.靠近基体TiO2和Al2O3混合内层为多孔疏松状结构,孔洞是由于形成Ti的氧化物后生成的.整个氧化层厚约20μm.氧化膜表面均未形成均一的Al2O3保护膜,但形成的内层Al2O3膜与外层TiO2膜粘附性高,没有发生氧化膜脱落现象.原位自生的Al2O3微细颗粒,高温下促使其本身成核与生长,使得热力学形成其膜所需的最低Al含量降低;同时,增加了Ti离子由M/MO界面向O/MO界面扩散的势垒,从而降低了TiO2的生成率,提高了抗氧化性能;另外,形成从外向内由富Al向富Ti氧化物混合层过渡的复层结构,降低了O2?的内扩散,改善了复合材料的抗氧化性能.     

基于自热修正的SOI NMOSFETs热载流子注入效应寿命预测方法

自热效应SHE（self-heating effect）是SOI MOSFETs可靠性研究的关键问题之一.在热载流子注入HCI（hot carrier injection）应力下会导致自热效应加剧,低估器件工作寿命,使得寿命预测不准.本文提出了一种基于直流HCI应力下的0.18μmPD-SOINMOSFETs可靠性寿命预测方法.通过栅电阻法提取沟道中因自热效应产生的温度,采用自热修正后的衬底电流/漏电流比率模型预测PD-SOI NMOSFETs在正常工作电压下的寿命值,预测结果与未消除自热影响预测出的寿命值存在较大差异,说明自热修正在寿命预测中不可忽略,否则会低估器件的工作寿命.     

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.     

在r面蓝宝石上生长的a面掺硅GaN的光学和电学性质研究

在r面蓝宝石（Al2O3）衬底上生长了非极性掺硅的a面GaN薄膜,用光致发光（PL）谱,高分辨X射线衍射仪（HRXRD）,原子力显微镜（AFM）,和霍尔测量研究了材料的光学和电学性质.结果表明,Si的掺入会使材料的结晶质量和形貌出现微小的退化.黄带也随着SiH4流量的增加而提高.但是随着硅的掺入,材料迁移率极大提高,这种现象主要是由于镓空位（VGa）被填补引起的.     

基于摩擦纳米发电机的自驱动植入式电子医疗器件的研究

心脏起搏器、脑起搏器、神经刺激器等植入式电子医疗器件的工作寿命受限于电池容量.为了解决植入式电子医疗器件的供能问题,本文设计研制出了一种可将器官运动的机械能(心跳、肺呼吸等)转化为电能的供能器件-植入式摩擦纳米发电机.此发电机为接触分离的工作模式,在外力的作用下使具有微纳结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜和铝片发生摩擦而产生电能.器件大小1.2 cm×1.2 cm,采用生物相容性良好的材料PDMS进行全封装.实验表明其体外开路电压和短路电流的值分别为12 V,0.25μA,峰值功率密度为8.44 mW/m~2.植入到小鼠左胸皮下位置开路电压和短路电流为3.73 V,0.14μA.将此发电机和电源管理系统集成后用于植入式电子医疗器件的能源供给,有望实现植入式电子医疗器件的自驱动.     

FAD非晶金刚石薄膜的场电子发射性能研究

利用真空磁过滤弧沉积(FAD)技术制备得到了无氢的非晶碳膜.由于非晶碳膜中数量极高的四面体键(sp~3键)的存在,这种非晶碳膜也可被称作非晶金刚石薄膜.报道了这种非晶金刚石膜的场电子发射特性,并对其能带结构和发射机理进行了研究.实验结果表明,在阈值电场为15V/μm的情况下,测得的场发射电流超过20μA,薄膜的电子发射行为符合Fowler-Nordheim场发射理论.非晶金刚石膜具有负电子亲合势和较小的有效功函数.如此低的阈值电场和高的发射电流,表明这种非晶金刚石薄膜的场电子发射性能已达到甚至超过目前文献上报道的最好结果,为非晶金刚石膜作为场发射材料在平板显示器等真空微电子器件中的实际应用提供了可能性     

热压烧结Ti_3AIC_2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kp从900℃的1.39×10?10增大到1300℃的5.56×10?9kg2·m?4·s?1,计算得到的氧化活化能为136.45kJ/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O2?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.     

基于CCII的一种双采样保持电路的研究与设计

本文设计了一种高性能双采样保持（DSH）电路,在165V的电源电压下,其性能满足12位精度、200MS／s转换速率的流水线型ADC的要求。设计中采用了轨到轨自偏置第二代电流传输器（CCII）提高了S／H电路的可靠性和线性度;采用双采样结构,使得在同样性能的CCII条件下,采样速率成倍提高;对于大带宽自偏置CCII,采用了两个电流跟随器降低了端口的寄生电阻。DSH电路的采样电压幅度达到2V,对于输入为20MHZ的正弦波,测得其平台稳定精度为89μV,平台稳定时间为1．05ns,噪声失真比（SNDR）达到了84dB,满足12位ADC的要求,整个电路的功耗约为3．41mW。     

ZnO纳米阵列基钙钛矿太阳能电池的光电性能分析

近年来钙钛矿材料CH3NH3Pb X3(X=Cl,I,Br)因其在可见光范围的吸光系数大、成本低廉、能量转换效率高等优势而得到快速发展.本文采用低温化学水浴沉积制备出有序的Zn O纳米阵列,进一步在Zn O纳米阵列上旋涂不同体系的Ti O2,制备出Zn O/Ti O2复合阵列结构作为钙钛矿太阳能电池的电子传输层,通过改变Ti O2掺入体系探究电极的微结构变化和电池光电性能.研究表明,Zn O纳米阵列经过Ti O2浆料处理的复合体系组装的电池具有最优的光电性能,进一步考察Ti O2浆料浓度对电池性能的影响表明,当Ti O2浓度为0.1 mol/L时得到最佳性能,其组装电池的开路电压(Voc)达到0.93 V,短路电流(Jsc)为15.30 m A cm-2,填充因子(FF)为43%,效率(η)为6.07%.效率的提升主要是因为钙钛矿能深入Zn O阵列的间隙,同时在阵列的上部形成了均匀致密的覆盖层,有效提高了电池的光俘获,同时抑制了载流子的复合.在Zn O/Ti O2浆料复合阵列结构优化浆料浓度的基础上,进一步对纳米阵列采用Ti Cl4溶液进行处理,电池的光电性能得到大幅提升:Voc=0.99 V,Jsc=19.09 m A cm-2,FF=58%,效率η达到11%.性能提升的原因主要是Ti Cl4溶液对复合纳米阵列的处理,引入了小Ti O2纳米颗粒到Zn O/Ti O2浆料复合阵列结构中,有效地填补了阵列中的间隙,后续旋涂钙钛矿材料,阵列上部的钙钛矿覆盖层和间隙中的钙钛矿纳米晶,其光照后产生的载流子都可以与电子传输层有很好的接触,从而快速地经由Zn O阵列传导至导电衬底,此外小纳米颗粒的引入,也增大了电极的表面积,提高了对钙钛矿物质的吸附,增大了光俘获,因而电池的整体性能都得到提高.     

测定肿瘤细胞内外5-氟尿嘧啶含量的方法研究

目的建立了高效液相色谱法测定A549组胞内外5-氟尿嘧啶含量的方法,为探索5-氟尿嘧啶的作用机理奠定基础。方法色谱柱采用Hypersil ODS柱（4．6mm×250mm,5μm）;流动相为甲醇·水=2：98（V／V）;流速：0．8ml／min;柱温：30℃;检测波长：265nm;进样量为5μl。结果细胞内液中5-氟尿嘧啶在0.1～50．0μg/ml范围内线性关系良好（r=0．9996）,平均回收率为97．65％,RSD为0．40％,日内和日间精密度分别为1．30％,1．04％;细胞跨液中5-氟尿嘧啶在1．0～250．0μg/ml范围内线性关系良好（r=0.9999）,平均回收率为102.34％,RSD为2．11％,日内和日间精密度分别为1．32％,1．06％。结论该色谱方法简便易行,准确度高,重现性好,可用于细胞内外5-氟尿嘧啶浓度的动态变化规律研究。     

纳米Al_2O_3对变压器绝缘纸纤维素热稳定性的影响及其机理分析

为提升电力变压器绝缘纸的热稳定性,使用纳米Al2O3对绝缘纸进行改性,通过分子模拟和试验的方法研究了纳米Al2O3对绝缘纸纤维素热稳定性的提升效果,并分析了纳米Al2O3对绝缘纸纤维素的改性机理.首先,对纳米Al2O3与纤维素的表面相互作用机理的分析表明纳米Al2O3易于掺杂到纤维素绝缘纸中,得到了Al2O3与纤维素表面相互作用结合能的公式,揭示了公式中相关参数的物理意义.然后,使用半径为5?的纳米Al2O3对纤维素进行改性,通过分子模拟技术研究了经纳米改性后的纤维素的微观参数的变化规律;同时,对改性绝缘纸和未改性绝缘纸进行了宏观热老化试验.模拟与试验结果对比分析表明,经纳米Al2O3改性的绝缘纸纤维素热稳定性有较好的提升.最后,对纳米Al2O3改性绝缘纸纤维素的机理进行了较为深入地分析,为纳米改性变压器绝缘纸性能方面的研究提供了理论支撑.     

Al2O3／TiAI基复合材料在空气中的高温氧化行为

研究了热压烧结的Al2O3／TiAI基复合材料在900℃静止空气中的断续氧化行为．结果表明,随着Nb2O5掺量的增加,氧化增重减小,氧化抗力明显改善,其初始氧化动力学符合线性规律,断续氧化动力学服从抛物线规律．Nb2O5掺量大的材料,因氧化产物中含有TiAI和Ti2AIN相,显示其良好的抗高温氧化性．在900℃温度断续氧化120h后,氧化膜主要由TiO2外表层、Al2O3次表层以及TiO2和Al2O3的混合内层构成,由外向内为富AI向富Ti的氧化物混合层过渡．靠近基体TiO2和Al2O3混合内层为多孔疏松状结构,孔洞是由于形成Ti的氧化物后生成的．整个氧化层厚约20μm．氧化膜表面均未形成均一的Al2O3保护膜,但形成的内层Al2O3膜与外层TiO2膜粘附性高,没有发生氧化膜脱落现象．原位自生的Al2O3微细颗粒,高温下促使其本身成核与生长,使得热力学形成其膜所需的最低Al含量降低;同时,增加了Ti离子由M／MO界面向O／MO界面扩散的势垒,从而降低了TiO2的生成率,提高了抗氧化性能;另外,形成从外向内由富AI向富Ti氧化物混合层过渡的复层结构,降低了O^2-的内扩散,改善了复合材料的抗氧化性能．     

预填充支撑体制备介孔硅MCM-48分子筛膜

利用水溶液填充平均孔径为0.2μm的ZrO2管式非对称支撑体,水热合成法制备得到了高通量的MCM-48分子筛膜.首先将支撑体浸泡在预先制备的具有一定pH值的水溶液中,负压抽吸以排除支撑体中的气体,然后放入溶胶中水热合成,经乙醇/盐酸溶液（EtOH/HCl）萃取干燥后得到MCM-48分子筛膜.单组分气体（N2,H2）渗透实验表明,利用水溶液填充支撑体与干燥支撑体相比,可以明显改善MCM-48分子筛成膜质量.通过二次合成可以得到高通量、完整的MCM-48分子筛膜,常温、跨膜压差为0.05MPa时N2渗透系数为5.66×10-7mol/（Pa·s·m2）,H2/N2分离因子可达到3.47.     

Fe3O4核桃形球状颗粒和八面体微晶结构的可控合成与磁学性质

通过K4[Fe（CN）6]与K3[Fe（CN）6]在NaOH溶液中180℃水热反应12h得到Fe3O4核桃形球状颗粒和八面体微晶结构,并通过控制乙二醇的加入量可控合成了单一形貌的Fe3O4八面体微晶结构。采用X射线衍射仪、扫描电镜和透射电子显微镜对产物进行表征,并在室温下测试了它们的磁学性能,结果表明,Fe3O4核桃形球状颗粒和八面体微晶结构为单晶立方相结构,其尺寸分别约为2．2～8．6μm和1．6～12．5μm,矫顽力（Hc）分别为150．57Oe和75．28Oe,饱和磁化强度（Ms）分别为97．634emu／g和101．90emu／g,剩余磁化强度（Mr）分别为12．05emu／g和6．69emu／g。通过改变溶液中碱的浓度可实现不同尺寸核桃形球状颗粒的可控合成．研究了乙二醇在Fe3O4八面体的形成过程中起着关键作用,并提出了其可能的生长机理。     

LiAlSiO4基固体氧化物锂离子导电材料的研制

以LiNO3、Al（NO3）3·9H2O和（C2H5O）4Si为原材料,通过以聚乙烯醇位聚合剂的化学合成方法制备了LiAlSiO4基固体氧化物锂离子导电材料.材料的X射线衍射分析表明,实验获得了具有四方结构的单相材料,晶格常数为a=b=0.5170 nm、c=0.6295 nm.所制备的材料体现具有锂离子导电性,同时得出材料的导电性与材料体系中存在的锂离子的空位有关,适当地调整体系中锂离子缺陷可以提高材料的锂离子导电性.     

Cl2/Ar/BCl3感应耦合等离子体GaN/Al0.28Ga0.72N的非选择性刻蚀

利用Cl₂/Ar/BCl₃感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术对GaN与Al_0.28Ga_0.72N材料之间的非选择性刻蚀和刻蚀以后GaN/Al_0.28Ga_0.72N异质结的表面物理特性进行了研究. 实验表明, 优化等离子体中BCl₃的含量(20%~60%), 提高ICP功率和直流偏压, 降低反应室压强有利于获得非选择性刻蚀. 而GaN/Al_0.28Ga_0.72N异质结刻蚀后的表面形貌与等离子体中的化学组分、反应室压强有密切的关系. 在Cl₂/Ar(4︰1)中加入20% BCl₃可以在较高的刻蚀速率条件下获得GaN和Al_0.28Ga_0.72N之间的非选择性刻蚀, 并将GaN/Al_0.28Ga_0.72N异质结刻蚀后的表面均方根粗糙度由10.622 nm降低至0.495 nm, 优于未刻蚀的GaN/Al_0.28Ga_0.72N异质结的表面. AES分析表明, 在刻蚀过程中从AlGaN的表面有效除去氧对获得非选择性刻蚀和光滑的刻蚀表面是至关重要的.