功能材料课程思政教学设计——以超导材料课程为例

采用“主导—主体相结合”的教学结构,设计功能材料课程思政内容,基于建构主义理论,通过基于问题学习、探究性学习、情境性学习和发现学习模式相结合设计课程思政教学策略,进行功能材料课程思政的教学设计。结合工学类专业课程思政实施的指导思想,将政治认同、家国情怀、职业理想和职业道德、责任感和使命感、大国工匠精神等思政元素融入课程教学。将知识和能力教育与思政教育相结合,很好地发挥了课程的育人作用。

石墨烯场效应晶体管的X射线总剂量效应

本文针对不同结构、尺寸的石墨烯场效应晶体管(graphene field effect transistors,GFET)开展了基于10 keV-X射线的总剂量效应研究.结果表明,随累积剂量的增大,不同结构GFET的狄拉克电压V_(Dirac)和载流子迁移率μ不断退化;相比于背栅型GFET,顶栅型GFET的辐射损伤更加严重;尺寸对GFET器件的总剂量效应决定于器件结构;200μm×200μm尺寸的顶栅型GFET损伤最严重,而背栅型GFET是50μm×50μm尺寸的器件损伤最严重.研究表明:对于顶栅型GFET,辐照过程中在栅氧层中形成的氧化物陷阱电荷的积累是V_(Dirac)和μ降低的主要原因.背栅型GFET不仅受到辐射在栅氧化层中产生的陷阱电荷的影响,还受到石墨烯表面的氧吸附的影响.在此基础上,结合TCAD仿真工具实现了顶栅器件氧化层中辐射产生的氧化物陷阱电荷对器件辐射响应规律的仿真.相关研究结果对于石墨烯器件的抗辐照加固研究具有重大意义.

碲锌镉晶体的铟碲共掺杂退火研究

针对生长态碲锌镉晶体缺陷密度大和电学性能无法满足室温核辐射探测器的制备要求等问题,研究了铟碲共掺杂退火对碲锌镉晶体碲夹杂和电学性能的影响。利用分子动力学方法模拟了不同温度下铟原子在碲锌镉晶体中的扩散过程,获得了铟原子的扩散系数表达式,计算了铟原子扩散至碲锌镉晶体所需理论时长,在此基础上开展了铟碲共掺杂退火实验,进一步优化了退火工艺。实验结果表明,铟碲共掺杂退火70 h的碲锌镉晶体碲夹杂密度下降至27.61 mm^(-2),体电阻率接近1011Ω·cm、漏电流低于4 nA(400 V),电学性能达到核辐射探测器应用要求。

位移损伤效应对AlGaN/GaN HEMT器件的影响

对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)分别进行3 MeV质子辐照和14 MeV中子辐照实验。3 MeV质子辐照下累积注量达到1×10^(15) cm^(-2)或14 MeV中子辐照下累积注量达到2×10^(13)cm^(-2)时,AlGaN/GaN HEMTs饱和漏电流下降,阈值电压正向漂移,峰值跨导降低。分别对3 MeV质子辐照和14 MeV中子辐照后的AlGaN/GaN HEMTs进行深能级瞬态谱(DLTS)测试。3 MeV质子辐照后缺陷浓度下降降低了反向栅极漏电流,而14 MeV中子辐照会导致缺陷浓度增加,使得反向栅极漏电流增加。根据质子和中子辐照后的缺陷能级均为(0.850±0.020)eV,推断缺陷类型均为氮间隙缺陷,质子辐照和中子辐照后氮间隙缺陷的位移导致的位移损伤效应是AlGaN/GaN HEMT器件电学性能退化的主要原因。

基于ARCS模型设计移动模式的翻转课堂教学——以超导体的基本性质教学设计为例

移动教学的发展为翻转课堂的高效实施提供更多途径。然而,移动平台在提供学习便利的同时也产生对学习的干扰因素。因而,除了关注移动学习的外部环境因素之外,还应该重视学习动机这一内因,以提升移动学习模式的翻转课堂的效果。学习动机是在综合考虑学习者兴趣、目的、价值和期望的基础上,确保其持续学习的一种内部意愿,是促进学生深入学习的直接驱动力。为了激发和管理学生的学习动机,将包含注意力、相关性、信心和满意度四因素的ARCS动机模型用于移动学习模式的翻转课堂的教学设计,以功能材料课程超导体的基本性质的教学设计为例,旨在探索移动模式的翻转课堂在课前、课中和课后环节激发和培养学生学习动机的手段和策略。

AlCrSiN/Cr周期复合薄膜的制备及红外辐射特性和摩擦磨损性能

红外隐身技术是现代隐身技术的重要一环,它能有效降低目标被红外侦察技术发现的风险。然而,传统的红外隐身材料虽然具有较低的红外发射率,但在耐磨损、抗高温氧化、抗腐蚀等方面表现不佳。尤其是在沙漠、火山等恶劣环境下,这些材料很难同时满足红外隐身性能和功能性的需求。为此,本工作采用电弧离子镀技术制备了AlCrSiN/Cr周期复合薄膜,并研究了不同循环周期对薄膜红外辐射特性、力学性能和摩擦磨损性能的影响。研究结果表明:AlCrSiN/Cr周期复合薄膜中的相结构主要由AlCrN固溶相和Cr金属相两种构成,其平均红外发射率较低(0.27),硬度较高(1962HV),薄膜与基底之间的结合力超过100 N。随着周期数的增加,薄膜的摩擦磨损行为趋于稳定,在三周期时,磨损率达到2.78×10^(-6) mm^(3)/(N·m)的较低值。

Bi_4Ti_3O_(12)铁电薄膜飞秒三阶非线性光学性能研究

采用sol-gel方法在石英玻璃衬底上制备出α轴取向的多晶Bi_4Ti_3O_(12)(BIT)薄膜,根据透射谱曲线得到薄膜样品的线性折射率为2.35,线性吸收系数为9.81×10~3cm^(-1),光学带隙宽度为3.60 eV。以脉宽300 fs,波长800 nm的钛蓝宝石脉冲激光为光源,利用单光束Z-scan技术测得薄膜样品的双光子吸收系数为100.31GW·cm^(-2),三阶非线性折射率为-1.02×10^(-2)GW·cm^(-2)。实验结果表明,所制备的BIT铁电薄膜具有大的非线性光学系数,适合应用于光子器件的制备。

金属-铁电层(BNT)-绝缘层(YSZ)-半导体(Si)二极管的存储特性及可靠性研究

制备了金属-铁电层-绝缘层-半导体(Pt/Bi_(3.15)Nd_(0.85)T_i3O_(12)/YSZ/Si,MFIS)二极管,研究了该二极管的存储窗口电压、疲劳特性和高温保持特性。结果表明:该二极管的存储窗口电压随扫描电压的增大呈先增大后减小的趋势,其中最大存储窗口电压约为0.88V且存储窗口电压的变化几乎不受扫描电压的扫描速度与频率的影响;该二极管在109次翻转循环后,其积累电容和耗尽电容基本没有变化,且存储窗口电压仅下降了5%。另外,该二极管在80℃下加速测量8h(相当于常温下测量60d)后,加速后器件的电容差比加速前降低了13%,说明该二极管抗疲劳特性和高温特性良好。

非晶态Bi3.15Nd0.85Ti3O12薄膜的低波动阻变特性研究

基于化学溶液法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了非晶态Bi3.15Nd0.85Ti3O12薄膜,研究了其表面形貌、介电特性和阻变特性.结果表明:非晶态Bi3.15Nd0.85Ti3O12薄膜无明显晶界存在,其P-E和C-V曲线无滞后特征,其I-V曲线展示了双极性阻变行为.高低阻态的导电机制研究表明该双极性阻变行为由氧缺陷导电细丝断开/连接主导.通过与氧缺陷导电细丝主导的晶态Bi3.15Nd0.85Ti3O12薄膜基阻变行为对比,发现非晶态Bi3.15Nd0.85Ti3O12薄膜阻变的波动性较小,这与其无晶界密切相关.该研究可为开发低波动的阻变器件提供一定指导.

选择性埋氧层上硅器件的单粒子瞬态响应的温度相关性

本文建立了90 nm工艺下的绝缘体上硅浮体器件和选择性埋氧层上硅器件模型,通过器件电路混合仿真探究了工作温度对上述两种结构的多级反相器链单粒子瞬态脉冲宽度以及器件内部电荷收集过程的影响.研究表明, N型选择性埋氧层上硅器件相较于浮体器件具有更好的抗单粒子能力,但P型选择性埋氧层上硅器件的抗单粒子能力在高线性能量转移值下与浮体器件基本相同.同时电荷收集的温度相关性分析表明,N型选择性埋氧层上硅器件只存在漂移扩散过程,当温度升高时其电荷收集量变化很小,而N型浮体器件存在双极放大过程,电荷收集量随着温度的升高而显著增加;另外, P型选择性埋氧层上硅器件和浮体器件均存在双极放大过程,当温度升高时P型选择性埋氧层上硅器件衬底中的双极放大过程越来越严重,由于局部埋氧层的存在,反而抑制了其源极的双极放大过程,导致它的电荷收集量要明显少于P型浮体器件.因此选择性埋氧层上硅器件比浮体器件更好地抑制了温度对单粒子瞬态脉冲的影响.

基于电子书包的语文项目式学习设计与应用研究

在我国现有教育体制下,项目式学习只有与国家课程相融合才能发挥其培养21世纪新型人才的最大功效,因此需要探究国家课程与项目式学习融合的途径。文章借助电子书包系统将实践性、综合性、工具性较强的语文课程与项目式学习融合,设计了电子书包环境下以语文课程为核心的项目式学习,并通过案例展示了基于该设计方案的应用情况,以期为同行提供参考和借鉴。

高场效应迁移率铁电栅二氧化锡薄膜晶体管的研究

采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel)制备了以n型Si为栅极、二氧化锡(SnO2)薄膜为沟道层、(Bi,Nd)4Ti3O12(BNT)薄膜为绝缘层的薄膜晶体管。晶体管呈现出n沟道增强型性能,其开态电流Ion=25μA,场效应迁移率μsat=0.3cm2·V-1·s-1。BNT铁电薄膜的自发极化以及载流子与极化的耦合作用是晶体管具有较大开态电流和较高场效应迁移率的主要原因。

过渡层TiAlN的力学性能与微观结构对AlCrSiN涂层宏观力学性能的影响

AlCrSiN多元硬质涂层具有优异的力学性能,在刀具领域有广泛应用前景。然而,如何在基底上制备出力学性能优异的AlCrSiN涂层有待进一步研究。基于电弧离子镀技术,在硬质合金基底上沉积了不同Ti/Al原子比的TiAlN过渡层,并在其上沉积了AlCrSiN涂层,研究了过渡层TiAlN的微观结构(晶面取向、晶粒尺寸、致密度等)对功能层AlCrSiN力学性能的影响。Ti-Al-N固溶相的择优取向为(200)。随着Ti含量的增加,(200)衍射峰宽化,晶粒细化,致密程度提高,硬度增加。Ti/Al原子比为2.75时,TiAlN晶粒尺寸为9.549nm,其上制备的AlCrSiN硬度值达到3139.6HV,并且涂层与基底间的结合力高达92N。细化(200)取向的TiAlN过渡层晶粒可以有效提高其上AlCrSiN涂层的硬度以及涂层与硬质合金基底的结合力。研究成果对提高功能层AlCrSiN的力学性能及涂层刀具的寿命有一定的指导意义。

HfO2基铁电场效应晶体管读写电路的单粒子翻转效应模拟

使用器件-电路仿真方法搭建了氧化铪基铁电场效应晶体管读写电路,研究了单粒子入射铁电场效应晶体管存储单元和外围灵敏放大器敏感节点后读写数据的变化情况,分析了读写数据波动的内在机制.结果表明:高能粒子入射该读写电路中的铁电存储单元漏极时,处于"0"状态的存储单元产生的电子空穴对在器件内部堆积,使得栅极的电场强度和铁电极化增大,而处于"1"状态的存储单元由于源极的电荷注入作用使得输出的瞬态脉冲电压信号有较大波动;高能粒子入射放大器灵敏节点时,产生的收集电流使处于读"0"状态的放大器开启,导致输出数据波动,但是其波动时间仅为0.4 ns,数据没有发生单粒子翻转能正常读出.两束高能粒子时间间隔0.5 ns先后作用铁电存储单元漏极,比单束高能粒子产生更大的输出数据信号波动,读写"1"状态的最终输出电压差变小.

全耗尽绝缘体上硅氧化铪基铁电场效应晶体管存储单元单粒子效应计算机模拟研究

铁电场效应晶体管具有非挥发性、低功耗、读写速度快等优异的存储性能,是最有前景的新型半导体存储器件之一.为促进铁电场效应晶体管在辐射环境中的应用,本文利用计算机辅助设计软件对全耗尽绝缘体上硅氧化铪基铁电场效应晶体管存储单元的单粒子效应进行研究,分析了重离子不同入射位置及角度和漏极偏置电压对存储单元相关特性的影响.结果表明:重离子入射位置改变不会使氧化铪铁电层中相应的极化状态发生反向,但会影响存储单元输出电压瞬态变化,最敏感区域靠近漏-体结区域;随着重离子入射角度减小,存储单元输出电压峰值增大,读数据“0”时入射角度变化的影响更为明显;存储单元输出电压峰值受漏极偏置电压调制,读数据“1”时调制效应更为明显.本工作为全耗尽绝缘体上硅氧化铪基铁电场效应晶体管存储单元抗单粒子效应加固设计提供理论依据和指导.

60Co-γ射线辐照对PbZr0.1Ti0.9O3（111）铁电薄膜性能的影响

采用脉冲激光沉积方法在SrTiO3衬底上制备了SrRuO3底电极和(111)择优取向的PbZr0.1Ti0.9O3外延铁电薄膜,通过顶电极Pt的构建形成了Pt/PbZr0.1Ti0.9O3(111)/SrRuO3铁电电容器结构,然后对PbZr0.1Ti0.9O3(111)铁电薄膜开展了60Co-γ射线总剂量辐照效应实验.结果表明:随着γ射线辐照剂量的增加,PbZr0.1Ti0.9O3(111)铁电薄膜中的带状畴数目逐渐减少,剩余极化强度、矫顽场和电容值轻微减小,当辐照剂量为5Mrad(Si)时,剩余极化值、矫顽场和电容值的衰减幅度仅12.4%、10.36%和13.78%;漏电流仅在高剂量辐照后产生轻微增大.可见,PbZr0.1Ti0.9O3(111)铁电薄膜具有较好的抗辐射能力,在航空航天领域有一定的应用前景.

新工科背景下功能材料类课程教学实践探索

随着“互联网+教育”时代的到来,新工科建设逐渐被提上日程,这为高校课程建设和改革迎来了新的机遇和挑战。探讨新工科背景下将科研融入本科生功能材料类课程教学的重要意义,针对课前准备,课堂演练和课后拓展三个阶段提出了将科研融入功能材料课程教学实践的具体做法,同时从建构主义学习理论角度分析了将科研融入本科生功能材料课程教学的必要条件,以期加强新工科背景下人才创新能力、多学科融合视野以及实践能力的培养,促进新工科建设人才培养目标达成。

辐照诱导的氧缺陷对PbTiO_(3)铁电薄膜畴壁特性的影响

从辐照诱导的晶格缺陷对铁电畴壁作用的角度,开展了辐照对PbTiO_(3)铁电畴壁的原子和电子结构及其动力学演化作用机理的研究。首先,利用基于蒙特卡罗方法的SRIM软件包研究了辐照条件对铁电薄膜内辐照诱导的晶格缺陷的影响,结果表明,质子、氪离子入射造成PbTiO_(3)铁电薄膜晶格的缺陷主要是氧缺陷,且离子能量越高和入射角越小,产生氧缺陷的浓度越高、位置越深入及分布越分散。其次,基于第一性原理研究了氧缺陷分布及浓度对PbTiO_(3)材料180°和90°畴壁原子结构、电子结构及迁移的影响,结果表明:氧缺陷离畴壁越远,含氧缺陷畴壁系统的稳定性越低;随着氧缺陷数目增加,畴壁附近极化减小、畴壁宽度增大;氧缺陷使畴壁的金属性增强;氧缺陷会钉扎畴壁,阻碍畴壁移动。

快速响应恢复的PI-SiO_(2)/NiI_(2)比色湿度传感器

有机-无机杂化型比色湿度传感器可通过电学信号和颜色变化获取环境湿度,并因其特征颜色区分度高、稳定性好、制备工艺简单等优点,在湿度监测领域具有广阔的应用前景,但其通常响应恢复时间长,从而不利于湿度实时监测.本文在聚酰亚胺(PI)-碘化镍(NiI_(2))有机无机杂化材料中掺杂纳米SiO_(2)微球制备得到PI-SiO_(2)/NiI_(2)复合薄膜及比色湿度传感器,对其表面形貌和湿敏特性进行了研究.结果显示,PI-SiO_(2)/NiI_(2)薄膜具有蜂巢状的表面形貌,传感器的特征颜色显著,湿度响应时间小于1.5 s,恢复时间小于18 s.研究表明,纳米SiO_(2)微球掺杂能够较为显著地改善有机-无机杂化型比色湿度传感器的响应恢复特性,这对于传感器性能的提升具有一定参考意义.

2T2C铁电存储单元读写电路的单粒子翻转效应研究

针对2T2C铁电存储单元读写电路进行了单粒子翻转效应的仿真模拟,研究了单粒子入射读写电路的不同敏感节点对存储数据的影响,并分析了数据读写出错的内在机制.结果表明:单粒子入射存储阵列中的字线晶体管时,存储数据未发生翻转,这主要是因为铁电电容极化信息波动后又恢复至原状态;单粒子入射外围电路中的板线激发器和灵敏放大器时,存储数据发生了翻转,这主要是因为外围电路产生的单粒子瞬态脉冲造成数据读出出错,进而导致了回写数据翻转.