功能梯度压电半导体拉-弯梁的屈曲分析

基于三维压电半导体理论和一阶剪切变形理论,考虑材料拉伸、弯曲和剪切耦合变形,建立了功能梯度压电半导体拉-弯梁在轴向压力作用下的屈曲模型。借助有限元分析软件COMSOL对压电半导体拉-弯梁进行稳定性分析,得到了功能梯度压电半导体简支梁的前三阶屈曲临界载荷及各机电场的分布规律。通过数值算例,讨论了梁长高比、初始电子浓度和功能梯度参数等对压电半导体拉-弯梁屈曲临界载荷的影响。

IC互连金属及其阻挡层化学机械抛光的研究进展

集成电路的产业发展作为衡量一个国家经济实力的重要指标,反映该国的整体实力。在集成电路的众多制备工艺中,化学机械抛光(Chemical mechanical planarization,CMP)是关键制造技术之一,也是目前应用最广且能够实现全局和局部平坦化的技术。互连技术与CMP紧密相关,芯片互连属于后段制程,目前的互连技术主要包括铜互连、钴互连,在使用这些互连技术时不可避免地会影响芯片的性能,包括金属离子扩散速率快、薄膜与衬底的结合强度差等,学者们通过加入阻挡层来解决这些问题。互连金属和阻挡层都要进行CMP工序,它直接决定芯片良率和可靠性。本文总结了互连金属及其阻挡层化学机械抛光的研究进展,以技术节点出发介绍了三种典型的互连金属以及它们常用的阻挡层材料,分析总结了各种材料的抛光机理、抛光液组分、抛光效果及其材料的应用优势与缺陷,简述了在CMP互连与阻挡层的研究中存在的局限性,最后对新的材料、新型互连技术的研发及应用进行了展望。

不同介电层对Hf_(x)Zr_(1-x)O_(2)薄膜铁电性能影响的研究进展

近年来,铁电Hf_(x)Zr_(1-x)O_(2)(HZO)薄膜受到越来越多的关注,但是铁电层与电极材料层以及铁电层与半导体衬底层之间的界面问题并没有得到解决,阻碍了HZO薄膜的进一步应用。总结了通过引入不同介电层材料,如Al_(2)O_(3)、ZrO_(2)、HfO_(2)、Ta_(2)O_5等,调节HZO薄膜铁电性能的方法及其机理;详细介绍了各种介电层材料作为封盖层对HZO薄膜铁电性能的影响,如对HZO薄膜提供平面内应力、控制铁电层的晶粒尺寸及作为铁电层形核核心的作用;最后,总结并展望了利用介电层调控HZO薄膜铁电性能的一般规律,为后续相关研究的开展提供了指导。

大尺寸单层石墨烯图案的金网转移

当化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)法制备的石墨烯被应用于各种高性能器件时,石墨烯的转移和图案化过程通常会降低石墨烯的固有特性。为实现石墨烯图案的高质量和大规模转移,该研究采用了湿法转移和机械剥离相结合的新方法。这种方法需要制备具有一定孔隙的金网以作为剥离带。接触区(金箔和石墨烯之间)能为机械剥离提供足够的黏附力,以形成均匀的单层石墨烯,而非接触区(孔洞和石墨烯之间)的力相对较弱,有利于石墨烯图案从基底上释放。石墨烯表面形貌和电学特性表明,石墨烯表面洁净且均匀,用该石墨烯制备的场效应晶体管具有高的载流子迁移率和小的狄拉克电压。金网格转移方法能有效提高石墨烯图案的质量和转移效率,这为CVD法制备石墨烯的应用开辟了更广阔的前景,同时也为其他二维材料的转移提供了参考。

高比表面积In_(2)O_(3)纳米材料的研究

本研究通过一种简便且条件温和的合成策略,有效地合成了具有分级结构的氧化铟纳米材料。借助扫描电子显微镜(SEM)技术,我们详细分析了材料的微观形貌特征及其元素分布情况,并对所得材料的比表面积进行了精确测量,同时对其气敏性能进行了系统评估。尤为重要的是,本工作还探究了银离子掺杂对该氧化铟纳米材料性能的影响,实验结果显示,掺杂银离子不仅显著增加了材料的比表面积,而且能有效提升了其气敏响应性能,为优化气敏材料设计提供了新的思路和实验证据。

金刚石离子注入射程及损伤的模拟研究

离子注入法作为改善半导体材料表层电学性能的有效方法,被应用于金刚石基半导体器件的制造过程中。使用SRIM软件模拟并研究了Ar^(+)、N^(+)、B^(+)、P^(+)、As^(+)等离子在不同能量(20~300 keV)和不同入射角度(0°~40°)下注入金刚石时的射程,及其对金刚石造成的损伤,结果表明,离子的种类、能量和注入角度均是影响离子射程和造成靶材损伤的重要因素,且各有其影响规律。通过改变这些参数,能够精准控制注入离子在金刚石中的射程和靶材损伤程度,为相关科研生产工作提供指导。

热注入法合成CuIn_(0.7)Ga_(0.3)S_(2)纳米颗粒及其器件应用研究

采用热注入法在200℃下合成CuIn_(0.7)Ga_(0.3)S_(2)纳米颗粒,保持投料中Cu、In、Ga原料的质量不变,通过调控活性剂油胺、溶剂二苄醚以及配位剂1-辛硫醇的体积分别为80 ml、4 ml和15 ml,精准地控制Cu、In、Ga、S元素的组分。制备得到的纳米颗粒材料的原子比为1∶0.688∶0.299∶2.03,即CuIn_(0.688)Ga_(0.299)S_(2.03),其纳米颗粒的尺寸为5~20 nm。利用有机溶剂极性性质,对纳米颗粒进行清洗提纯,得到的纳米颗粒不仅可以稳定的分散在甲苯溶剂中,且在环境更加友好的对二甲苯、环己烷等有机溶剂中也有良好的分散性。以此纳米颗粒为基础,配置了不同溶剂的墨水,制备了铜铟镓硫硒(CIGSSe)吸收层薄膜及太阳能电池。

衬底温度对柔性硫化锌薄膜结构与光学性能的影响

本文利用射频磁控溅射薄膜沉积技术在柔性聚酰亚胺(PI)、氧化铟锡(ITO)玻璃及石英玻璃衬底上制备了透明硫化锌(ZnS)薄膜。通过改变生长过程中的衬底温度,全面系统地研究了衬底温度对柔性和刚性ZnS薄膜的晶体结构、光透过率、光学常数以及表面性能影响的规律。研究表明升高衬底温度有利于形成ZnS薄膜(111)晶面的择优取向生长。不同衬底温度条件下制备的柔性和刚性ZnS薄膜在可见光波长范围内的平均光透过率均大于80%;在红外波长范围的平均光透过率达到85%。柔性ZnS薄膜在400 nm-890 nm波长范围内的光学折射率为2.21-2.56。刚性ZnS薄膜的光学折射率随着衬底温度的升高有所增加,当衬底温度为300℃时,刚性ZnS薄膜在890 nm波长处的折射率达到2.26。柔性ZnS薄膜厚度及表面粗糙度均随着衬底温度的升高而降低,当衬底温度为300℃时,柔性ZnS薄膜表面均方根粗糙度达到最小值2.99 nm。为实现高性能柔性ZnS光电器件,应控制生长柔性ZnS薄膜的衬底温度在200℃-300℃,以获得最优化的器件性能。

基于PINN的变截面压电半导体纤维力学特性研究

为了研究任意截面形状的压电半导体纤维的力学特性,提出了基于物理信息的神经网络模型,应用深度学习算法求解复杂的变系数偏微分方程。以变截面压电半导体纤维的静态拉伸为例,构造深度神经网络作为试函数,将其代入控制方程形成残差,并作为机器学习的加权损失函数,进而通过深度机器学习技术逼近数值解。研究结果表明:该方法具有广泛适用性,能够求解任意截面形状压电半导体材料的线性和非线性方程。

量子点在量子领域的应用展望

量子点是一种新型半导体纳米晶体,作为一种新兴的光电活性材料,可以实现光电转化,具有亮度高、斯托克位移大、吸收光谱宽、摩尔消光系数高、量子产率高、光稳定性好、荧光寿命长等特点。同时,最初量子点概念的提出和成功制备也对量子限域效应的认知提供了一定的帮助。量子点的尺寸在纳米量级范围内,尺寸限域产生了量子限域效应、宏观量子隧道效应、尺寸效应和表面效应,使其具有了独特的性能。随着对量子点的不断深入研究,其在非线形光学、磁介质、催化、医药、功能材料、生命科学和信息技术等领域的应用逐渐开拓,其在量子密钥分发、量子计量学和量子信息处理等应用领域的研究工作也逐渐提上日程。

纳米TiO_2粉晶的晶粒长大动力学及相转位动力学

用溶胶 -凝胶法制备了TiO2 纳米粉晶。对干凝胶做了DTA、TG等热分析。利用XRD微结构数据对粉晶长大行为及其相转位进行了分析研究。结果表明 ,当热处理温度低于50 0℃时 ,粉末粒径增长缓慢 ,而热处理温度高于 50 0℃时 ,粉末生长迅速。运用相变理论计算了晶粒长大激活能及相转位活化能 ,研究表明 ,高温区粒子生长激活能比低温区 (50 0℃以下 )高出几倍 ;与粗晶粒相比 ,TiO2 的锐钛矿向金红石相转变的活化能要低很多。

Bi_(2)WO_(6)光催化材料降解水体污染物研究

Bi_(2)WO_(6)光催化材料由于独特的层状结构引起了研究者们广泛的关注。文章对Bi_(2)WO_(6)光催化材料的基本结构和性质进行了详细的介绍,总结了不同的制备方法和形态特征,研究了近年来关于Bi_(2)WO_(6)材料的改性方法,包括形貌调控、贵金属沉积、元素掺杂以及异质结复合物的构建,并展望了Bi_(2)WO_(6)材料在水处理领域的发展前景和面临的挑战。

人工湿地净化富营养化河水试验研究(二)——基质层及流态对氮素污染物净化效果的影响

通过中试试验研究了基质层及流态对人工湿地净化富营养化河水中氮素污染物的影响情况,结果表明:砾石基质层厚度从80cm增加到120cm对湿地池净化氮素污染物的效果没有明显影响;将上层砾石替换为沸石后,湿地池对NH3-N的净化效果明显提高,说明不同的基质材料对NH4+具有良好的选择性吸附作用,而将上层砾石替换为炉渣后湿地池对氮素污染物的净化效果几乎没有变化;在4种湿地流态中,复合流态(垂直流+潜流)湿地池对TN、NH3-N、NO3-N的去除率均为最高,且与潜流-垂直流相前后次序没有显著相关性;潜流、垂直流湿地池对氮素污染物的去除率介于复合流、表面流之间;表面流最低。

铌酸钠钾基无铅压电陶瓷的相结构与压电性能

采用传统固相反应合成法制备了结构致密的(1-x)Na0.5K0.5NbO3-xLiTaO3(KNNT)无铅压电陶瓷,研究了LiTaO3对Na0.5K0.5NbO3材料晶体结构和压电性能的影响。结果表明,随着LiTaO3含量的增加,材料的钙钛矿结构由斜方相向四方相转变,KNNT材料的准同型相界位于0.04 mol<x<0.08 mol处;随着LiTaO3含量的增加,将使四方铁电相→斜方铁电相的相变温度TT-C向低温方向移动并使居里温度TC向高温方向移动,而且材料的压电常数d33、介电常数ε和机电耦合系数kp均随之先增大后减小,在x=0.06 mol处达到最大值;组成为0.94Na0.5K0.5NbO3-0.06LiTaO3的陶瓷具有优异的压电性能,陶瓷的相对密度达97.8%,居里温度为480℃,d33达134 pC/N,kp达0.33,ε为897,Qm为100。

CdS掺Ti和Co几何结构及电子结构的密度泛函理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,对闪锌矿结构CdS和CdS:M(M= Ti,Co)几何结构、电荷分布、能带结构和电子态密度等进行了系统研究.几何结构研究对晶格参量进行了优化计算,Co和Ti原子掺入CdS后晶格常数均减小,晶格发生局部畸变.电荷密度计算表明,对于掺Co体系,近邻的S原子电荷分布变化明显,即有更多电子转移到S原子,同时次近邻Cd原子周围的电子分布也受到影响;对于Ti体系,邻近S原子电荷分布变化不明显,次近邻Cd原子周围电荷也没有重新分布.能带结构和态密度分析表明,由于Co3d和Ti3d电子的引入,CdS:Co成为铁磁半导体,而CdS:Ti为简并半导体.

Nd_2O_3掺杂(BaSr)TiO_3对陶瓷结构和性能的影响

采用常规固相反应法,以Ba0.6Sr0.4TiO3+10%MgO(BSTO)体系为基体成分,研究了Nd2O3掺杂对其显微组织结构和介电性能的影响规律,结果表明掺杂Nd2O3后,抑制了BSTO晶粒的生长;随着Nd2O3掺杂量的增加,陶瓷的晶粒尺寸变小,密度增大,材料的居里温度向负温度方向移动,并且展宽了介电峰,使材料的温度稳定性提高,此外,随着Nd2O3掺杂量的增加,材料的可调性减小,介电常数减小。

铁电陶瓷/铁氧体复合材料的相结构与介电性能

研究了铁电陶瓷 /铁氧体混合烧结体的相结构与介电性能。在 90 0℃制备出铁电陶瓷 /铁氧体复合材料 ,该复合材料是介电材料相与铁氧体材料相共存的复相陶瓷。铁电陶瓷 /铁氧体复合材料的介电性能在低温区域主要是介电材料相起作用 ,而铁氧体材料主要在高温部分对复合材料的介电性能起作用。采用两相混合分布的介电常数计算公式拟合了复相陶瓷的介温曲线 ,并提出修正指数因子 α和 β 。

一种新型硅基PT/PZT/PT夹心结构的电性能研究

以无机锆盐为原料 ,用溶胶 -凝胶 (Sol- Gel)法成功地在 Pt/ Ti/ Si O2 / Si衬底上制备出一种新型Pb Ti O3/ Pb(Zr0 .5 3Ti0 .47) O3/ Pb Ti O3(PT/ PZT/ PT)夹心结构。这种新结构对于 PZT的晶化有很好的促进作用 ,其最终的退火温度为 70 0°C。 C- V特性、介电频率响应、漏电等电性能测试表明这一新型夹心结构具有良好的铁电和介电性能。

低压氧化锌压敏陶瓷的显微结构及其电学性能的研究

研究了一价碱金属离子掺杂对低压ZnO压敏陶瓷电学性能的影响规律 ,探讨了烧结温度、降温速率对其显微结构和电性能的影响 ,分析了添加剂预合成对ZnO压敏陶瓷场强的影响规律。实验发现 :一价碱金属离子掺杂能有效地抑制漏流 ,增加非线性 ,但同时使压敏场强增加 ;提高烧结温度能有效地降低压敏场强 ,但过高的烧结温度将使漏流增加 ,非线性系数下降。通常 ,烧结温度以不超过 12 5 0℃为宜 ;添加剂预合成能降低ZnO压敏陶瓷的压敏场强 ,它为ZnO压敏陶瓷的低压化提供了一个新的途径与方法。

石墨烯晶体管研究进展

针对集成电路的特征尺寸小于10nm以下所面临的短沟道效应、隧道效应和制造工艺限制困难引发的研究热点——石墨烯能否替代硅,着重从数字晶体管、射频晶体管和柔性透明晶体管3个方面概括和分析了新型石墨烯晶体管的发展现状。分析认为:石墨烯平行纳米带阵列结构和异质结结构有望打开石墨烯禁带以实现大的电流开关比,将是石墨烯数字晶体管的研究热点;通过降低接触电阻、接入电阻以及衬底、栅介质的匹配来提高截止频率和最大振荡频率将是石墨烯射频晶体管的主要发展趋势;基于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衬底和离子凝胶栅介质的柔性制造技术,最有希望在保证石墨烯高迁移率的基础之上实现全石墨烯透明柔性电路,使石墨烯晶体管得以实用,必将对集成电路行业产生巨大影响。