基于分子束外延技术可控制备Bi原子团簇的研究

本研究基于分子束外延(MBE)技术在Si(111)衬底表面成功制备金属Bi原子团簇.首先,分别在100℃、125℃、150℃、175℃、200℃的生长温度下,制备了大小均一、密度不同的Bi原子团簇.实验结果表明,可以通过改变生长温度来精细控制Bi原子团簇的密度,当温度升高100℃,密度从1.05×10^(11)cm^(-2)降低至2.5×10^(7)cm^(-2),实现对团簇密度4个数量级的可控调节,并且发现Bi原子团簇密度对生长温度的依赖性符合经典成核理论.其次,分别在10 s、15 s、20 s的沉积时长下,制备了密度相同、尺寸各异的Bi原子团簇.实验结果表明,可以通过改变沉积时长来精细控制Bi原子团簇的尺寸:当沉积时长增加10 s,高度和直径分别从8.5 nm和65 nm增大到13.7 nm和100 nm,实现对团簇尺寸在10 nm高度、80 nm直径范围的可控调节,并且发现Bi原子团簇尺寸对沉积时长的依赖性符合晶体生长动力学.与分子束外延制备传统的Ⅲ族(Al,Ga,In)原子团簇做对比,这些结果可以为制备Ⅴ族原子团簇提供实验参考和指导,从而促进纳米级含Bi材料的制备.

基于分子束外延技术可控制备Ga原子团簇的研究

本研究基于分子束外延(Molecular Beam Epitaxy,MBE)技术在Si(100)衬底表面成功制备金属Ga原子团簇.通过控制变量法,研究其尺寸形貌与工艺参数之间的关系.第一组对照实验分别在940℃、970℃、1000℃的Ga源温度下制备Ga原子团簇.实验结果表明,Ga源温度的升高导致Ga的蒸发量增加,进而沉积在Si衬底表面的Ga原子增多,Ga原子自组装成团簇,最终表现为Ga原子团簇的高度升高.第二组对照实验分别在3 s、6 s、10 s、40 s、50 s、60 s的沉积时长下制备Ga原子团簇.实验结果表明,沉积时长增加导致团簇的高度逐渐增加,主要由新吸附原子和竞争效应驱动.第三组对照实验分别在0 s、60 s、300 s的退火时长下制备Ga原子团簇.实验结果表明,退火时长的增加导致团簇的高度下降和团簇内的原子重新排列和分布有关.第四组对照实验分别在420℃、500℃的退火温度下制备Ga原子团簇.实验结果表明,升温至500℃退火会促进Ga原子团簇呈现有序排列,是表面原子的热运动和Ga原子团簇与Si(100)的晶格匹配度的共同作用的结果.

液滴外延下生长参数对InAs纳米结构形貌的影响

利用液滴外延法在GaAs(001)衬底表面制备InAs量子点,通过控制变量分别研究沉积速率、沉积量对In液滴在GaAs表面生长过程中的影响.使用原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)表征I⁃nAs纳米结构形貌,得出结论:(1)沉积速率主要通过影响In液滴成核率来控制液滴的密度,即随着沉积速率的增大,In原子在衬底表面的成核率增加,InAs量子点密度增加,实验符合生长动力学经典成核理论.(2)沉积量的改变主要影响液滴的熟化过程,即随着沉积量的增大,可参与生长的活跃的In原子增加,促进了液滴熟化,使得扩散坍塌的原子数量增加,导致在InAs纳米结构中出现多量子点现象.

硅掺杂对不同衬底的氮化铝薄膜的影响研究

选择硅作为N型杂质源,采用高温热扩散的方式进行实验研究.采用磁控溅射法在硅/蓝宝石衬底上外延的AlN薄膜上沉积纯硅.硅的溅射时间决定了硅层的厚度,从而决定了硅的掺杂剂量.在氮气气氛下高温(1150℃)热扩散4小时后,AlN薄膜表面的硅原子扩散进入AlN晶格,取代铝原子的位置,形成掺杂硅的AlN薄膜.有效的硅掺杂导致AlN(002)衍射峰向一个较大的角度偏移,且偏移的角度随掺杂的浓度升高而增大.且硅衬底上的样品,使用能量色散光谱仪测试结果表明,衬底硅将作为固定的扩散源扩散到薄膜中,增加非故意掺杂浓度,因此可以在整个薄膜截面内测量到硅元素.蓝宝石的衬底的样品在热扩散后出现裂纹.

混合物理化学气相法(HPCVD)制备MgB_2超导薄膜技术

介绍了采用混合物理化学气相法(HPCVD)工艺以乙硼烷(B2H6)为硼源在热蒸发镀膜机内以不同的沉积温度在(0001)取向的Al2O3单晶基底上制备了MgB2超导薄膜,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和标准四线法电阻测量分析了沉积温度对生成的MgB2薄膜的表面形貌、晶体结构、超导转变温度的影响。结果表明,随着基底温度的升高,MgB2相结晶程度提高,c轴取向程度增强,薄膜整体性能显著提高。

STM探针电化学腐蚀装置的设计及实验研究

本文根据扫描隧道显微镜(STM)探针电化学腐蚀方法的特点,在总结其它STM探针电化学腐蚀装置的基础上,自制了STM探针电化学腐蚀装置。并用此装置进行探针制备的实验研究,摸索出了此装置制备高质量钨探针的较佳工艺条件,同时给出了所制探针的STM成像结果。

两种二硼化镁超导薄膜布图布线的湿法刻蚀技术(英文)

超导薄膜实现布图布线工艺是制备超导电子元件的必要步骤。报道了两种二硼化镁超导薄膜布图布线的湿法刻蚀技术:一种是先利用双氧水(H2O2)刻蚀前驱体硼薄膜,然后将刻蚀的样品放入钽坩埚中在镁蒸气下高温退火,实现了对超导薄膜二硼化镁(MgB2)布图布线的刻蚀;另一种是选用氢氟酸(HF)和硝酸(HNO3)的混合溶液直接在二硼化镁超导薄膜上进行图形刻蚀。通过上述两种方法刻蚀出的MgB2薄膜图形精确度高,超导转变温度Tc都在38K以上,临界电流Ic约为1×106 A/cm2。

用于MBE中的反射式高能电子衍射仪

对用于分子束外延(MBE)中的反射式高能电子衍射仪(RHEED)的工作原理以及RHEED衍射强度振荡在测量外延生长速率的应用进行了详尽的阐述;针对样品盘与RHEED系统的兼容问题,对样品盘进行了新的设计,并进行了实验研究。

低温下InAs纳米结构在GaAs(001)表面形成机制的研究

改变生长工艺、控制并调整液滴中原子扩散机制是对复杂纳米结构制备的关键途径,并且对基于液滴外延方法研究半导体纳米结构十分重要.本文在不同衬底温度,不同As压下在GaAs(001)上沉积相同沉积量(5 monolayer)的In液滴并观察其表面形貌的变化.原子力显微镜图像显示,液滴晶化后所形成的扩散"盘"且呈现一定的对称性.随着衬底温度的增高,圆盘半径逐渐扩大,扩散圆盘中心出现了坑.而随着As压的增高,所形成的液滴密度增加,以液滴为中心所形成的扩散圆盘宽度逐渐减小.基于经典的成核扩散理论对实验数据拟合得到:GaAs(001))表面In原子在[110]和[110]晶向上的扩散激活能分别为(0.62±0.01)eV和(1.37±0.01)eV,且扩散系数D_0为1.2×10^(-2)cm^(2)/s.对比其他研究小组的结果证实了理论的正确性.实验中得到的In原子的扩散激活能以及In液滴在GaAs(001)上扩散机理,可以为InAs纳米结构特性的调制提供实验指导.

一种高效率稳定的PWM-PSM双模调制技术

提出了一种新型的PWM-PSM双模调制技术,通过检测大功率器件驱动信号的占空比来判断系统负载的轻重,从而控制模式间的转换;在降低对取样电路精度要求的同时,有利于实现控制模块的数字化,提高转换效率。另外,为了提高驱动信号的稳定性,采用一个5位的DAC来实现锯齿波信号的数字化,增大噪声容限。仿真结果验证了设计的正确性。该控制方法已经成功应用于一款多功能的集成汽车电子调节器中。

衬底温度对Ga液滴在Al0.4Ga0.6As表面形成纳米结构的影响

本文研究了不同衬底温度对Ga液滴在Al0.4Ga0.6As表面形成纳米结构的影响,当300℃≤T≤380℃时,Ga液滴演化成纳米孔(Nanohole)和盘状结构(diffusion halo),纳米结构的尺寸随温度升高而增大.当T≥385℃时,盘状结构消失,形成一定平坦的AlxGa1-xAs薄膜,Ga液滴在界面处继续向下刻蚀直至耗尽,形成平均直径为75 nm,平均孔深为5.52 nm的纳米孔.本文还通过盘状结构测出平均扩散长度△R,并拟合出Ga原子在Al0.4Ga0.6As表面的激活能EA=0.78(±0.01)eV和扩散前因子D0=0.15(×4.1±1)10-2 cm2s-1.

Ga沉积量对形成AlGaAs表面纳米结构的影响

利用液滴外延技术在Al0. 4Ga0. 6As表面制备了纳米结构并用原子力显微镜进行表征,发现纳米结构的密度随金属Ga沉积量的增加呈先增加后减小再增加的趋势。这种密度异常变化的现象,主要是由于液滴之间相互扩散并最终形成连续的平坦层,随着沉积量的继续增加,新吸附的Ga原子在平坦层上面形成新的Ga液滴,从而导致了密度的降低。此外,纳米结构的孔深、孔径、环高和盘径几何特征尺寸随着沉积量的增加而增加,且在表面[1-10]和[110]两个方向上纳米结构中的量子环以及盘状结构的形貌特征呈现各向异性。

基于液滴外延法的Al(In)纳米结构在GaAs(001)的形成机制

采用液滴外延法在GaAs(001)衬底上同时沉积In、Al液滴形成纳米结构,利用原子力显微镜(AFM)对实验样品进行形貌表征,并通过X射线光电子能谱(XPS)与扫描电子显微镜分析In、Al组分比样品表面元素分布。实验结果显示,混合沉积后的表面InAlAs纳米结构密度随着In组分的降低而降低,而单个纳米结构的尺寸变大。SEM与XPS测试结果证明表面的In并没有因为衬底温度过高而全部偏析。根据实验结果推测,In&Al液滴同时沉积到表面形成InAl混合液滴。当液滴完全晶化后纳米结构中心出现孔洞,而产生这一现象的主要原因是液滴向下刻蚀。

AlxIn1-xAs电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论,对各组分Alx In1-x As(x为0~1)的晶体结构,电子结构和光学性质进行了第一性原理计算.结果显示,随Al组分x增加,Alx In1-x As晶体各键长将缩短,键角发生变化,晶胞体积也将减小,晶格常数的变化符合Vegard定律.另外,随着Al组分x的增加,Alx In1-x As的禁带宽度变宽,且能带有从直接带隙结构转变为间接带隙结构的趋势.具有较高In组分的Alx In1-x As晶体在可见光区域中的光吸收能力更强,光谱响应范围更大.

一种带有增益提高技术的高速CMOS运算放大器设计

设计了一种用于高速ADC中的高速高增益的全差分CMOS运算放大器。主运放采用带开关电容共模反馈的折叠式共源共栅结构,利用增益提高和三支路电流基准技术实现一个可用于12~14 bit精度,100 MS/s采样频率的高速流水线（Pipelined）ADC的运放。设计基于SMIC 0.25μm CMOS工艺,在Cadence环境下对电路进行Spectre仿真。仿真结果表明,在2.5 V单电源电压下驱动2 pF负载时,运放的直流增益可达到124 dB,单位增益带宽720 MHz,转换速率高达885 V/μs,达到0.1%的稳定精度的建立时间只需4 ns,共模抑制比153 dB。

不同缺陷对二维MoSi_(2)N_(4)的电子结构及光学性质影响

二维材料以优良性能在各领域表现出巨大潜力,单层MoSi_(2)N_(4)材料具有非磁性半导体和良好的稳定性。采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究在氮、硅、钼空位下二维MoSi_(2)N_(4)的光电性质。研究结果显示:和本征二维MoSi_(2)N_(4)相比,外层氮和钼原子缺陷结构的禁带宽度缩减极大,而内层氮和硅原子缺陷结构的禁带宽度分别为0.781和0.736 eV,均有所减小。在导电类型方面,二维MoSi_(2)N_(4)因为内层氮缺陷由p型半导体转变为n型半导体。同时,各个缺陷结构均使二维MoSi_(2)N_(4)发生了不同程度的红移。二维MoSi_(2)N_(4)以材料性能优异,研究光电性能对新一代光电器件具有重要意义。

一种具有基极补偿技术的高速运算放大器

介绍了一种基于高速互补双极型工艺设计的宽带高速运算放大器。该运放输入级采用折叠式共射-共基结构能够增大输入级带宽,改进型威尔逊电流镜作为有源负载将差分输入信号转换为单端输出信号,并提高输入级差分增益;通过基极补偿技术补偿输入对管基极电流,降低输入偏置电流,提高运放精度。输出级采用双缓冲AB类输出级,能够消除交越失真,提高运放带负载能力,并为负载提供较大功率。Spectre仿真结果表明:在±15 V,25℃,1 kΩ负载电阻和10 pF负载电容条件下输入偏置电流为34.8 nA,静态电流≤8 mA,单位增益带宽365 MHz,压摆率428.1 V/μs,0.01%精度建立时间为42.3 ns。

开放性实验教学对毕业设计的作用探讨

毕业设计及毕业论文是本科生培养的至关重要环节,是高校人才理论知识与实践技能的评估标准。随着电子信息技术兴荣发展,传统实验教学模式已无法满足毕业设计培养要求,开放性实验教学平台为毕业设计提供新的支持。分析开放性实验教学在毕业设计中的优势,结合直流开关电源设计、图像实时数据采集等具体实践案例探讨开放性实验教学对毕业设计的作用。结果表明,全面开放性实验教学能够激发学生创新潜力,促使其高效完成毕业设计,丰富科研成果,使实验教学数字信息化、开发自主化发展。

一种超低失调集成运算放大器的设计与实现

基于双极型工艺设计了一种超低失调集成运算放大器。通过在差分输入级的有源负载处设计电阻修调网络来调整失调电压,并针对基极电流补偿不可控的问题设计了可修调的基极电流补偿结构来降低偏置电流,利用激光修调技术减小基极补偿结构引入的随机失调,有效改善了输入级失调。增益级采用结型场效应晶体管(JFET)差分对管以获得高增益,输出级采用全npn晶体管的乙类输出结构可满足大功率输出需求。芯片实测数据表明:在全温度范围内,失调电压最大为-25.3μV,失调电压温漂为0.025μV/℃,输入偏置电流为-3.535 nA,输入失调电流为-0.825 nA。实现了超低的失调电压、电流和温漂。

具有可控空穴抽取路径的低损耗4H-SiC双沟槽超结IGBT

基于TCAD设计并仿真了一种具有可控空穴抽取(CHE)路径的双沟槽超结IGBT(CHE-SJ-TIGBT)结构。该器件采用肖特基和非对称超结结构,以增强器件的导通性能和阻断能力。CHE路径由金属栅极(MES)控制。CHE-SJ-TIGBT导通时,高偏置的MES栅极电压会夹断CHE路径,使P-屏蔽层(P-shield)处于浮空状态,以维持较高电导调制并获得较低的导通压降(V_(on))。CHE-SJ-TIGBT关断过程中,CHE路径开启,提供额外的空穴抽取路径,有利于降低关断损耗(Eoff)。仿真结果表明,与浮空的P-shield IGBT(FS-TIGBT)和接地的P-shield IGBT(GSTIGBT)相比,CHE-SJ-TIGBT的V_(on)分别降低了58.02%和68.64%,同时短路耐受时间分别提升了55.8%和32.8%。此外,阻断电压提升了约18.6%。CHE-SJ-TIGBT的关断损耗虽略高于GS-TIGBT,但比FS-TIGBT低了70%,在V_(on)与Eoff之间存在更好的折中关系。