锗/多孔硅和锗/氧化硅薄膜光致发光的比较研究

采用磁控溅射技术,以锗为溅射靶,在多孔硅上沉积锗薄膜,沉积时间分别为4,8和12min,及以锗-二氧化硅复合靶为溅射靶,在n型硅衬底上沉积了含纳米锗颗粒的氧化硅薄膜,锗与总靶的面积比分别为5%,15%,30%。各样品在氮气氛中分别经过300,600及900℃退火30min。对锗/多孔硅和锗/氧化硅薄膜进行了光致发光谱的对比研究,用红外吸收谱分析了锗/多孔硅的薄膜结构。实验结果显示,锗/多孔硅薄膜的发光峰位于517nm附近,沉积时间对发光峰的强度有显著影响,锗层越厚峰强越弱。锗/氧化硅薄膜的发光峰位于580nm附近,锗与总靶的面积比对发光峰的强度影响较大,锗/氧化硅薄膜中的锗含量越高峰强越弱。不同的退火温度对样品的发光峰强及峰位均没有明显影响。可以认为锗/多孔硅的发光峰是由多孔硅与孔间隙中的锗纳米晶粒两者界面的锗相关缺陷引起的,而锗/氧化硅的发光峰来自于二氧化硅的发光中心。

小行星探测及采样返回任务电推进系统方案设计

离子电推进具有高比冲、长寿命、多工作点可调的优势,能够很好的适用于小行星探测器巡航阶段主推进任务,可以大幅提升探测器的有效载荷比和空间进入能力。通过调研国外电推进在深空探测任务中的应用情况,结合我国小行星探测任务规划,在充分借鉴国外成功经验和全面继承我国电推进研制经验的基础上,依据任务需求,对可选用的多种电推进系统开展了对比分析,可以看出离子电推进系统具有显著优势。在此基础上,以既定任务为例,设计了不同配置的小行星探测离子电推进系统方案,对比分析了各方案的优劣势,最后对小行星探测离子电推进的关键技术进行了分析讨论。研究结果将为我国小行星探测任务提供参考。

镁离子掺杂多孔硅的蓝光发射

用电化学方法对多孔硅薄膜进行了镁离子的化学掺杂。用荧光分光光度计分析了样品的光致发光特性,发现镁掺杂增强了多孔硅的蓝光发射,当镁离子浓度增大到0.002mol/L时,可使蓝光强度达到多孔硅红光强度的一半。红外吸收谱表明,掺镁多孔硅的表面形成较完整的Si-O-Si网络结构,分析结果认为,多孔硅的蓝光光激发主要发生在多孔硅的纳米硅粒中,光发射主要发生在多孔硅中包裹纳米硅SiOx层中的发光中心上,对实验结果进行了合理的解释。

金属掺杂多孔硅薄膜的制备及荧光光谱研究

用电化学方法对多孔硅薄膜进行了金属掺杂.用荧光分光光度计分析了样品的光致发光特性,结果表明,适量的金属掺杂增强了多孔硅的红光发射,氧化性金属掺杂还增强了多孔硅的蓝光发射,还原性金属掺杂却无此现象.红外吸收谱表明,金属掺杂多孔硅后Si—O—Si键振动增强.XRD谱表明,氧化性金属掺杂后多孔硅的无定形程度增强.对分析结果的解释为:红光增强是金属掺杂引入新的缺陷和硅、氧、金属间新的键态Si—Metal,Metal—O,Metal—Metal所致,而蓝光增强是无定形程度增强,应力增大和进一步氧化所致.

电推进技术在全电推进卫星平台的应用研究

全电推进卫星平台能够大幅度降低卫星平台的推进剂需求量,并带来包括减轻卫星发射重量、提高卫星有效载荷能力、延长卫星服役寿命等方面的经济效益.通过调研全电推进卫星平台的进展情况,梳理了全电推进卫星平台对电推进的任务需求,设计了全电推进系统方案及应用模式,经过分析计算,卫星发射重量在2 000 ～3 000 kg 之间,在半年之内完成卫星轨道转移,需要单台推力器推力达到200～300 mN,选择适当的轨道策略,全电推进系统是可以满足任务需求的.

制备方法对锌掺杂多孔硅蓝光发射强度及稳定性的影响

分别采用浸渍法和电镀法对多孔硅薄膜进行了锌掺杂。用扫描探针显微镜研究了多孔硅掺杂前后的表面形貌,用荧光分光光度计分析了样品的光致发光特性,发现锌掺杂增强了多孔硅的蓝光发射,且在420nm附近出现了一个小峰,样品放置一个月后,发光强度和峰位变化很小。红外吸收谱表明锌掺杂后,Si—O—Si键、Si2O—SiH键、H2Si—O2键的振动增强,且引入了Zn—O键。锌掺杂多孔硅发射蓝光是由于掺杂后多孔硅无定形程度增大,应力增大,表面进一步被氧化,使纳米硅粒中激发的电子-空穴对在SiOx层中或纳米硅粒与SiOx层界面的发光中心复合发光造成的,420nm处的发光峰是由锌填隙引起浅施主能级上的电子到价带跃迁造成的,同时分析了电镀法掺杂锌的优越性。

氧分压对磁控溅射制备ZnO薄膜的结构及光学特性的影响

采用射频反应磁控溅射法在玻璃衬底上成功制备出具有c轴高择优取向的ZnO薄膜,利用X射线衍射及紫外-可见吸收和透射光谱研究了氧分压变化对ZnO薄膜的微观结构及光吸收特性的影响。结果表明,当工作气压恒定时,用射频反应磁控溅射制备的ZnO薄膜的生长行为主要取决于成膜空间中氧的密度,合适的氧分压能够提高ZnO薄膜的结晶质量;薄膜在可见光区的平均透过率达到90%以上,且随着氧分压的增大,薄膜的光学带隙发生了一定程度的变化。采用量子限域模型对薄膜的光学带隙作了相应的理论计算,计算结果与对样品吸收谱所作的拟合结果符合较好,二者的变化趋势完全一致,表明ZnO纳米晶粒较小时,薄膜光学带隙的变化与量子限域效应有很大关系。

40cm离子推力器功率宽范围工作实验研究

深空探测任务要求太阳能电推进系统具有大推力、高比冲特性,同时随着航天器离开太阳距离的增加,太阳能效率快速降低,要求电推进系统具备功率宽范围高效工作能力。为了研究兰州空间技术物理研究所研制的40cm离子推力器功率宽范围工作能力,从实验角度研究了1~10k W 40cm离子推力器的工作性能及其变化规律。通过对离子推力器工作参数和性能的分析与计算,依据功率调节方法确定了40cm离子推力器1~10k W多模式工作点电参数;通过阴极流率优化和放电损耗优化实验确定了多模式工作点最佳供气参数。在设计确定的电参数和实验确定的供气参数下,开展了1~10k W调节实验,获取了40cm离子推力器的工作性能及其变化规律。实验结果表明:40cm离子推力器可在1~10k W内稳定工作,推力42~336m N,比冲2174~4389s,效率41%~72%;随功率增加效率增高,当功率大于2.5k W时效率大于63%。

离子推力器多模式化研究

为了实现离子推力器多模式化,分析了离子推力器功率宽范围调节限制因素,提出了两种宽范围调节策略;针对我国小行星探测任务,完成了30cm多模式离子推力器研制、功率宽范围调节限制条件确定、以及两种调节策略下多模式工作点设计及对比研究。结果显示,通过降低放电室磁场强度可延伸离子推力器最小稳定工作功率,提高束流均匀性,实现离子推力器更宽功率范围多工作点设计;功率宽范围调节主要是屏栅电压和束电流的宽范围调节,二者通过栅极导流系数限制和交叉限制而约束;推力随功率增加呈线性增加关系,比冲随功率的增加总体上呈先快速增加后趋于稳定的趋势;30cm多模式离子推力器在0.25kW^5kW内稳定工作,推力10mN^186mN,比冲1522s^3586s。

LHT-100霍尔推力器宽功率范围工作实验研究

为了研究兰州空间技术物理研究所口径为100mm的LHT-100霍尔推力器宽功率范围工作性能,从实验的角度研究了放电电压100~400V、放电功率500~1800W时LHT-100霍尔推力器的工作性能。实验结果表明,LHT-100霍尔推力器可以在较宽功率范围内正常工作,放电特性和推力性能稳定,推力变化范围为30~95mN,比冲变化范围为600~1950s,推力效率变化范围为18%~53%,功率推力比变化范围为14.3~18.4W/mN。

磁控溅射制备ZnO薄膜的结构及发光特性研究

采用射频反应磁控溅射法在玻璃衬底上制备出具有c轴高择优取向的ZnO薄膜,利用X射线衍射、扫描探针显微镜及荧光分光光度法研究了生长温度对ZnO薄膜微观结构及光致发光特性的影响。结果表明,合适的衬底温度有利于提高ZnO薄膜的结晶质量;在室温下测量样品的光致发光谱(PL),观察到波长位于400nm左右的紫光、446nm左右的蓝色发光峰及502nm左右微弱的绿光峰,随衬底温度升高,样品的PL谱中紫光及蓝光强度逐渐增大,同时,绿光峰的强度也表现出一定程度的增强。经分析得出紫光应是激子发光所致,而锌填隙则是引起蓝光发射的主要原因,502nm左右的绿光峰应该是氧的深能级缺陷造成的。此外,还测量了样品的吸收谱,并结合样品吸收谱的拟合结果对光致发光机理的分析作了进一步的验证。

衬底温度对磁控溅射法制备ZnO薄膜结构及光学特性的影响

采用射频反应磁控溅射法在玻璃衬底上制备了具有c轴高择优取向的ZnO薄膜,利用X射线衍射仪、扫描探针显微镜及紫外分光光度计研究了生长温度对ZnO薄膜的结构及光学吸收和透射特性的影响。结果表明,合适的衬底温度有利于提高ZnO薄膜的结晶质量;薄膜在紫外区显示出较强的光吸收,在可见光区的平均透过率达到90%以上,且随着衬底温度的升高,薄膜的光学带隙减小、吸收边红移。采用量子限域模型对薄膜的光学带隙作了相应的理论计算,计算结果与实验值符合得较好。

稀土钇掺杂多孔硅光致发光研究

采用电化学方法在多孔硅中掺杂了稀土钇(Y)元素。用荧光分光光度计分析了样品的光致发光特性。多孔硅样品在440nm波长激发下,光致发光谱上主发光峰位于620nm,认为其来源于Si-O复合物的发光中心;多孔硅样品在390nm波长激发下,光致发光谱上主发光峰分别位于527和576nm,并且用量子限制/发光中心模型加以解释。钇掺杂多孔硅样品的光致发光强度明显增强,并且在484nm附近出现新的发光峰。分析结果认为,这是由于钇的掺入,在多孔硅禁带中形成了新的表面能级,从而形成新的发光中心的结果。

超大型航天器应用电推进系统方案设计

超大型航天器运行在(393±10)公里的近地轨道上,由于受到大气阻尼的减速作用,需要对超大型航天器实施轨道维持。LHT-100霍尔电推进系统是一种可用于超大型航天器轨道维持的高比冲小推力的电推进装置,采用电推进系统,超大型航天器年推进剂需求量可以降低到400kg以下,并需要对载有航天员的超大型航天器的安全性和可靠性进行评估。本文提出了超大型航天器轨道维持霍尔电推进系统方案设计,对霍尔推力器和贮气单元气瓶组件在轨可置换性进行了分析,最后对其可靠性和安全性进行了设计与分析,为我国超大型航天器采用LHT-100霍尔电推进系统进行轨道维持开展系统产品研制奠定了坚实的基础。

电推进器在GEO静止卫星上的安装策略

电推进器相对于化学推进器具有高比冲、小推力、长寿命、能重复启动和高的控制精度等优点而成为各国研究的热点。随着世界范围内电推进技术的蓬勃发展,电推进器已成为同步轨道(GEO)静止卫星的南北位置保持的标准配置。电推进器在卫星上的不同安装策略对电推进器与整星之间的兼容性有着重要影响,要保证电推进器与GEO静止卫星集成后两者之间的可靠兼容。因此,研究电推进器在GEO静止卫星上的安装策略很有必要。本文研究了分别在三轴稳定卫星的太阳电池阵列上和卫星星体上安装电推进器时电推进器的安装布局,为GEO静止卫星电推进器的安装布局提供解决策略,从而为卫星结构设计提供参考。

小卫星领域应用电推进技术的评述

小功率电推进已成为最有技术竞争力的小卫星应用的推进系统选择。在总结美国、俄罗斯、欧洲、日本等国家离子、霍尔、电热、PPT、FEEP等小功率电推进技术发展和小卫星应用情况的基础上,从轨道转移、大气阻尼补偿、位置保持、姿态控制、编队飞行等任务方面分析了小卫星对电推进系统的需求和应用电推进的必要性及可行性,针对小卫星主要任务需求分别提出了10 W、100 W和500 W级小功率电推进技术发展和应用方面的具体建议。

C镶嵌SiO2薄膜电致发光谱的数值分析

采用磁控溅射法制备了含纳米碳粒的氧化硅薄膜,在室温下测量了Au/镶嵌纳米碳粒氧化硅膜/p-Si结构的电致发光谱,电致发光谱显示,随着正向偏压的增加,来自该结构的电致发光峰位于650nm处几乎不移动,发光强度增大。利用位形坐标模型对C镶嵌SiO2薄膜的电致发光谱进行了分析,结果表明该结构的电致发光谱存在1.8和2.0eV左右的两个发光中心,分别来自SiO2层的非桥氧空位和纳米C团簇。

洁净系统中激光诱导颗粒污染物的分析与评估

高功率激光系统要求在洁净环境中运行,若光学元件表面在工作过程中附着污染物,将导致光学元件的损伤及整个系统负载能力的下降。针对洁净系统中激光与材料作用而产生的颗粒物,分析其作用机制,探讨用于评估的理论依据,讨论测量的需求和方法,并对系统表面存在的颗粒污染物进行了实际测量分析,提出了深入开展高功率激光系统中颗粒污染物测量与评估的技术途径。

纳米硅氧化硅复合薄膜的光吸收蓝移数值计算

采用磁控共溅射法制备了含不同尺寸纳米硅晶粒的氧化硅复合薄膜.用高分辨电子透射显微镜测定了所制备样品中纳米硅粒的粒径,确定了其光学带隙和光吸收边蓝移量.对样品光吸收边蓝移量进行了理论计算,比较了理论蓝移量与实验蓝移量之间的差异,并进行了相应的理论分析.