铱衬底上金刚石外延形核与生长:第一性原理计算

异质外延为金刚石晶圆合成提供了一个有效的实现路径,而Ir衬底上金刚石形核生长技术经过20多年的发展已经有能力制备最大直径为3.5英寸的晶体,开启了金刚石作为终极半导体在电子信息产业应用的大门。然而,表面形核、偏压技术窗口、金刚石外延生长等一系列发生在异质衬底上的问题都需要从生长热力学的角度给予解释。本研究针对化学气相沉积气氛中金刚石如何实现外延形核与生长这一关键问题,利用第一性原理计算从原子尺度对金刚石形核生长过程展开了系列探究。研究结果如下:C原子在Ir衬底表面位点吸附比在体相位点吸附更稳定,表明无偏压条件下金刚石形核只能在衬底表面发生;离子轰击作用下非晶氢化碳层中sp3杂化C原子个数随着离子动能的增加呈现先增大后减小的变化规律,证实了金刚石高密度形核存在一定的离子动能与偏压大小窗口;金刚石沿着Ir衬底外延生长时界面结合能最低(约为–0.58 eV/C),意味着界面结合能是决定外延形核生长的主要热力学因素。本研究阐明了偏压辅助离子轰击促进金刚石单晶外延生长的热力学机制,对于指导金刚石及其他碳基半导体生长具有重要意义。

等离子体聚集装置下的高能量密度单晶金刚石快速生长研究

单晶金刚石是一种性能优异的晶体材料,在先进科学领域具有重要的应用价值。在微波等离子体化学气相沉积(Microwave plasma chemical vapor deposition,MPCVD)单晶金刚石生长中,如何提高晶体的生长速率一直是研究者们关注的重点问题之一,而采用高能量密度的等离子体是提高单晶金刚石生长速率的有效手段。在本研究中,首先通过磁流体动力学(Magnetohydrodynamic,MHD)模型仿真计算,优化设计了特殊的等离子体聚集装置;随后基于模拟结果进行生长实验,采用光谱分析和等离子体成像对等离子体性状进行了研究,制备了单晶金刚石生长样品;并通过光学显微镜、拉曼光谱对生长样品进行测试。模拟结果显示,聚集条件下的核心电场和电子密度是普通条件下的3倍;生长实验结果显示,在常规的微波功率(3500 W)、生长气压(18 kPa)下得到的高能量密度(793.7 W/cm^(3))的等离子体与模型计算结果吻合。高能量密度生长条件并不会对生长形貌产生较大影响,但加入一定量氮气能够显著改变生长形貌,并对晶体质量产生影响。采用这种方法,成功制备了高速率(97.5μm/h)单晶金刚石。不同于通过增大生长气压来获得高能量密度的途径,本研究在常规的生长气压和微波功率下也可以生长高能量密度单晶金刚石。

终端金刚石能带结构与物理性能的研究进展

5G通信、能源互联网、新能源汽车、量子技术等高精尖领域对半导体的性能提出了新的更高的要求。第四代半导体金刚石因具有优异的物理化学性能被誉为“终极半导体”,被认为是制备下一代高功率、高频、高温及低功率损耗电子器件最理想的材料。而浅n型掺杂的技术瓶颈一定程度阻碍了金刚石半导体应用的发展。表面终端研究为金刚石功能化的发展提供了新的策略,金刚石通过表面终端实现了场效应晶体管、肖特基二极管、日盲紫外探测器、电子发射器件和近表面色心调控等重要应用,而表面终端发挥作用的机理与其能带结构特点密不可分。本文综述了几种常见终端的能带研究方法,分析其能带的结构特点,结合特点介绍其发挥作用的机理,并进行了总结和展望。

MWCNT Doped Reverse-Mode Polymer Network Liquid Crystals with Frequency Response Property

Polymer-liquid crystals(PLCs)are common materials for smart windows.However,PLC smart windows usually require high driving voltage to maintain transparency.We synthesized a novel PLC smart film by doping multi-wall carbon nanotubes(MWCNTs)into a reverse-mode polymer network liquid crystal(R-PNLC).

子宫颈癌放疗后宫内节育器取出23例分析

目的探讨子宫颈癌放疗后宫内节育器(intrauterine device,IUD)取出的经验。方法2020年1月~2022年12月我科对23例子宫颈癌放疗后IUD在腹部超声引导宫腔镜下取出。对于阴道和(或)宫颈粘连,在腹部超声引导下,宫腔检查镜镜体喙部或弯钳钝性分离粘连,若镜体喙部难以分离粘连进入宫腔,在超声引导下探针探入宫腔,逐渐扩张宫颈管至6号扩宫棒,再次置入宫腔检查镜进入宫腔;对于宫颈挛缩明显且坚韧,宫颈钳无法钳夹宫颈,1-0可吸收缝合线缝扎阴道顶端挛缩的宫颈前唇和(或)后唇,助手牢固牵拉固定宫颈。结果4例阴道部分粘连及宫颈挛缩,10例仅宫颈挛缩,余9例未见阴道粘连及宫颈挛缩。宫腔镜下见宫颈管粘连3例,子宫内膜息肉2例,黏膜下子宫肌瘤1例,宫腔积脓2例,IUD嵌顿2例,其余13例为正常宫腔形态。23例腹部超声引导宫腔镜成功完整取出IUD(圆形12例,宫形6例,V形2例,Y形1例,T形1例,伞形1例),手术时间(19.2±10.9)min,均无宫腔假道形成、子宫穿孔、脏器损伤、阴道大量出血、经尿道前列腺电切综合征、感染、栓塞、休克等并发症发生。23例术后随访2~24个月,中位数12个月,1例继续同步放化疗,3例继续后装放疗,1例继续化疗,2例靶向治疗(远处转移),余16例定期复查恢复良好,无腹痛、发热及阴道出血等并发症发生。结论子宫颈癌放疗后如果癌灶大小及部位不影响IUD取出,应尽早取出,腹部超声引导宫腔镜检查在宫颈癌放疗后IUD取出中具有一定的安全性及可行性。

原子层沉积及其在透明导电薄膜领域的研究与应用

集成电路行业器件尺寸不断缩小,表面更复杂,对镀膜提出了更高的要求,而原子层沉积因其保形性和自限制生长的优势而获得了广泛的关注和研究。本文在简要介绍一些常用的镀膜方式基础上,对原子层沉积原理及自限制生长进行了重点介绍。以氧化铟为代表,通过对比分析说明原子层沉积制备薄膜在形貌、成分等方面的优越性,对不同方式制备的常见透明导电薄膜的光电性能进行了总结。详细讨论了原子层沉积的应用范围,包括在大尺寸基底,如大平面和大曲率基底上可以制备高质量薄膜,在小尺寸基底,如粉体、沟槽、微纳结构上仍然有着超高的保形性。最后对原子层沉积制备薄膜的优势进行了总结,对其独特的发展潜力进行了展望。

原子层沉积技术用于红外透明导电薄膜

二十世纪六七十年代,前苏联科学家Aleskovskii和Koltsov首次提出了原子层沉积(atomic layer deposition,ALD)技术,但受限于沉积效率低、表面化学反应复杂、设备要求较高等因素而未得到发展。二十世纪九十年代以后,集成电路行业器件尺寸不断减小,纵横比不断增大,器件表面更加复杂,镀膜困难程度不断提高。ALD技术以其可自限制生长和共形沉积的特点,在大平面、大曲率基底、小尺寸沟槽及缝隙等复杂三维表面均匀沉积薄膜,甚至可以用于辅助生长纳米催化剂,因而在众多薄膜沉积技术中脱颖而出。

退火方式及温度对层层碘化法CuI薄膜结构、形貌和光电性能的影响

CuI薄膜可以通过Cu金属膜的碘化法来制备,为了优化碘化法CuI薄膜的光电特性,本文通过层层碘化法制备了CuI薄膜样品,并采用后退火和层层退火两种方式处理CuI样品,对薄膜样品的结构特性、表面形貌和光电性能进行了分析。结果表明,层层退火方式有效提高了样品的结晶度,而后退火方式则有利于薄膜表面CuI的二维平面移动,从而增加了薄膜表面的致密性。后退火方式将CuI薄膜的透过率提高至80%~90%,层层退火方式将CuI薄膜的电阻率优化至0.034Ω·cm。

基于等离子体诊断的MPCVD单晶金刚石生长优化设计

微波等离子体化学气相沉积(Microwave plasma chemical vapor deposition,MPCVD)技术是制备大尺寸、高品质单晶金刚石的理想途径,然而MPCVD单晶金刚石生长过程的复杂性与晶体生长需求的多样性难以对生长过程进行优化设计。针对此问题,本研究提出了一种基于等离子体诊断技术的MPCVD单晶金刚石生长的系统性设计方法,采用等离子体成像和光谱分析对微波等离子体进行量化诊断。并利用自主研发的MPCVD设备,研究了腔室压力-微波功率-等离子体性状-衬底温度间的物理耦合特性和量化关系,得到了不同参数下的等离子体有效长轴尺寸、基团浓度和分布、能量密度等数据,以实验观测数据为基础拟合得到了单晶金刚石生长工艺图谱。根据此工艺图谱,可以通过选择生长温度和所需生长面积来选取工艺参数,且通过实验验证,表明此图谱具有较强的指导意义,预测参数误差小于5%。同时根据该图谱的预测,研究了不同等离子体能量密度下的单晶金刚石生长情况,在较低功率下(2600 W)也得到了较高的能量密度(148.5 W/cm3),含碳前驱体的浓度也高于其他工艺条件,因而获得了较高的生长速率(8.9μm/h)。此套方法体系可以针对不同单晶金刚石生长需求进行有效的等离子体调控和工艺优化。

五味子酮对β淀粉样蛋白所致神经元应激损伤的保护作用

目的：研究人工合成的β淀粉样蛋白β-AP25-35对原代培养的大鼠海马神经元内活性氧的影响以及五味子酮的保护作用。方法：原代培养7-9 d的大鼠海马神经元随机分为β-AP25-35处理组、五味子酮干预组和空白对照组3组,分别给予β-AP25-35（1μmol/L）、β-AP25-35（1μmol/L）＋五味子酮（100μmol/L）或仅予Neuro-basal＋B27培养基。继续培养48 h后,测定并计算各组细胞内活性氧。结果：各组神经元内活性氧的含量为：β-AP25-35处理组（44.58±3.86）U/ml,五味子酮干预组（15.70±2.13）U/ml,空白对照组（5.46±1.58）U/ml。β-AP25-35处理组、五味子酮干预组两组神经元内活性氧的含量与空白对照组比较,均有明显升高（P〈0.01）,β-AP25-35处理组活性氧含量又明显高于五味子酮干预组（P〈0.01）。结论：β-AP25-35可以引起原代培养的大鼠海马神经元内的活性氧增加,五味子酮对此有部分阻断作用,对神经元有一定程度的保护作用。

五味子酮对β-淀粉样蛋白诱导大鼠海马神经元内游离钙离子浓度变化的影响

目的观察中药五味子酮对β-淀粉样蛋白(Aβ25~35)诱导的大鼠海马神经元内游离钙离子浓度([Ca2+]i)变化的影响。方法采用大鼠海马神经元原代培养技术,运用双激发波荧光指示剂Fura-2/AM标记胞内相对[Ca2+]i的变化并进行比较。结果1μmol/L Aβ25~35作用于海马神经元48 h后,[Ca2+]i为0.5951±0.0311,明显高于空白对照组的0.3617±0.0197(P<0.05);1μmol/L Aβ25~35和100μmol/L五味子酮共同作用于海马神经元48 h后,[Ca2+]i为0.4168±0.0468,仍明显高于空白对照组(P<0.05),但较单纯Aβ25~35作用后明显下降(P<0.05)。结论中药五味子酮可以通过抑制Aβ诱导的神经元[Ca2+]i增加,维持细胞内钙稳态,对神经元有一定的保护作用。

衬底偏压对四面体非晶碳膜结构和性能的影响

采用过滤阴极真空电弧技术并施加一定的衬底负偏压,在P(100)单晶硅片上制备出四面体非晶碳薄膜.利用可见光Raman光谱研究薄膜的结构,通过BWF函数描述的单斜劳伦兹曲线拟合数据并获得表征曲线非对称性的耦合系数,从而反映了薄膜中sp图杂化的含量.分别用原子力显微镜和纳米压入仪研究薄膜的表面形态和力学性能.结果表明:当衬底偏压为-80V时,薄膜中sp3杂化的含量最多,均方根表面粗糙度值最低(Rq=0.23 nm),硬度、杨氏模量和临界刮擦载荷也最大,分别为51.49 GPa、512.39 GPa和11.72 mN.随着衬底偏压的升高或降低,sp3键的含量减少,其它性能指标也分别降低.

非晶硅太阳电池窗口层材料掺硼非晶金刚石的研究

以固态掺杂方式利用过滤阴极真空电弧技术制备掺硼非晶金刚石薄膜,获得性能优良的宽带隙p型半导体材料,再利用等离子增强化学气相沉积技术制备p-i-n结构非晶硅太阳电池的本征层和n型层,最终制成以掺硼非晶金刚石薄膜为窗口层的非晶硅太阳电池.利用Lambda950紫外-可见光分光光度计表征薄膜的光学带隙,并测试电池开路电压、短路电流、填充因子以及转化效率等参数,再分析电池的光谱响应特性.实验表明,掺硼非晶金刚石薄膜的光学带隙(～2.0eV)比p型非晶硅更宽,以掺硼非晶金刚石薄膜用作非晶硅太阳电池的窗口层,能够改善电池的光谱响应特征,并提高转化效率达10%以上.

过滤电弧沉积非晶金刚石薄膜的光谱椭偏研究

为了深入理解过滤阴极电弧沉积非晶金刚石薄膜的光学性质,利用光谱椭偏仪研究了薄膜光学常数随测试偏振光波长变化的谱学关系,进而分析了薄膜折射率、消光系数和光学带隙与沉积能量之间的变化规律。实验表明,非晶金刚石薄膜的折射率高于金刚石晶体的折射率,薄膜的吸收光谱在高吸收区可以用抛物线型函数描述,并由此计算Tauc带隙。随着波长向红外延伸,非晶金刚石薄膜的消光系数渐次降低并趋近于零,光学常数因沉积能量变化而实现的调整幅度也逐渐缩小。随着衬底偏压的增加,折射率和光学带隙都是先升高后减小,并在负偏压为80 V时有最大值;而消光系数却是先减小再升高,在负偏压为80 V时有最小值。

不同厚度四面体非晶碳薄膜的拉曼表征和内应力

为了探讨膜厚对四面体非晶碳薄膜拉曼结构表征和内应力的影响规律,进而确定应力与拉曼光谱之间的关系,采用过滤阴极真空电弧技术以相同的工艺条件在P(100)单晶抛光硅衬底上制备了从3nm^350nm不同厚度的四面体非晶碳薄膜。利用表面轮廓仪和原子力显微镜测试膜厚,表面轮廓仪确定曲率半径并计算薄膜应力,共聚焦拉曼光谱表征薄膜的结构细节。实验发现,随着膜厚的增加,四面体非晶碳薄膜的应力持续下降,当膜厚超过30nm时,应力的下降趋势变得平缓,并保持在小于5GPa的较低水平。随着膜厚的增加,可见光拉曼光谱中衬底硅的一阶和二阶谱峰强度逐渐降低,在50nm^80nm膜厚范围,半高宽最窄,峰强最高,能够最有效地获得拉曼结构信息。随着膜厚的增加和应力的下降,非晶碳一阶谱峰的峰位表现为逐渐向低频偏移。

非晶金刚石与非晶碳化锗复合增透保护膜系的设计与实现

为了有效保护硫化锌等红外光学元件并提高其在工作波段的透过率,根据薄膜光学原理进行增透设计,从而获得膜系光学参数;采用射频磁控溅射技术制备非晶碳化锗薄膜,通过调整甲烷流速比调整薄膜的折射率,根据流速比和沉积时间控制膜厚,再用过滤阴极真空电弧技术制备非晶金刚石薄膜,分别改变衬底偏压和沉积时间控制薄膜的折射率和膜厚.利用光谱椭偏仪和台阶仪表征薄膜折射率和膜厚,通过小角X射线反射和X射线光电子谱测试非晶金刚石薄膜的密度和非晶碳化锗薄膜中的锗含量,使用纳米压痕仪和傅里叶红外透射谱仪确定薄膜的硬度和红外透过率.试验表明,非晶金刚石和非晶碳化锗薄膜的折射率分别与薄膜的密度和薄膜中的锗含量密切相关,非晶金刚石与非晶碳化锗复合膜系是硫化锌等红外光学元件性能优异的增透保护膜.

基于极限平衡法的弃渣场稳定性分析

随着基础设施建设的不断发展,弃渣场作为废弃土壤、垃圾等的处理场地,扮演着至关重要的角色。随着弃渣场的不断增多,其边坡稳定性问题也逐渐成为业界关注的焦点。本文以某弃渣场为案例,利用极限平衡法对该弃土场在不同工况下的边坡稳定性进行深入研究,指出该弃土场边坡处于稳定状态,能够满足规定要求,整体稳定性较好,发生失稳破坏概率低。但其局部区域在地震或集中降雨等不利工况下仍然存在小型滑塌风险,建议对评估区内有威胁对象的地质灾害点开展系统的长期监测工作。

CrMo WVNbTi系耐磨铁基堆焊合金的量化设计和结构研究

从硬度、抗裂性和耐磨性等试验着手 ,通过分析堆焊层的显微结构 ,明确其合金化机理及形成条件 ,进而实现强化机构的量化设计 ,达到堆焊层显微结构的取利避害 ,解决高硬度和抗裂性之间的矛盾 。