硅硼掺杂碳点的制备及其在血红蛋白传感中的应用

杂原子掺杂是提高碳点荧光性能的有效手段。本研究以柠檬酸(C_6H_8O_7)、硼酸(H_3BO_3)、3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)为原料,采用微波法一步制备硅和硼掺杂的碳点(Si BCDs);在Si BCDs前驱体中加入聚丙烯酸钠(PAAS),微波法制备了水溶性好、量子产率高的PAAS-Si BCDs。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)及红外光谱(FT-IR)对制备的碳点进行了表征。SiBCDs粒径约4~8 nm,PAAS-Si BCDs平均粒径5.2 nm,两者最大激发波长和发射波长分别为350和445 nm,荧光量子产率(QY)分别为20.1%和34.6%。基于血红蛋白对PAAS-Si BCDs的荧光猝灭效应,建立了全血样品中血红蛋白(Hb)的检测方法,线性范围为0.21~5.22μmol/L,检出限为0.06μmol/L(S/N=3)。

硼掺杂纳米硅薄膜的多脉冲激光熔覆数值模拟及实验研究

为研究多脉冲激光的热累积效应对硼掺杂纳米硅薄膜熔覆过程的影响,采用单温模型,利用三维有限元方法对激光与硅薄膜的相互作用过程中温度场的分布进行了数值模拟,得到了多脉冲激光耦合情况下的温度场变化规律。仿真结果表明:与单脉冲相比,在多脉冲激光作用下,峰值温度增加了3.2%,熔池尺寸扩大了18.75%,同时热影响区范围也明显增加;激光辐照后,熔覆层表面温度下降,但基体温度仍会继续上升,多脉冲热累积效应为纳米硅薄膜中硼元素扩散提供了有利条件。最后,通过单脉冲及多脉冲激光熔覆实验,分析了熔覆硅薄膜后的熔覆层表面状况的差异,并获得了激光熔覆辅助硼元素扩散的一般规律,为硼掺杂纳米硅薄膜的激光辅助扩散技术在半导体器件中的应用提供了条件。

硅-钛-硼掺杂金刚石烧结过程的研究

采用x射线衍射分析和透射电镜观察,研究了硅-钛-硼掺杂金刚石在烧结过程中各物相的反应。随着烧结温度的升高,硅、钛分别与金刚石表面石墨化的碳反应生成SiC和TiC,硅与钛反应形成TiSi_2。在1500～1600℃,TiSi_2发生分解,新生的硅和钛与金刚石表面剩余的石墨反应生成相应的碳化物。通过金刚石颗粒间的碳化物的烧结,将金刚石粘结起来。

硼硅对BST薄膜结构和性能的影响

用sol-gel法制备0.5mol/L钛酸锶钡(Ba0.7Sr0.3TiO3)前驱溶液,并在其中加入硼、硅成功地制备了室温下具有优良铁电性质的BSTS薄膜。XRD及DSC分析显示,BSTS薄膜呈现钙钛矿结构。测试结果表明,随着硼、硅的加入量增加,其εr和tgδ明显降低。当硼、硅的加入量小于10mol/L时,薄膜的漏电流比没有加入硼、硅的BST薄膜的低,当硼、硅的加入量大于15mol/L时,薄膜的漏电流比没有加入硼、硅的BST薄膜的高。

硼掺杂微晶硅薄膜的椭圆偏振光谱分析

采用射频等离子体增强化学气相沉积(radio frequency plasma enhanced chemical vapor deposition,RF-PECVD)技术在玻璃衬底上沉积了硼掺杂微晶硅薄膜。采用椭圆偏振光谱和Raman光谱分析了辉光功率和硼掺杂量对薄膜的晶化率、表面粗糙度、空隙率和非晶孵化层厚度的影响。结果表明:随着输入功率的增加,薄膜表面粗糙度的变化趋势为先缓慢减小、再快速增加、然后再次减小;沉积薄膜中的体层晶化率和空隙率的变化趋势相同,而空隙率与非晶孵化层厚度的变化趋势相反。随着初始硼掺量的增加,薄膜表面粗糙度的变化趋势为先缓慢增加、再减小、然后再增加;沉积薄膜的体层晶化率和空隙率并没有类似的对应关系。此外,对RF-PECVD沉积硼掺杂微晶硅的生长机理进行了分析。

超薄膜腐蚀自停止技术的缺陷分析

作为气动红外探测器密封微电容检测腔的核心部件,要求敏感薄膜必须无孔,平整。浓硼硅腐蚀自停止技术制备超薄膜时,扩散前待扩硼区经常会存在各种表面微缺陷,导致扩硼后,再进行反向腐蚀形成的超薄膜会出现微腐蚀孔。利用小孔扩散模型和流体力学中小孔的热壅塞理论详细计算了缺陷的结构尺寸对缺陷底端局部硼浓度的影响。当缺陷半径r0垲姨Dt,其底端的局部硼浓度会远远低于浓硼硅腐蚀自停止的临界浓度5×1019/cm3,从而在下一步的反向腐蚀出膜过程中,表面有缺陷的扩硼区出现微腐蚀孔的几率大大增加。最后,针对膜区域出现的微腐蚀孔,提出了几种解决方案。

薄膜制备中的微蚀孔问题

研究了自终止腐蚀停法制备浓硼重掺杂硅薄膜的腐蚀孔问题.许多MEMS结构需要进行2次或2次以上的深刻蚀,有些需要在多次深刻蚀后释放超薄的悬空薄膜结构,这时薄膜表面极易出现微小的腐蚀孔.分析可知,微蚀孔并不完全在第2次腐蚀的过程中形成,而是从第1次深腐蚀过程中对掩膜层的钻蚀开始的.对掩膜层的钻蚀,导致硅表面出现轻微腐蚀,形成细小的凹坑,并在浓硼扩散和第2次深腐蚀中被放大,最终在成膜过程中形成小孔.分析了微蚀孔的成因,提出了工艺上的解决方法,形成了一套重复性好的成膜工艺.

Ca-B-Si掺杂对Ba(Zn1／3Ta2／3)O3陶瓷介电性能的影响

采用固相烧结法制备了添加烧结助剂Ca–B–Si(CBS)微晶玻璃的Ba(Zn1/3Ta2/3)O3(BZT)陶瓷。研究了CBS添加量对BZT陶瓷烧结温度和微波介电性能的影响。结果表明,CBS起到助溶剂的作用,添加CBS降低了BZT陶瓷的烧结温度,并改善了微波介电性能。添加2%(质量分数)的CBS时,BZT的烧结温度从纯相烧结时的1 600℃降低到1 150℃,并具有良好的微波介电特性:相对介电常数εr=32.06,品质因数与频率之积Q×f=149×103 GHz,谐振频率温度系数τf=–0.14×10–6/℃。

B–Si–Zr掺杂炭材料的制备及其抗氧化性能

以煤沥青甲苯可溶组分、聚碳硅烷、吡啶硼烷和ZrB_2有机前驱体为原料,通过低温裂解制备掺杂沥青,经过不同温度热处理得到B–Si–Zr掺杂炭材料,考察了掺杂炭材料抗氧化性能。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜等对B–Si–Zr掺杂炭材料氧化前后的物相组成和微观结构进行表征。结果表明:1600℃热处理得到的B–Si–Zr掺杂炭材料中,ZrB_2陶瓷颗粒逐渐形成,在氧化过程中,SiC和ZrB_2等陶瓷与氧气反应生成SiO_2、B_2O_3和ZO_2,氧化物在炭材料表面形成保护膜,该热处理温度得到的掺杂炭材料抗氧化性较强。