超宽禁带半导体Ga2O3微电子学研究进展

半导体材料Ga2O3是继宽禁带半导体材料SiC/GaN之后新兴的直接带隙超宽禁带氧化物半导体,其禁带宽度为4.5~4.9eV,击穿电场强度高达8MV/cm(是SiC及GaN的2倍以上),物理化学稳定性高,在发展下一代电力电子学和固态微波功率电子学领域具有较大的潜力。自2012年第一只Ga2O3场效应晶体管诞生以来,Ga2O3微电子学的研究呈现快速发展态势。本文综述了β-Ga2O3单晶材料和外延生长技术以及β-Ga2O3二极管和β-Ga2O3场效应管等方面的研究进展,介绍了β-Ga2O3材料和器件的新工艺、新器件结构以及性能测试结果,分析了相关技术难点和创新思路,展望了Ga2O3微电子学未来的发展趋势。

β-Ga2O3材料在半导体技术领域的应用现状

单斜晶系氧化镓（β-Ga2O3）超宽带半导体材料具有优良的电学、光学特性以及较高的物理化学稳定性,在大功率器件、紫外探测器以及气体传感器等技术领域具有巨大的应用前景,近年来已成为国际研发的热点。概述了β-Ga2O3半导体材料的特性优势。综述了β-Ga2O3在功率半导体器件、紫外探测器、气体传感器、衬底材料以及GaN器件栅介质领域的研发和应用现状。最后,分析了β-Ga2O3材料在半导体技术领域的应用前景,指出大功率半导体器件领域和日盲深紫外探测器领域将是未来发展的重要方向。

基于Ga2SFCA的旅游景点公厕设施空间格局与可达性分析

针对西部典型交通枢纽城市兰州市旅游景点和公厕设施空间布局、服务供需关系等问题,运用空间分析技术对其旅游景点公厕设施的空间分布特征、结构进行科学评价,进而基于Ga2SFCA对其全域、乡镇域单元的空间步行、交通可达性进行测度和分析.研究发现:兰州市旅游景点公厕设施可达性与其空间分布格局和交通发展程度耦合度较强;整体可达性高值区域空间分布呈现出以城关区中部、七里河区北部—安宁区南部、西固区东部为核心的圈层式和沿河谷带状式展布形态;乡镇域单元步行、交通可达性低值区域分别占比51.56%、48.44%,大范围旅游服务载体空间错位问题亟待解决.

基于改进Ga2SFCA的兰州市主城区公园绿地可达性

以兰州市中心城区为研究对象,应用核密度分析揭示公园绿地空间布局特征,并运用改进Ga2SFCA模型(高斯两步移动模型)评估不同类型公园的可达性。结果显示,中心城区公园绿地的可达性整体呈现出“北高南低、西高东低”的分布特点。各类公园的可达性大体上都表现“西高东低”的共同特点,因其类别、大小和服务范围的差异,各类公园绿地与人口需求的相适程度也各不相同。基于此结果,为兰州市公园绿地资源配置和存量绿地的质量提升提供建议。

广藿香PcGA2ox1基因克隆、VIGS载体构建和表达分析

赤霉素2-氧化酶(gibberellin 2-oxidases,GA2ox)是赤霉素(GAs)代谢途径关键酶,调节活性GAs降解,在植物株型调控中发挥重要作用。为探寻GA2ox基因在广藿香中的功能,本研究对广藿香PcGA2ox1基因进行克隆,得到561 bp的CDS序列。生物信息学分析结果表明,PcGA2ox1蛋白编码186个氨基酸,为亲水性蛋白,分子量为20.98 kDa,等电点为5.81,不含信号肽,无跨膜结构域,具有GA2ox超基因家族的保守结构域,主要定位在细胞核。系统发育分析结果显示,PcGA2ox1基因与丹参GA2ox7的亲缘关系最为密切。qRT-PCR结果显示,PcGA2ox1基因在广藿香中的表达具有组织特异性,叶中表达量最高,根中表达量最低。用病毒诱导基因沉默(VIGS)技术侵染广藿香的结果显示,侵染两周后,PcGA2ox1基因表达量比阴性对照下降83%,比空白对照下降71%,沉默效果明显。本研究结果可为深入了解PcGA2ox1结构、功能和作用机理奠定基础,并为广藿香优良品种选育提供参考。

Ga2O3功率器件研究现状和发展趋势

氧化镓（Ga2O3）超宽禁带半导体材料在高频大功率器件领域具有巨大的应用潜力和前景,近几年已成为国内外研发的热点。概述了Ga2O3半导体材料在功率器件应用领域的特性优势和不足,重点介绍了日本、美国和国内的Ga2O3功率半导体器件的研发现状。详细介绍了目前Ga2O3肖特基势垒二极管（SBD）、Ga2O3金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）以及新型Ga2O3功率器件的最新研究成果。归纳出提高Ga2O3单晶和外延材料质量、优化Ga2O3功率器件结构和制造工艺是Ga2O3功率器件未来的主要发展趋势,高功率、高效率、高可靠性和低成本是Ga2O3功率器件未来的主要发展目标。最后总结了我国与美国、日本在Ga2O3功率半导体领域的技术发展差距,以及对未来我国在Ga2O3功率半导体技术方面的发展提出了建议。

基于改进Ga2SFCA的合肥市城市公园绿地可达性与影响机制研究

城市公园绿地合理供给是城市生态和民生福祉的重要保障。以合肥市区为例,提出改进的Ga2SFCA探究不同类型公园绿地的可达性特征及其成因,并运用地理加权回归模型进一步解析公园绿地可达性的影响机制。研究发现:1)改进的Ga2SFCA模型计算的可达性结果在强度和空间分布上较传统模型更加贴合实际;2)公园绿地总体可达性呈现“南高北低”的空间结构特征,以城市中心区为核心向四周递减;3)各类型公园绿地可达性存在较大差异:综合公园和专类公园的可达性空间分布优于街头游园和社区公园;4)自然特征、区位特征、社会经济和建成环境四方面因素的不同导致公园绿地可达性空间差异显著,各因子影响程度依次为:商业区位>中心区位>交通可达>生活便利>居住人口。

荔波连蕊茶GA2ox1基因的克隆及表达分析

[目的]GA2氧化酶是赤霉素生物合成代谢过程中关键酶之一,GA2ox家族基因常被用于植物矮化基因工程育种。[方法]根据植物GA2氧化酶基因编码区的保守序列设计引物,以山茶属荔波连蕊茶嫩枝为材料,提取总RNA,进行RT-PCR。采用RACE技术扩增获得1 371 bp的GA2ox基因全长c DNA序列,命名为Cl GA2ox1(Gen Bank登录号KJ502290)。[结果]序列分析表明,Cl GA2ox1放阅读框(ORF)为1 002 bp,编码333个氨基酸,5’非编码区59 bp,3’非编码区310 bp。预测的蛋白质分子量为37.31 k D,等电点为5.92,具有GA2ox超基因家族的保守结构域和特有的氨基酸残基。Cl GA2ox1蛋白与Gen Bank中收录的其它植物GA2ox蛋白氨基酸的相似性达到80%。构建系统进化树,结果显示山茶GA2氧化酶与烟草GA2ox蛋白的亲缘关系最为密切。实时定量PCR结果显示,该基因在荔波边蕊茶不同器官及发育不同时期的均有表达,表达量有所不同:Cl GA2ox1基因在2年生茎段中的表达量最高,在嫩枝和根中也有较高的表达,而在新抽生的嫩叶中最低。[结论]试验结果为进一步明确Cl GA2ox1基因的功能特征及揭示其参与调控植物生长的分子机制奠定基础。

GA2ox1氧化酶基因的克隆及原核表达

采用RT-PCR从拟南芥基因组中克隆到GA2ox1基因,通过Gateway克隆技术构建原核重组表达载体pD-EST17-GA2ox1,并转化大肠杆菌BL(21)star,对蛋白原核表达条件进行优化。结果表明,最佳表达条件为温度30℃、IPTG浓度0.2 mmol/L、诱导6 h。蛋白表达形式为包涵体,与Biotech对GA2ox1基因在大肠杆菌中的表达情况推测的结论一致。重组蛋白分子质量约为40 kD,经Ni Sepharose亲和层析柱纯化和Western blot鉴定得纯度90%以上的GA2ox1重组蛋白。研究结果为GA2ox1抗体制备及蛋白功能的进一步研究奠定了基础。

苹果茎尖组织中GA2ox基因的结构特征及蛋白序列的生物信息学分析

GA2ox是赤霉素合成代谢的关键酶,以苹果品种富士茎尖为供试材料,应用同源克隆技术克隆GA2ox基因,获得长度为1 656 bp的DNA序列和1 014 bp cDNA序列。对比分析表明,DNA序列存在3个外显子和2个内含子。GA2ox的开放性阅读框编码337个氨基酸残基,推断其相对分子量为37.679 8 kDa,等电点为6.41。蛋白质结构域检索表明,GA2ox属于依赖于2-酮戊二酸的双加氧酶家族成员;氨基酸同源性分析表明,GA2ox与已报道的其他植物的GA2ox氨基酸序列同源性为51%～97%;氨基酸聚类分析表明,苹果和梨首先聚类,其次是毛果杨。

柱型与普通型苹果茎尖组织中GA2ox基因的序列比较及表达量分析

以柱型苹果舞姿和普通型苹果富士茎尖为试材,克隆赤霉素合成代谢途径中的关键酶基因GA2ox,并对二者茎尖组织中GA2ox基因进行序列比较和表达分析。结果表明,两品种中GA2ox基因cDNA序列长度均为1 014bp,编码337个氨基酸。cDNA序列中存在2处单核苷酸差异,其中1处差异会引起编码氨基酸的改变。与已发表的苹果基因组中同源序列的比较分析表明,舞姿和富士cDNA序列上的差异不是造成柱型性状的原因。同时,利用实时荧光定量PCR方法,对两品种及其杂交F1代杂种的检测表明,柱型苹果茎尖中GA2ox基因的表达量明显低于普通型苹果。

Serratia sp. NDW3 GADH小亚基基因ga2dh的克隆及表达分析

【目的】克隆葡萄糖酸脱氢酶(GADH)小亚基基因ga2dh并进行鉴定。【方法】研究水稻根际细菌Serratia sp.NDW3溶磷过程中菌株溶磷量、GADH活性与ga2dh基因表达量的变化,对ga2dh基因进行克隆和生物信息学分析,并检测ga2dh基因在大肠埃希菌BL21中的表达。【结果】Serratia sp.NDW3溶磷过程中ga2dh基因的相对表达量在12 h最大,GADH活性在24 h达到最大值,NDW3溶磷量在36 h后趋于稳定。从Serratia sp.NDW3菌株中克隆获得了781 bp的ga2dh基因序列,生物信息学分析发现该序列与Serratia sp.SCBI菌株的基因相似性为99.62%,编码的蛋白属于葡萄糖酸脱氢酶亚基3超家族,主要由3个α-螺旋构成,且氨基酸序列中包含有位于胞内、胞外和跨膜的区域。ga2dh基因在大肠埃希菌BL21体内表达,能够使得菌体GADH的活性显著增加。【结论】Serratia sp.NDW3菌株溶磷的主要机制依赖于直接氧化途径,ga2dh基因编码的小亚基不仅对GADH活性起重要作用,也是介导GADH跨膜结构的重要组成部分。

Ga2O3薄膜材料氧敏性能的研究

实验以三氯化镓为原料,柠檬酸为络合剂,通过NH3·H2O调节pH值,得到透明稳定的前躯体溶胶,红外光谱分析表明上述溶胶在向凝胶转变过程中,发生镓与柠檬酸的络合,并在干燥过程中依靠氢键形成大分子聚合物.采用提拉涂覆溶胶-凝胶法在多晶氧化铝基片表面形成凝胶膜后,经800℃下热处理,凝胶膜转化为单斜相β-氧化镓陶瓷薄膜.重复镀膜和热处理及超声清洗过程8个～10个周期,最后在800℃下烧结,保温1h,得到粒径为50nm～100nm左右的多孔纳米薄膜.采用自制系统检测β-Ga2O3薄膜的氧敏性能,结果表明:Fe掺杂的氧化镓薄膜材料,在400℃～800℃范围内,在理论空燃比附近,电阻突变幅度大于2个数量级,具有较高的灵敏度.

高电流密度Ga2O3 MOSFET器件的研制

研制了一款具有高漏源饱和电流密度的Ga2O3MOSFET器件。采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）方法在Fe掺杂半绝缘（010） Ga2O3同质衬底上外延得到n型β-Ga2O3薄膜材料,n型Ga2O3沟道层Si掺杂浓度为2. 0×10^（18）cm^（-3）,n型沟道厚度为80 nm。采用Si离子注入工艺,器件欧姆特性得到大幅改善,欧姆接触电阻降至1. 0Ω·mm。采用原子层沉积（ALD）厚度为25 nm的Hf O2作为器件的栅下绝缘介质层。测试结果表明,在栅偏压为0 V时,器件的开态导通电阻仅为65Ω·mm,漏源饱和电流密度达到173 m A/mm,器件的三端关态击穿电压达到120 V。

核桃JrGA2ox基因的克隆、亚细胞定位及功能验证

【目的】GA2-oxidase(GA2ox)是赤霉素合成过程中起负调控作用的一种关键酶,能够催化有活性的赤霉素为无活性的赤霉素,从而对植物生长起到一定的抑制作用。本研究主要对核桃中赤霉素氧化酶基因JrGA2ox进行克隆及功能验证,有利于进一步探究核桃JrGA2ox基因在植物生长和发育过程中,尤其是在植物株高调控中的作用,从而助力于挖掘与利用核桃中更多的优质基因,培育出更多优良的核桃品种。【方法】采用PCR扩增技术,克隆获得核桃JrGA2ox基因的全长编码序列,进一步通过In-Fusion克隆技术构建具有强启动子的35S∷JrGA2ox∷GFP过表达载体;利用BLAST网络在线工具得到其他植物中的JrGA2ox同源氨基酸序列,并对其进行氨基酸同源序列比对和系统进化分析;其后,通过亚细胞定位揭示其发挥功能的场所,进一步利用农杆菌介导法将构建好的过表达载体转化到核桃体细胞胚中,获得JrGA2ox超表达的阳性转化植株,深入分析JrGA2ox基因的生物学特性。【结果】通过基因克隆,得到1条JrGA2ox开放阅读框,其全长为1 056 bp,共编码351个氨基酸,分子量为39.25 kDa。通过比对发现,该基因编码的蛋白序列含有保守2OG-FeII-Oxy蛋白结构域,具有GA2-氧化酶蛋白家族共同的结构特点,表明JrGA2ox属于GA2-氧化酶基因家族。氨基酸进化树比对分析结果显示,核桃JrGA2ox与毛白杨PtGA2ox聚为一个分支。且JrGA2ox蛋白与木本植物川桑MnGA2ox1、西洋梨PcGA2ox、桃PpGA2ox1及苹果MdGA2ox1蛋白序列同源性较高。烟草叶片表皮细胞亚细胞定位分析表明,JrGA2ox是定位于细胞核与细胞膜中的蛋白。对核桃体细胞胚进行基因遗传转化后经荧光检测及PCR验证表明,35S∷JrGA2ox∷GFP过表达载体被成功转入核桃体细胞胚中。阳性再生植株株高与对照苗相比具显著性差异,其平均株高为对照植株的1/2;且其株高与JrGA2ox基因表达量呈负相关。【结论】核桃JrGA2ox蛋白亚细胞定位于细胞核与细胞膜中。JrGA2ox基因调控核桃株高,主要起到负调节作用。阳性基因转化再生植株中JrGA2ox基因的表达量升高,并表现出明显的矮化特征。本研究结果可为进一步分析该基因在核桃生长发育过程中的作用提供技术参考,且为优良的矮化核桃品种选育奠定一定的基础。

Ga2O3／HZSM-5催化剂上丙烷脱氢反应

以直接水热合成和低硅沸石高温水蒸气脱铝两种方法制备了不同Si/Al摩尔比的HZSM-5载体,考察了Ga2O3/HZSM-5催化剂上丙烷脱氢制丙烯的反应性能.结合XRD,N2气吸附,27Al MAS NMR和NH3-TPD等表征方法,讨论了催化剂酸性质和孔性质与性能的关系.实验结果表明,减少催化剂表面的中强酸量可以显著提高反应的稳定性和丙烯的选择性;水蒸气脱铝所增加的介孔有同样的效果,这可能是由于介孔的存在有利于丙烯的脱附和扩散而抑制了寡聚、环化等副反应的发生,减少了表面积炭的可能性.

草地早熟禾PpGA2ox基因的克隆、亚细胞定位及表达分析

利用RACE技术从草地早熟禾中克隆赤霉素合成代谢的关键酶GA2-氧化酶基因(PpGA2ox),提交到GenBank,登录号为KX254272。其开放阅读框为1047bp,编码348个氨基酸。系统进化分析表明,PpGA2ox与大麦、小麦及二穗短柄草中的GA2ox亲缘关系较近。亚细胞定位结果显示,其编码的蛋白定位于细胞核和细胞质中。实时荧光定量分析表明,PpGA2ox在幼嫩叶片中的表达量最高,且受GA3、MeJA及IAA三种激素的诱导。

草地早熟禾PpGA2ox基因启动子的克隆及功能分析

为了研究草地早熟禾(Poa pratensis L.)GA2-氧化酶基因(PpGA2ox)的启动子,利用染色体步移的方法从草地早熟禾中克隆得到1109bp的PpGA2ox基因启动子序列。Plant CARE在线预测结果表明该启动子序列中存在CAAT-box、TATA-box等启动子基本顺式作用元件以及响应干旱胁迫和茉莉酸甲酯诱导的调控元件。构建PpGA2ox基因启动子与GUS报告基因融合的植物表达载体转化拟南芥,阳性植株GUS组织化学染色结果表明PpGA2ox基因启动子可以驱动GUS基因在拟南芥中表达并且表达具有组织特异性。与对照相比,激素处理及非生物胁迫下GUS基因表达量发生变化,推测PpGA2ox基因的表达可受到激素及非生物胁迫调控。

双A层MAX相Mo2Ga2C的热压烧结研究

本工作采用真空热压烧结的方法,研究Mo2Ga2C粉体的烧结性能,制备致密的Mo2Ga2C块体材料,并且表征所制备材料的微观结构。实验发现750℃是合适的烧结温度,过高的烧结温度(850℃)会导致样品分解,主要产物为Mo2C。在750℃烧结过程中,随着烧结时间的延长,样品的晶粒没有明显长大,但是样品内部空隙显著变小,内部织构增强,相对密度明显提高。因为Mo2Ga2C晶体的片状结构,热压烧结过程中,部分片状晶粒会偏转,导致烧结样品的多数晶粒的(00l)晶面会倾向垂直于热压方向。在750℃烧结8 h,可以得到几乎完全致密(相对密度98.8%)的Mo2Ga2C块体材料。

Ga2O3对Ag30CuZnSn药芯银钎料钎缝组织及钎焊接头性能的影响

向Ag30CuZnSn药芯银钎料药粉中添加Ga2O3,研究了Ga2O3对Ag30CuZnSn药芯银钎料钎缝组织的影响及钎焊接头性能的影响.结果表明,微量Ga2O3可以显著提高Ag30CuZnSn药芯银钎料的润湿铺展性能且可以减少药芯中钎剂的添加量.Ga2O3添加量为0.4%(质量分数)时,钎料润湿铺展性能和钎焊接头抗剪切强度达到最佳值.这是因为Ga2O3属于表面活性物质,可以显著降低熔融钎料和母材之间的界面张力,从而提高了钎剂粉末的去膜效果,进而提高银钎料的润湿铺展性能.药芯银钎料基体及钎缝组织主要由以CuZn相为主的固溶体、银基固溶体和铜基固溶体构成.火焰钎焊时,添加0.4%Ga2O3(质量分数)时作用效果最佳,钎缝组织的细化与钎着率的提高(钎着率提高至95%以上)使得钎焊接头抗剪强度提高了11%以上,钎焊接头断口组织的形貌证明了上述结果.