改良的热板法制备氧化钼纳米片

三氧化钼(MoO_(3))具有层状结构,在电子和光电子器件领域有着良好的应用前景.本文报道了一种改良的热板法来生长大尺寸的MoO_(3)晶体.这种方法能够在常压气氛下实现快速生长MoO_(3),具有低成本和操作简单等优点.通过改变源温度和衬底种类,可以很好地控制MoO_(3)晶体的生长速率和形貌.同时,通过光学显微镜、原子力显微镜、X射线衍射、拉曼光谱和扫描近场光学显微镜等手段,探究了其结构和物理性质.结果表明,MoO_(3)晶体在具有大尺寸的同时还表现出良好的结晶度.此外,还观察到所制备的MoO_(3)晶面上的双曲声子极化子现象,这一现象有望推动其在纳米电子和纳米光子器件中的应用.

锆合金初始氧化行为的原位近常压XPS研究

锆基合金由于具有低的热中子吸收截面、良好的耐腐蚀性能和力学性能等优点,通常被用于水冷核反应堆中的核燃料包壳和其他结构材料。通过在合金中添加适量的Nb元素可以有效地降低锆合金的氧化速率和吸氢分数,从而改善锆合金的耐腐蚀性能。尽管对锆合金的耐腐蚀性能得到了广泛的认识,但关于其在接近真实氧化腐蚀条件下的原位研究一直是具有挑战性的课题。本工作中利用近常压X射线光电子能谱(NAP-XPS)原位研究了1.3×10^(−8)–1.3×10^(−1)mbar(1 mbar=100 Pa)连续分压下室温到623 K温度时两种锆基合金表面在水,氧中的初始氧化腐蚀行为。结果表明,未添加Nb和添加1%Nb的锆合金表面在初始氧化过程中锆元素都会由金属态向多种氧化态过渡。水蒸气环境下两种合金的氧化速率都要低于氧气环境。室温下无论水蒸气还是氧气环境两种合金的氧化速率都要比623 K高温情况下的慢。在623 K的氧气气氛下,未添加Nb的锆合金相较于添加1%Nb的锆合金更容易被氧化,Nb的添加一定程度上会降低氧物种的吸附能力。在室温下和623 K低水蒸气压力下,1%Nb锆合金氧化速率更快,Nb促进OH−在表面生成。而在623 K高水蒸气压力下,未添加Nb的锆合金有更易于被氧化的倾向,Nb在高温下向表面扩散并抑制OH−键的断裂,但两种样品表面短时间内都无法被完全氧化。

超导量子芯片集成技术概述

超导量子与传统半导体技术兼容性好,具有微纳制造工艺成熟、系统集成度高、可扩展性好等优点,是最有可能实现通用量子计算的方案之一。经过近几十年的快速发展,超导量子在退相干时间、门保真度、比特规模化集成等方面都取得了很大的进展。然而要实现超导量子计算机的商业化应用,比特数量至少需要突破1000量级,而要实现通用量子计算则需要百万量级。因此,量子比特的大规模集成技术将成为未来10年内的重点发展方向之一。文章基于传统半导体封装技术的发展历程以及世界前沿的超导量子封装集成技术路线,对超导量子比特从10量级到1000量级,再到通用化量子计算集成技术进行阐述和分析。

非晶AlBN介质薄膜的制备及相关特性研究

采用脉冲激光沉积(PLD)技术在GaN(002)上沉积非晶AlBN介质薄膜.利用X射线衍射技术(XRD)、透射电子显微镜(T EM)和X射线光电子能谱(XPS)等技术分别对介质薄膜的晶体结构、成分进行表征,并采用导电原子力显微镜(CAFM)以及I-V等测试手段对不同厚度薄膜的电学性质进行测试.结果表明:不同厚度的AlBN介质薄膜均为非晶,薄膜中B含量约为6.7%(原子分数).厚度为3 nm和18 nm的AlBN介质薄膜的表面粗糙度(Rq)分别为0.209 nm和0.116 nm,薄膜表面平整均匀,18 nm薄膜施加±10 V电压时,没有出现明显的漏电流.但在金属-介质-金属(M IM)结构中,18 nm薄膜结构中出现较大漏电流,漏电流密度在-2 V时约为-2×10^-4 A/cm^2.

超高真空磁控溅射生长铌薄膜

金属铌的超导转变温度高,在超导电子学和超导量子电路中有着广泛的应用。铌膜通常采用常规磁控溅射设备进行制备。为了改善铌膜的质量,利用超高背景真空的磁控溅射设备进行铌膜制备工艺的研究非常重要。结合真空分析表征、低温输运测量等技术系统性地研究了溅射参数对铌膜表面粗糙度和晶粒大小的调控,并分析了生长条件对铌膜超导转变温度和剩余电阻比的影响。利用硅上铌膜制备的共面波导谐振器,在10 mK温度,单光子激励下,本征品质因子超过一百万,表明超高真空磁控溅射生长的铌膜微波损耗极低。

单层硅烯表面的CoPc分子吸附研究

由于低维材料表面上的单原子和分子具有丰富的物理化学性质,现已经成为量子器件及催化科学等领域的研究热点.单层硅烯在不同的衬底制备温度下,表现出丰富的超结构,这些超结构为实现有序的单原子或分子吸附提供了可靠的模板.利用原位硅烯薄膜制备,分子沉积,超高真空扫描隧道显微镜以及扫描隧道谱,本文研究了Ag(111)衬底上3种硅烯超结构((4×4),(√13×√13),(2√3×2√3))的电子态结构,表面功函数随超结构的变化,以及CoPc分子在这3种超结构硅烯上的吸附行为.研究结果表明,这3种超结构的硅烯具有类似的电子能带结构,且存在电子从Ag(111)衬底转移到硅烯上的可能性,从而导致硅烯的表面功函数增大,表面功函数在原子级尺度上的变化对分子的选择性吸附起着重要作用.此外,还观察到分子与硅烯的相互作用导致CoPc分子的电子结构发生对称性破缺.

被羰基镍污染的CO气体在Cu(111)表面的近常压吸附研究（英文）

本文利用近常压X射线光电子能谱和近常压扫描隧道显微镜研究了在超高真空(UHV)和近常压条件下,被羰基镍污染的CO气体在Cu(111)表面的吸附过程.通过控制被污染CO的气体压力,可以在Cu(111)表面上形成Ni-Cu双金属催化剂.此外,本文探索了CO在所形成的Ni-Cu双金属表面上的吸附和解离过程,并报道了几种CO的高压吸附相结构.

表面重构的富氧空位非晶-结晶Ni(Co)异质结促进析氧反应

设计具有丰富活性位点的低成本且稳定的电催化剂对于提高析氧反应效率仍然具有挑战性。本文采用电化学沉积的方法,在铜箔上制备了非晶-结晶共存的三元Ni-Co-Mo金属氧化物薄膜催化剂.实验结果表明,Ni-Co-Mo催化剂具有非晶-结晶异质结构,经过表面重构后,发生了显著的Mo离子析出,从而导致稳定后的催化剂中富含大量的氧空位.具有丰富氧空位的非晶-结晶异质结催化剂,能够暴露更多的催化活性位点并降低电子转移阻抗,显著提升催化剂析氧反应性能.在1mmolKOH中的电化学测试表明,重构后的催化剂驱动20mA/cm^(2)电流密度的过电位仅为308mV,塔菲尔斜率为90mV/dec.同时,该催化剂可以在20mA/cm^(2)的电流密度下连续工作超过24小时,显示出良好的稳定性.

基于超导铝的低损耗共面波导谐振器

研制具有实用价值的超导量子系统需要进一步提高量子比特的质量,目前材料及核心表界面缺陷是限制量子比特相干时间的重要因素。微波谐振器作为超导量子芯片的重要组成部分,可用于表征材料质量及相关器件制备工艺优劣。利用分子束外延(MBE)技术在本征硅(111)衬底上生长铝膜,制备λ/4共面波导谐振器。通过硅衬底的处理和高质量铝薄膜的制备,在20 mK的温度和近单光子探测功率下将谐振器本征品质因子提升到10^(6)。

宽波段原位红外吸收光谱在Pd/SiO_(2)和Cu/SiO_(2)催化剂上CO氧化中的应用

多相催化的原位表征通常采用各种表征手段分别测试,但由于不同表征方法原位池结构不同,导致分别测试的温度、反应气氛及催化剂状态不尽相同,特别是催化过程还存在温度、反应物和产物浓度梯度,不同原位表征方法获取的信息可能来自不同的表面态,此外一些表征方法还涉及到光子或电子等的影响,难以获得实际催化过程准确全面的信息.原位红外吸收光谱广泛应用于催化反应机理过程的动态表征,然而多相催化体系中的氧化物组分通常对1200 cm^(-1)以下的红外光有较强的吸收,且常规红外光源强度在低波数段迅速衰减,目前原位红外光谱研究大多局限于4000-900 cm^(-1)对催化剂表面吸附物种(包括反应中间体)的检测,难以将其应用于反应过程中催化活性组分自身变化的研究,如活性组分的氧化/还原、表面重构、活性组分与载体表面键合等,这些信息多位于1200-50 cm^(-1).基于模型催化剂表面厚度可控,近年来作者应用镜面反射红外吸收光谱在几个体系的研究中均实现了在一张红外光谱中同时获取表面吸附物种、表面变化和反应产物生成等关键信息.另一方面,氧化硅是常用的多相催化剂载体,其中硅溶胶易制成薄膜、稳定性好,钯和铜作为催化剂活性组分广泛应用于实际多相催化反应过程,且钯和铜的价态在催化反应中往往会发生动态变化,确认真实活性相是一个难题.本文通过自行研制的原位红外反应池及超薄样品制备方法,在常规氧化物负载的实际多相催化剂体系获得了4000-400 cm^(-1)范围内较高的红外光谱信号,实现了反应条件下在一张红外光谱同时监测反应物、产物、表面吸附物种和催化剂自身的变化.以商业上常用的Pd/SiO_(2)和Cu/SiO_(2)催化剂上CO氧化反应为例,利用宽波段原位红外光谱观察到Pd^(2+)-O(670,608 cm^(-1)),Cu^(+)-O(635 cm^(-1))和Cu^(2+)-O(595,535 cm^(-1))等氧化物的特征峰,并原位跟踪了CO氧化反应过程中Pd和Cu活性组分氧化/还原态的动态变化,进一步结合准原位X射线光电子能谱测试结果相互佐证,证实了钯和铜的氧化/还原.实验结果表明,Pd/SiO_(2)和Cu/SiO_(2)催化剂在CO氧化反应条件下,其活性组分分别以Pd^(0)和Cu^(+)稳定存在.综上,本文方法可以提供更为可信的催化剂结构和催化性能相关信息,为多相催化的原位表征提供了新机遇.

约瑟夫森结工艺系统

超导电子学和超导量子信息等领域的核心元器件是约瑟夫森结,这是一种超导体/介质层/超导体三层结构的非线性器件。超导量子比特常用铝/氧化铝/铝结构的结,在量子芯片上制备这种约瑟夫森结,需要在衬底不离开真空环境的条件下,实施离子束刻蚀、样品方位角可调的电子束蒸发、气氛可控氧化等工艺过程。自主研发的约瑟夫森结工艺系统是一套集成了三个工艺腔室的超高真空系统,样品可以自动在不同腔室中传输并完成三种工艺过程,系统的工艺性能经过了验证。

量子电路设计软件的框架与实现

超导量子电路被认为是量子计算领域最有前景的物理实现方法之一。随着超导量子比特数量的增加,目前急需一款量子电路自动化设计软件提高设计效率、增强可靠性。介绍基于Wolfram语言的cQED软件框架与实现方案,从几何图案中提取器件的电参数,为给定的电路网络生成哈密顿量,然后通过求解薛定谔方程研究电路动力学。该软件还可以完成量子比特的放置与布线,将产生的图形保存为半导体物理版图,优化量子电路设计流程。

TiN/Hf_(x)Zr_(1-x)O_(2)/TiN铁电电容器的原位生长与表征

HfO;基铁电电容器,特别是TiN/Hf_(x)Zr_(1-x)O_(2)/TiN金属-绝缘体-金属电容器,由于其良好的稳定性、高性能和互补金属氧化物半导体(CMOS)兼容性,在新一代非易失性存储器中有着广阔的应用前景。由于TiN/Hf_(x)Zr_(1-x)O_(2)/TiN电容器的电性能与Hf_(x)Zr_(1-x)O_(2)铁电薄膜与TiN电极层界面质量相关,因此控制TiN/Hf_(x)Zr_(1-x)O_(2)/TiN异质结构的制备和表征至关重要。本文报道了一种三明治结构:Hf_(x)Zr_(1-x)O_(2)铁电薄膜夹在两个TiN电极之间的新的制备方法,通过超高真空系统互连的原子层沉积(ALD)和磁控溅射设备实现。原位生长和表征结果表明,ZrO_(2)掺杂浓度和快速热退火温度可以调节TiN/Hf_(x)Zr_(1-x)O_(2)/TiN异质结的铁电性能,并能很好地被互连系统监控。在该体系中,通过在HfO2中掺杂50%(molar fraction,x)ZrO_(2)并且在600℃下快速热退火(RTA),获得了21.5μC·cm^(-2)的高剩余极化率和1.35 V的低矫顽电压。