飞秒激光抛光6H碳化硅硅面实验研究

6H碳化硅(6H-SiC)作为目前应用最广的第三代半导体材料,其加工制造过程面临工艺步骤繁琐、研磨后表面质量缺陷严重等难题。本研究提出采用飞秒激光方法直接抛光SiC切割片,考察了激光重复频率、扫描间距、脉冲能量、扫描速度、离焦距离等工艺参数对抛光后SiC表面质量的影响。结合扫描电镜(SEM)、能量色散X射线光谱仪(EDX)、激光共聚焦显微镜对抛光后表面形貌、结构、成分等表征,分析了表面质量的影响因素。研究发现在激光重复频率为15 kHz、扫描间距15 μm、脉冲能量89.3 μJ、扫描速度118 mm/s、离焦 + 1 mm抛光后6H-SiC硅面表面粗糙度(Ra)由0.457 μm降低至0.116 μm,表面起伏(Depth)由3.8 μm降低至0.77 μm。本研究对于优化6H-SiC硅面制造工艺,提高加工效率具有较大的参考价值。

LED蓝宝石衬底抛光表面原子台阶形貌及其周期性研究

LED蓝宝石衬底的表面质量会极大影响到后续外延质量,进而影响到LED器件性能。蓝宝石研磨片经Al2O3磨粒粗抛液、SiO2磨粒精抛液下进行化学机械抛光(CMP),最终表面经原子力显微镜(AFM)所测表面粗糙度达到0.101nm,获得亚纳米级粗糙度超光滑表面,并呈现出原子台阶形貌。同时,通过使用Zygo表面形貌仪、AFM观察蓝宝石从研磨片经Al2O3粗抛液、SiO2精抛液抛光后的表面变化,阐述蓝宝石表面原子台阶形貌的形成原因,提出蓝宝石原子级超光滑表面形成的CMP去除机理。通过控制蓝宝石抛光中的工艺条件,获得a-a型、a-b型两种不同周期规律性的台阶形貌表面,并探讨不同周期规律性台阶形貌的形成机理。

氮/硫双杂化非贵金属碱性阴离子膜燃料电池阴极非铂催化剂

以吡咯和对甲苯磺酸(TsOH)作为碳载过渡金属催化剂的掺杂剂,经溶剂分散及600℃热处理制备了一种高效催化氧还原反应(ORR)的碳载双杂化过渡金属催化剂(Fe-N/C-TsOH-600).利用X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对催化剂的结构进行表征.运用旋转圆盘电极(RDE)技术研究了该催化剂在碱性介质中催化氧还原的电化学催化活性和稳定性,探讨了不同浓度甲醇溶液对Fe-N/C-TsOH-600催化剂催化氧还原活性的影响.结果表明,以Fe-N/C-TsOH-600制备的气体扩散电极在0.1 mol/L KOH电解质溶液中对氧具有很高的选择催化还原活性和稳定性.当电极经过4800圈循环伏安(CV)扫描测试后,催化剂催化氧还原的性能基本保持稳定,并以4电子途径将氧气催化还原.此外,研究还发现,Fe-N/C-TsOH-600在混有甲醇的碱性电解质溶液中对氧的催化还原选择性比商业Pt/C催化剂高.XPS结果表明,吡咯氮是催化剂高效催化氧还原的主要活性中心,提供氧还原的活性位,而TsOH作为供硫掺杂剂对提高催化剂的活性具有重要作用,其加入后形成的C—S—C有利于催化剂催化氧还原活性的提高,从而使该催化剂对氧还原表现出很好的电催化性能和选择性.

铜化学机械抛光中复合缓蚀剂的作用机制

将复合缓蚀剂(苯并三氮唑(BTAH)和十二烷基磺酸钠(SDS))应用到铜的化学机械抛光液中,考察BTAH和SDS对铜表面化学机械抛光的影响,并探讨BTAH和SDS在铜表面的作用机制;分析BTAH和SDS抛光液中络合剂和表面活性剂对铜化学机械抛光性能的影响。结果表明:BTAH和SDS在铜表面形成了致密的Cu-BTAH和Cu-SDS保护膜,是优良的铜缓蚀剂。当以磷酸氢二胺(AHP)为络合剂,羟乙基纤维素(HEC)为表面活性剂时,优化后的BTAH和SDS抛光液取得了低至Ra0.2 nm的表面粗糙度,同时发现HEC有降低纳米颗粒残留的作用。

Fe-N/C-TsOH催化剂应用碱性介质催化氧还原的电催化活性(英文)

通过溶剂分散热处理方法制备了一种吡咯和对甲苯磺酸(TsOH)共同修饰的碳载非贵金属复合催化剂(Fe-N/C-TsOH),并采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对催化剂的形貌和组成成分进行表征.借助循环伏安法(CV)和旋转圆盘技术研究了TsOH对催化剂在0.1 mol·L-1KOH介质中催化氧还原性能的影响.结果表明:TsOH的存在对催化剂催化氧还原反应(ORR)的活性影响很大.以其制备的气体扩散电极在碱性电解质溶液中催化氧还原过程时转移的电子数为3.899,远比不含TsOH修饰的催化剂催化氧还原的电子数(3.098)高.此外,研究发现600°C热处理过的Fe-N/C-TsOH催化剂表现出最佳的氧还原催化性能.相比未经热处理过的Fe-N/C-TsOH催化剂,起峰电位和-1.5 mA·cm-2电流密度对应的电压分别向正方向移动30和170 mV.XPS研究结果表明吡咯氮是催化剂主要活性中心,提供氧还原活性位,而TsOH加入形成的C―Sn―C和―SOn―有利于催化剂催化氧还原活性的提高,从而使该催化剂对氧还原表现出很好的电催化性能和选择性.

紫外LED辅助的4H-SiC化学机械抛光

在4H-SiC晶片的化学机械抛光(CMP)体系中加入紫外LED系统,研究TiO_2颗粒、紫外LED光功率、抛光温度和抛光液pH值对4H-SiC晶片抛光性能的影响规律,以获得较高的材料去除速率(MRR)和原子级光滑表面,满足LED器件对衬底材料表面的严格要求.结果表明,采用平均粒径25 nm、质量分数为2%的TiO_2颗粒,可显著提高MRR,且减少微划痕等表面缺陷;增大紫外LED功率,MRR随之增大;升高抛光温度,MRR快速提高,并可降低抛光所得表面粗糙度;在CMP体系中加入紫外体系可增加羟基自由基数量,抛光液pH值较低(2.2)也可维持较高MRR值,且抛光液pH值超过10时MRR值大幅提高.采用原子力显微镜(AFM)、光学显微镜来考察4H-SiC晶片抛光后的表面质量.基于各因素的影响规律,最终获得表面粗糙度为0.058 6 nm的4H-SiC晶片表面,且MRR达到352.8 nm/h.

转印法制备质子交换膜燃料电池膜电极组件

转印法是一种间接将催化层涂布在质子交换膜上的膜电极组件制备方法,其制备工艺简单,周期短,且制备过程中质子交换膜不与任何溶剂接触,有效避免了膜的溶胀问题。采用刮刀涂布技术,将催化剂浆料均匀地涂布于转印膜上,调节刮刀间隙与刮刀运行速度可有效地控制金属催化剂的载量。扫描电子显微镜法(SEM)测试表明转印后的催化层表面形貌完整、孔隙分布均匀,膜电极各组件之间结合紧密且厚度一致。将该工艺制备的膜电极组装成单电池,测试结果表明:在阴、阳极Pt载量分别为0.463、0.264 mg/cm2条件下,以空气作为阴极反应气体的单电池在常压下的最大功率密度可达0.75 W/cm2。

催化剂浆料分散对转印法制备PEMFC性能的影响

转印法是有效制备膜电极的方法之一,具有界面电阻小、可大规模生产等优点。采用乙二醇作为催化剂浆料的增稠剂、去离子水和异丙醇作为分散溶剂,实现膜电极的低温完全转印。利用超声波清洗机、磁力搅拌器和均质机,以不同的处理方式对浆料进行分散,考察了浆料的分散方式及分散程度对质子交换膜燃料电池性能的影响。通过场发射电子显微镜(FE-SEM)对催化层的表面形貌进行表征。结果表明:用均质机处理过的催化层颗粒分布更加均匀,利用极化曲线、循环伏安法(CV)和交流阻抗谱(EIS)表征不同浆料制备膜电极的电化学性能。极化曲线、CV曲线和EIS谱均表明用均质机处理4 h的浆料对应的单电池性能最佳、欧姆电阻及电荷迁移电阻最低且Pt的利用率最大。

质子交换膜燃料电池膜电极组催化层结构

膜电极组件(MEA)是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心元件,而催化层是MEA的核心部分。催化层既是电化学反应的场所,同时也为质子、电子、反应气体和水提供运输通道,其结构对PEMFC的成本及性能有很大的影响。本文综述了近年来国内外催化层结构方面的研究进展,介绍了催化层中聚合物电解质(Nafion)含量、溶剂的性质和其他添加剂对MEA结构和性能的影响,MEA热压参数的研究进展以及目前常见的催化层涂布方法。