X射线荧光光谱分析氟化铈晶体中掺杂元素钕

本文提出了用Ｘ射线荧光光谱定量分析氟化铈晶体中掺杂元素钕方法，对用ＸＲＦＳ进行晶体样品分析时的制样方法作了比较，并且对用ＸＲＦＳ非破坏分析晶体中的掺杂元素的方法进行了探讨。     

硅中掺杂元素砷的三维微分析

利用同步辐射Ｘ光微区分析和全反射Ｘ射线荧光分析技术测定了硅中掺杂元素砷浓度的三维分布，其中深度剖面分布的测定结果与二次离子质谱进行了对照，两的一致性是比较满意的。     

非金属元素掺杂锐钛矿TiO_2(101)表面对提升NH_3光学气敏传感特性的影响

本文采用第一性原理平面波超软赝势的方法,模拟计算了含氧空位锐钛矿TiO_2(101)表面单掺杂非金属C元素、N元素、F元素以及双掺杂C-N元素、C-F元素、N-F元素后表面的氧化还原能力,分析对NH_3分子吸附的微观机理,研究杂质掺入对光学传感特性的影响.结果表明:非金属元素是比较容易掺入到锐钛矿TiO_2(101)表面,掺杂表面对NH_3分子吸附较未掺杂的表面要好,表面吸附NH_3分子后,吸附距离都出现缩短,C-N元素掺杂后吸附距离最小且吸附能最大;通过Mulliken电荷布居分布分析,C掺杂提升了表面的氧化性,N元素对表面的氧化性提升不明显,而F掺杂降低了表面的氧化性;通过态密度分析可知,C掺杂在禁带中产生了受主能级,而N掺杂提高了价带顶的电子态密度,F掺杂在导带底产生了施主能级;通过光学性质的分析可知:C掺杂提升了材料对低能可见光的响应,使材料对570 nm～760 nm范围内的可见光吸收提高了大约3.5倍;而C-N双掺杂体系,使材料对400 nm～570 nm范围内的可见光吸收提高了大约3倍.总的来说,单掺杂C元素以及双掺杂C-N元素都能明显的提高材料的光学气敏传感特性.     

非金属元素掺杂锐钛矿TiO_2(101)表面对提升NH_3光学气敏传感特性的影响

本文采用第一性原理平面波超软赝势的方法,模拟计算了含氧空位锐钛矿TiO_2(101)表面单掺杂非金属C元素、N元素、F元素以及双掺杂C-N元素、C-F元素、N-F元素后表面的氧化还原能力,分析对NH_3分子吸附的微观机理,研究杂质掺入对光学传感特性的影响.结果表明:非金属元素是比较容易掺入到锐钛矿TiO_2(101)表面,掺杂表面对NH_3分子吸附较未掺杂的表面要好,表面吸附NH_3分子后,吸附距离都出现缩短,C-N元素掺杂后吸附距离最小且吸附能最大;通过Mulliken电荷布居分布分析,C掺杂提升了表面的氧化性,N元素对表面的氧化性提升不明显,而F掺杂降低了表面的氧化性;通过态密度分析可知,C掺杂在禁带中产生了受主能级,而N掺杂提高了价带顶的电子态密度,F掺杂在导带底产生了施主能级;通过光学性质的分析可知:C掺杂提升了材料对低能可见光的响应,使材料对570 nm～760 nm范围内的可见光吸收提高了大约3.5倍;而C-N双掺杂体系,使材料对400 nm～570 nm范围内的可见光吸收提高了大约3倍.总的来说,单掺杂C元素以及双掺杂C-N元素都能明显的提高材料的光学气敏传感特性.     

非金属元素掺杂锐钛矿TiO_2(101)表面对提升NH_3光学气敏传感特性的影响

本文采用第一性原理平面波超软赝势的方法,模拟计算了含氧空位锐钛矿TiO_2(101)表面单掺杂非金属C元素、N元素、F元素以及双掺杂C-N元素、C-F元素、N-F元素后表面的氧化还原能力,分析对NH_3分子吸附的微观机理,研究杂质掺入对光学传感特性的影响.结果表明:非金属元素是比较容易掺入到锐钛矿TiO_2(101)表面,掺杂表面对NH_3分子吸附较未掺杂的表面要好,表面吸附NH_3分子后,吸附距离都出现缩短,C-N元素掺杂后吸附距离最小且吸附能最大;通过Mulliken电荷布居分布分析,C掺杂提升了表面的氧化性,N元素对表面的氧化性提升不明显,而F掺杂降低了表面的氧化性;通过态密度分析可知,C掺杂在禁带中产生了受主能级,而N掺杂提高了价带顶的电子态密度,F掺杂在导带底产生了施主能级;通过光学性质的分析可知:C掺杂提升了材料对低能可见光的响应,使材料对570 nm～760 nm范围内的可见光吸收提高了大约3.5倍;而C-N双掺杂体系,使材料对400 nm～570 nm范围内的可见光吸收提高了大约3倍.总的来说,单掺杂C元素以及双掺杂C-N元素都能明显的提高材料的光学气敏传感特性.     

TiF_3,TiCl_3中阴阳离子对LiBH_4协同催化机理的第一性原理研究

应用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了TiF3,TiCl3催化剂中阴阳离子对LiBH4的协同催化机理.研究发现:金属Ti相对于卤族元素掺杂不容易实现;金属和卤族元素同时掺杂比Ti单独掺杂容易实现;对TiF3催化剂,一种元素掺杂的实现有助于另一种元素掺杂的实现,这大大提高了掺杂浓度.基于电子结构分析,得出卤族元素单独掺杂会降低LiBH4的稳定性;Ti单独掺杂使LiBH4费米能级升高、在带隙中引入缺陷能级、使B—H键结合减弱,这些可能是Ti的卤化物催化剂大大改善LiBH4释氢性能的原因.LiBH4中加入Ti的卤化物催化剂改善其释氢性能主要是由于催化剂使B—H共价结合减弱,这使得氢容易扩散.TiF3,TiCl3催化剂,在LiBH4可逆释氢反应过程中F,Ti协同降低B—H共价结合,而Cl,Ti这种协同作用不显著,这是TiF3对LiBH4催化效果优于TiCl3的原因.     

反Heusler合金Ti_2Ru_(1-x)Fe_xSn半金属磁性的第一性原理研究

本文基于第一性原理,通过对反Heusler合金Ti_2RuSn的Y位进行Fe元素掺杂,来探究其掺杂前后的相关特性及掺杂机理,以便寻求半金属性更稳定的Heusler合金材料,为后续相关理论研究及实验提供一定参考.在掺杂过程中随着Fe元素掺杂浓度的增加,反Heusler合金Ti_2RuSn的半金属性并未受到破坏,其带隙反而随掺杂浓度逐渐变宽,从未掺前的0.451 eV展宽到了全掺杂的0.711 eV.为分析掺杂体系的稳定性,我们计算了它们相对于理想反Heusler合金Ti_2RuSn块体的形成能,结果表明,对反Heusler合金Ti_2RuSn的Y位进行Fe元素掺杂可以展宽其带隙,并且掺杂浓度越低,体系相对较容易形成.     

二维GeSe纳米片五族和七族原子掺杂的受主和施主杂质态（英文）

采用第一性原理的计算方法研究GeSe纳米片结构掺杂Ⅴ和Ⅶ族元素对其电子结构、形成能和跃迁能级的影响.结果表明:无论是掺杂Ⅴ族还是Ⅶ族元素,体系的形成能均随杂质半径的增加而增加.Ⅴ族元素掺杂体系的跃迁能级随杂质原子半径的增加而降低,而Ⅶ元素掺杂的体系却随杂质原子半径的增加而增加.其中,F、Cl、Br和I的掺杂为n型施主浅能级杂质,而N、P和As掺杂为p型受体深能级杂质.为相关的实验研究提供了理论参考.     

二维GeSe纳米片五族和七族原子掺杂的受主和施主杂质态

采用第一性原理的计算方法研究GeSe纳米片结构掺杂V和VII族元素对其电子结构、形成能和跃迁能级的影响.结果表明：无论是掺杂V族还是VII族元素,体系的形成能均随杂质半径的增加而增加.V族元素掺杂体系的跃迁能级随杂质原子半径的增加而降低,而VII元素掺杂的体系却随杂质原子半径的增加而增加.其中,F、Cl、Br和I的掺杂为n型施主浅能级杂质,而N、P和As掺杂为p型受体深能级杂质.为相关的实验研究提供了理论参考.     

晶格常数与掺杂MgB2体系超导电性及硬度均衡值ηcp的关系

依据现有的MgB2掺杂实验,通过对掺杂MgB2体系超导电性与其晶格常数的研究,发现具有较好的规律性.因此本文提出用晶格常数作为掺杂MgB2超导电性的一个判断标准.为了得到晶格常数随掺杂元素及掺杂比例的变化规律,我们又研究了晶胞体积与掺杂MgB2体系硬度均衡值ηcp的关系,发现也具有较好的规律性.这些结果对掺杂二硼化镁超导电性的研究工作及今后实验工作者掺杂元素和掺杂比例的选取都有很好的指导意义.     

Study of Semiconductor Super Thin Heterostructures with Synchrotron Radiation X-Ray Standing Wave Technique

The X ray standing wave experiment method is established with the double-crystal monochromator and precision 2-circle goniometer at Beijing Synchrotron Radiation Facility. It is used combined with the X-ray diffraction, to investigate the heterostructure of super thin Ge atomic layer within Si crystals. The results show that the Ge _x Si_1－x alloy layer with average x=0.13 was formed in the Si crystal sample due to the segregation of Ge atoms during the preparation. Due to the diffusion of Ge atoms to the crystal surface, the Ge_x Si_1－x alloy layer was disappeared and nearly pure Ge layer was formed on the Si crystal surface after annealing at 650℃.     

Ge薄层异质结构的同步辐射X射线反射法研究

用X射线反射方法研究了分子束外延技术生长的Si中Ge薄层异质结构的Ge原子分布特性.根据X射线反射理论及Parratt数值计算方法对实验反射曲线的模拟,得到不同厚度的Ge薄层异质结构样品中Ge原子的深度分布为非对称指数形式:在靠近样品表面一侧的衰减长度为8埃,而在靠近样品衬底一侧的衰减长度为3埃,且分布形式与Ge原子层的厚度无关.讨论了不同结构参数(Ge原子薄层的深度、Ge原子分布范围、样品表面粗糙度、样品表面氧化层厚度等)对样品低角反射曲线的影响.     

在Si衬底上用分子束外延低温生长Ge薄膜

本文报道了室温下淀积的薄层Ge在Si衬底表面上通过加热形成结晶的Ge岛,然后在此“带结构”的衬底表面上用分子束外延(MBE)方法生长Ge薄膜的反射式高能电子衍射(RHEED),俄歇电子能谱(AES)研究结果。X射线双晶衍射的测试结果表明,衬底表面的Ge岛有助于释放外延层的失配应力,提高外延层的晶体质量。 关键词：     

Structural phase transitions in Si and Ge under pressures up to 50 GPa

The crystal structures of Si and Ge were studied by energy dispersive X-ray diffraction at room temperature and pressures up to 50 GPa. Si transforms to a primitive hexagonal (Si-V) structure around 16 GPa, to an intermediate phase Si-VI between 35 and 40 GPa, and to hcp (Si-VII) around 40 GPa. In contrast, Ge remains in the β-tin structure up to at least 51 GPa. The pseudopotential method reproduces these differences in the high-pressure behavior of Si and Ge.     

Thermal phase change and activation energy of crystallization of Ge-Sb-Te-Sn thin films

To improve the optical storage performance, Sn was doped into Ge2Sb2Te5 phase change thin films. The optical and thermal properties of Sn-doped Ge2Sb2Te5 film were investigated. The crystal structures of the as-sputtered and the annealed films were identified by the X-ray diffraction (XRD) method. The differential scanning calorimeter (DSC) method is used to get the crystallization temperature and crystallization energy (Ea). It was found that proper Sn-doping could highly improve storage performance of the Ge2Sb2Te5 media.     

硅基锗薄膜的红外吸收谱和电学特性

为了解退火对硅基锗薄膜的质量、红外吸收、透射率和电学性质的影响,采用分子束外延方法用两步法在硅基上生长锗薄膜。将生长后的样品分成两部分,其中一部分进行了退火处理。对退火前后的样品用高分辨X射线双晶衍射仪测量了(400)晶面的X射线双晶衍射摇摆曲线,用傅里叶红外光谱仪测量了红外透射率和吸收谱,并用霍尔效应仪测量了退火前后样品的载流子浓度、迁移率、电阻率、电导率和霍尔系数。结果表明,退火后的薄膜质量明显提高。退火后大部分区域吸收增大,透射率明显减小,615~3 730 cm-1区间的透射率均比退火前降低了20%以上。退火后的体载流子浓度增大到退火前的23.26倍,迁移率增大到退火前的27.82倍。     

硅基低位错密度厚锗外延层的UHV/CVD法生长

利用超高真空化学气相淀积系统, 基于低温缓冲层和插入应变超晶格的方法, 在Si(100)衬底上外延出厚度约为880 nm的纯Ge层. 采用X射线双晶衍射、高分辨透射电镜、原子力显微镜和光致发光谱分别表征了其结构及光学性质. 测试结果显示外延Ge的X射线双晶衍射曲线半高宽为273", 表面均方根粗糙度为0.24 nm, 位错密度约为1.5×10⁶ cm². 在室温下观测到外延Ge的直接带跃迁光致发光, 发光峰值位于1540 nm. 表明生长的Si基Ge材料具有良好的结晶质量, 可望在Si基光电子器件中得到应用.     

硅基锗薄膜选区外延生长研究

利用超高真空化学气相沉积系统, 基于低温Ge缓冲层和选区外延技术, 在Si/SiO₂图形衬底上选择性外延生长Ge薄膜. 采用X射线衍射、扫描电镜、原子力显微镜、拉曼散射光谱等表征了其晶体质量和应变等参数随图形尺寸的变化规律. 测试结果显示, 位错密度随着图形衬底外延窗口的尺寸减小而减少, Ge层中的张应变随窗口尺寸的增大先增大而后趋于稳定. 其原因是选区外延Ge在图形边界形成了(113)面, 减小了材料系统的应变能, 而单位体积应变能随窗口尺寸的增加而减少; 选区外延厚度为380 nm的Ge薄膜X射线衍射曲线半高宽为678", 表面粗糙度为0.2 nm, 表明选区生长的Ge材料具有良好的晶体质量, 有望应用于Si基光电集成.     

四通道球面弯晶成像系统设计及实验研究

基于动态X射线荧光成像技术对高集光效率、单色化成像诊断设备的需求,提出了一种四通道球面弯晶成像系统设计。采用“圆锥体”空间排布方式,解决了多个通道耦合问题。通过调整弯晶姿态,实现了像点的合理分布。针对4.51 keV能点,采用Ge(400)球面弯晶作为成像元件,给出了四通道弯晶成像系统的光学初始结构参数。在实验中利用Ti靶X射线光管,对单个通道进行了网格背光成像,获得的二维图像放大倍数为7.8倍,空间分辨率达到15 μm,初步验证了系统的成像性能。四通道弯晶成像系统与分幅相机结合,能有效解决动态X射线荧光成像技术信号弱、图像信噪比低的技术难点。     

The Raman spectroscopy of neutron transmutation doping isotope Germanium nanocrystals embedded in SiO2 matrix

We have succeeded in doping arsenic (As) impurities into isotope germanium nanocrystals (nc-⁷⁴Ge) uniformly dispersed in a SiO₂ matrix by using the neutron transmutation doping (NTD) method. The samples’ inner structural transmutation is studied by combining Raman scattering, X-ray fluorescence (XRF), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Transmission electron microscope (TEM) methods. The Raman spectrum of the doped sample exhibits a relative intensity increase of the low frequency tail, blue shift of the main Raman peak (∼300 cm⁻¹) and a high frequency tail, while the undoped sample does not. Together with the XRF, XPS and TEM, we believe that the relative intensity increase of the low frequency tail arises from an increase of amorphous ⁷⁴Ge (a-⁷⁴Ge) induced by the irradiation damage. The blue shift of the main Raman peak comes from the mismatch of the crystal lattice which arose from the As impurity introduction. And the high frequency tail is due to transmuted-impurities (As) in the nc-⁷⁴Ge which was introduced by NTD.