碳化硅单晶材料的溶剂热合成与表征

采用SiCl4、CCl4和金属K体系 ,以溶剂热合成法在高压釜中制备了碳化硅 (SiC)单晶材料 .通过X射线粉末衍射 (XRD)、Raman光谱和透射电子显微镜 (TEM)对产物进行了表征 .其中XRD数据显示所得产物为碳化硅 .TEM结果表明 ,采用不同剂量的金属K ,所得产物分别为丝状和片状的SiC单晶 .SiC单晶丝直径为 10～2 0nm ,长度可达 1.5 μm ;SiC晶片的横向尺寸为 0 .1～ 3μm ,具有规则多面体外形 ,显示阶梯状生长侧面 .此外 ,对SiC单晶材料的生长机理进行了讨论 ,研究了过饱和度对SiC晶体生长和形貌的影响 .     

玻璃微球内氘结晶行为研究

为研制出满足惯性约束聚变(ICF)实验的氘氚(DT)冷冻靶, 需要控制DT结晶生长过程, 实现DT单晶生长, 由此减少影响冰层均匀化及聚变实验的晶体缺陷. 本文运用晶体生长形态动力学理论建立了密排六方晶体(hcp)单晶生长模型, 实验中通过对靶室进行± 3 mK精确控温, 采用可见光背光成像技术在线表征了低温下玻璃微球内氘(D₂)的结晶生长过程, 结果表明: 在20–100 Pa低温氦气导热环境下, 通过缓慢降温可显著降低氘晶体生长过程中形成的缺陷; 当降温速率达到2 mK/min时, 观测到了氘燃料的两种单晶生长过程, 实验具有可重复性; 建立的hcp单晶生长理论模型与实验结果符合, 并与美国利弗莫尔国家实验室(LLNL)的DT单晶生长过程进行了对比, 提出了冷冻靶内D₂/DT燃料的单晶生长方法.     

分子晶体萘的生长技术

本文描述了一种将区域融熔法与Bridgman方法相结合的单晶生长炉,用它可生长直径为1—1.3cm、长度可达15cm且适用于超声研究用的萘(Naphthalenc)单晶.该晶体生长炉具有结构简单、操作方便以及随时可以观察炉内单晶生长情况等优点.文中讨论了晶体容器的形状对单晶生长的影响,也简单介绍了汽相生长萘单晶薄片的实验.萘是较软的单晶体,所以本文提及的研磨和抛光方法对制备其它软的单晶体(同样适用于声学测量)也许具有参考价值.     

籽晶尺寸对宝石级金刚石单晶生长的影响

本文在国产六面顶压机上,在5.6 GPa, 1250—1450℃的高压高温条件下,分别选用边长0.8, 1.5和2.2 mm三种尺寸的籽晶,系统开展了Ib型宝石级金刚石单晶的生长研究.文中系统考察了籽晶尺寸对宝石级金刚石单晶生长的影响.首先,考察了籽晶尺寸变化对宝石级金刚石单晶裂晶问题带来的影响.研究得到了籽晶尺寸变大,裂晶出现概率增加的晶体生长规律.其次,在25 h的生长时间内,考察了上述三种尺寸籽晶生长金刚石单晶时,生长时间与单晶极限生长速度的关系.得到了选用大尺寸籽晶,可以提高优质单晶合成效率、降低合成成本的研究结论.借助扫描电子显微镜和光学显微镜,对三种尺寸籽晶生长金刚石单晶的表面形貌进行了标定.最后,傅里叶微区红外测试,对三种尺寸籽晶生长宝石级金刚石单晶的N杂质含量进行了表征.研究得到了选用大尺寸籽晶实现快速生长金刚石的同时,晶体的N杂质含量会随之升高的晶体生长规律.     

在宇宙空间实验室生长晶体及晶体中的生长条纹

一、在宇宙空间实验室生长硅 和锑化镓晶体 在1983年12月发射的宇宙飞船空间实验室1号中,用区熔方法生长了元素半导体硅(实验序号ES-321)[1-3]和Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体锑化镓(实验序号ES-323)[4]. 此次晶体生长实验的目的在于: (1)研究在失重的情况下,以区熔方法生长硅或锑化镓晶体的可能性和生长技术上的新问题; (2)研究在失重的情况下,掺杂剂在晶体中的分布,期望得到掺杂剂均匀分布的晶体. 硅晶体和锑化镓晶体都是用熔区移动的方法在镜式加热装置中进行的.安装在空间实验室中的晶体生长设备和镜式加热炉分别如图1和图2所示. 两只作为加热…     

B2O3添加宝石级金刚石单晶的生长特性

利用温度梯度法, 在5.3-5.7 GPa压力、1200-1600 ℃的温度条件下, 将B₂O₃粉添加到FeNiMnCo+C合成体系内, 进行B₂O₃添加宝石级金刚石单晶的合成. 研究得到了FeNiMnCo触媒生长B₂O₃添加宝石级金刚石单晶的相图分布规律. 结果表明B₂O₃添加会使晶体生长的“V”形区上移和低温六面体单晶生长区间变宽. 通过晶体生长实验, 研究合成了不同形貌的B₂O₃添加宝石级金刚石单晶. 研究同时证实, B₂O₃的过量添加会对宝石级金刚石单晶生长带来不利影响. 当B₂O₃的添加量高于约3 wt‰、生长时间超过20 h时, 很难实现优质B₂O₃添加宝石级金刚石单晶的生长. 但B₂O₃的适量添加(不超过1 wt‰), 有助于提高低温板状六面体宝石级金刚石单晶的成品率. 通过对晶体生长速度的研究发现, B₂O₃的添加使得优质晶体的生长速度明显降低, 随着晶体生长时间的延长, B₂O₃添加剂对晶体生长的抑制作用会越发明显. 扫描电镜测试结果表明, 合成体系内B₂O₃添加剂的引入, 导致晶体表面的平整度明显下降.     

高纯CdS单晶生长及光学性质

本文报道用物理蒸气输运(PVT)法,通过对原料的提纯和控制组分蒸气压生长出高纯CdS单晶.叙述了控制晶体化学比的方法并通过比较CdS的激子光谱以评价材料的纯度.     

高温高压下掺硼宝石级金刚石单晶生长特性的研究

本文在5.1—5.6 GPa,1230—1600℃的压力、温度条件下,以FeNiMnCo作为触媒,进行单质硼添加宝石级金刚石单晶的生长研究.借助于有限元法,对触媒内的温度场进行模拟.研究得到了FeNiMnCo-C-B体系下,金刚石单晶生长的P-T相图.该体系下合成金刚石单晶的最低压力、温度条件分别为5.1 GPa,1230℃左右.研究发现,在单晶同一{111}扇区内部,硼元素呈内多外少的分布规律.有限元模拟结果给出,该分布规律是由在晶体生长过程中,{111}扇区的增长速度逐渐减小所致.{111}晶向的晶体生长实验结果表明,硼元素优先从{111}次扇区进入晶体.研究发现,这是该扇区增长速度相对较快,硼元素扩散逃离可用时间短导致的.另外,同磨料级掺硼金刚石单晶生长相比,对于温度梯度法生长掺硼宝石级金刚石单晶,由于晶体的增厚速度较慢,即使硼添加量相对较高,也可以实现表面无凹坑缺陷的优质金刚石单晶的生长.     

MEAM势与Tersoff势比较研究——碳化硅熔化与凝固行为

运用分子动力学方法对比模拟研究了碳化硅的体熔化、表面熔化和晶体生长过程.分别采用MEAM 势和Tersoff势两种势函数描述碳化硅.结果表明:体熔化时,两种势函数描述的SiC的原子平均能量、 Lindemann指数和结构有序参数与温度的变化关系相似,但MEAM势对应的体熔点(4250 K)比Tersoff势(4750 K) 的要高.表面熔化时,两种势函数描述的SiC在相同的过热度下熔化速度相近;而在相同的温度条件下,MEAM 作用的SiC表面熔化速度更快.这是由于MEAM势SiC的热力学熔点(3338 K)低于Tersoff势SiC的热力学熔点 (3430 K)的缘故.两种势函数作用的SiC在晶体生长方面差异很大.MEAM势SiC的晶体生长速度与过冷度有关, 过冷度约为400 K时晶体生长速度最快.但Tersoff势SiC晶体却在过冷度为0—1000 K的范围内均不能生长. 综合考虑,MEAM势比Tersoff势能更好地描述碳化硅的熔化和凝固行为.     

AlN晶体物理气相传输法生长坩埚的热场分析

采用物理气相传输法在钨制坩埚上制备AlN单晶.通过采用COMSOL软件中的固体传热和磁场模块,对AlN晶体生长的坩埚的热场进行仿真,同时针对不同的线圈直径以及不同的线圈位置对坩埚热场的影响进行模拟,提出了相应的处理方式.结果表明:当线圈直径增大,坩埚结晶区和升华区的温度在相同的加热时间下会增加,并且增加的温度存在峰值.当线圈的垂直位置发生变化的时候,结晶区和升华区的温度场也会发生变化,从上向下移动的过程中仍然存在温度的峰值,并且结晶区和升华区的温度关系会发生翻转,导致温度梯度阻碍晶体生长.在晶体生长过程中升华区和结晶区的温度关系依旧会发生翻转.但是通过线圈跟随籽晶表面生长层的变厚而同步移动,可以保持相对稳定的温度关系,维持晶体正常持续生长.     

A comparison of the field emission characteristics of vertically aligned graphene sheets grown on different SiC substrates

The field emission （FE） properties of vertically aligned graphene sheets （VAGSs） grown on different SiC substrates are reported. The VAGSs grown on nonpolar SiC （10-10） substrate show an ordered alignment with the graphene basal plane-parallel to each other, and show better FE features, with a lower turn-on field and a larger field enhancement factor. The VAGSs grown on polar SiC （000-1 ） substrate reveal a random petaloid-shaped arrangement and stable current emission over 8 hours with a maximum emission current fluctuation of only 4%. The reasons behind the differing FE characteristics of the VAGSs on different SiC substrates are analyzed and discussed.     

Simulations of monolayer SiC transistors with metallic 1T-phase MoS2 contact for high performance application

We preform a first-principles study of performance of 5 nm double-gated (DG) Schottky-barrier field effect transistors (SBFETs) based on two-dimensional SiC with monolayer or bilayer metallic 1T-phase MoS₂ contacts. Because of the wide bandgap of SiC, the corresponding DG SBFETs can weaken the short channel effect. The calculated transfer characteristics also meet the standard of the high performance transistor summarized by international technology road-map for semiconductors. Moreover, the bilayer metallic 1T-phase MoS₂ contacts in three stacking structures all can further raise the ON-state currents of DG SiC SBFETs in varying degrees. The above results are helpful and instructive for design of short channel transistors in the future.     

非等温模型下LED芯片性能与衬底的关系

发光二极管(LED)中载流子的输运及复合决定了其非均匀的内热源强度及分布,而芯片温度又影响载流子的输运及复合,两者具有强烈的耦合关系。本文利用非等温多物理场耦合模型对以蓝宝石、Si及SiC为衬底的 LED芯片的内量子效率、光谱特性及光电转换效率进行了系统研究。结果表明:以SiC为衬底的LED芯片具有最小的效率下垂效应(Efficiency droop)及最高的光谱强度和光电转换效率。这是因为与其他两种衬底的LED芯片相比,以SiC为衬底的LED芯片具有最好的散热性能,因此非均匀温度场对其载流子输运及复合的影响最小,使得活性区中的载流子浓度显著增强,漏电流明显下降。     

不同基底的GaN纳米薄膜制备及其场发射增强研究

采用脉冲激光沉积 (PLD) 方法在Si及SiC基底上制备了相同厚度的GaN纳米薄膜并对其进行了微结构表征及场发射性能测试分析. 结果表明: 基底对于GaN薄膜微结构及场发射性能具有显著的影响. 在SiC基底上所制备的GaN纳米薄膜相对于Si基底上的GaN纳米薄膜, 其场发射性能得到显著提升, 其场发射电流可以数量级增大. 场发射显著增强应源于纳米晶微结构及取向极化诱导增强效应. 本研究结果表明, 要获得优异性能场发射薄膜, 合适基底及薄膜晶体微结构需要重点考虑. 关键词： 基底 GaN 纳米薄膜 场发射     

Hydrogen adsorption on SiC nanotube under transverse electric field

Using density functional theory, we present a model to illustrate that under a transverse electric field the overall amount of hydrogen storage can be increased on the SiC nanotube. Due to the cylindrical shape of the nanotube, an electric field does not have the similar effects on the different adsorption sites. Although it has the desired effects on some sites, the electric field may lead the binding energy to decrease on some other sites. We demonstrate that the binding energy decreases slightly just on the two small areas and increases significantly on the largest part of the nanotube surface.     

射频溅射法制备3C-SiC和4H-SiC薄膜

利用射频溅射法在Si衬底上制备了SiC薄膜，并利用x射线衍射（XRD）和红外（IR）吸收谱对薄膜的结构、成分及化学键合状态进行了分析.XRD结果表明，低温制备的SiC薄膜为非晶相，而在高温下（＞800℃），薄膜呈现4HSiC和3CSiC结晶相.IR谱显示，溅射制备薄膜的吸收特性主要为Si—C键的吸收.此外，还利用原子力显微镜对薄膜的表面形貌进行了研究，并研究了样品的场发射特性. 关键词： 射频溅射 SiC薄膜 结构 表面形貌 场发射     

纳米碳化硅/硅橡胶复合物非线性电导特性研究

将纳米碳化硅填加到硅橡胶中,可以获得具有非线性电导特性的纳米碳化硅/硅橡胶复合物. 本文研究了质量分数分别为5 wt%,15 wt%,30 wt%,45 wt%的纳米碳化硅/硅橡胶复合物的非线性电导特性,建立了电导率与场强的函数关系,分析了复合物的非线性电导机理,并测试了复合物的介电谱特性和击穿特性. 为了探讨非线性碳化硅/硅橡胶复合物应用于电缆终端和复合绝缘子以均匀其电场分布的可能性,应用COMSOL Multiphysics软件,对电缆终端和复合绝缘子中的电场分布进行了仿真分析. 仿真结果表明,将纳米碳化硅/硅橡胶复合物应用于电缆终端应力锥的绝缘部分,以及应用于复合绝缘子的端部,可以有效地降低其最大场强. 关键词： 纳米碳化硅/硅橡胶复合物 非线性电导特性 电场仿真     

SiC在辐射场中的物理特性和光谱研究

本文采用密度泛函理论的B3LYP方法,在6-311G++(d,p)基组水平上优化了不同外电场(0-0.04a.u.)下碳化硅分子的基态稳定构型,在此基础上利用同样的方法计算了碳化硅分子的分子结构、偶极矩、总能量、能隙以及红外光谱、拉曼光谱、紫外-可见吸收光谱强度.结果表明,在外电场的作用下,分子结构变化明显,与电场呈现强烈的依赖关系.碳化硅分子键长一直在增大,电偶极矩先减小后增大,分子总能量先增大后减小,能隙E_G先减小后增大再减小再增大,红外光谱吸收峰出现红移现象,拉曼光谱出现蓝移现象.随着外电场的加强,分子紫外可见吸收光谱振子强度出现先增大后减小的反复变化,其波峰也出现蓝移现象.     

Dependence of electronic and optical properties of multilayer SiC and GeC on stacking sequence and external electric field

The electronic and optical properties of different stacked multilayer SiC and GeC are investigated with and without external electric field (EEF). The band gaps of multilayer SiC and GeC are found smaller than that of monolayer SiC and GeC due to the interlayer coupling effect. When EEF is applied, the direct band gaps (ΔK–M) of multilayer SiC and direct band gaps (ΔK–K) of multilayer GeC all turn to indirect band gaps (ΔK–G) as the band at the G point drops dramatically toward zero. The imaginary part ε₂(ω)s of multilayer SiC and GeC show that new absorption peaks between 2–5 eV appear when the polarized direction is perpendicular to the layer plane, and new absorption peaks in infrared region appear as the EEF is higher than a certain point when the polarized direction is parallel to the layer plane. Our calculations reveal that different stacking sequences and EEF can provide a wide tunable band structures and optical properties for multilayer SiC and GeC.     

SiC光导开关衬底与电极界面场强仿真与优化设计

研究电极结构、SiC与电极连接结构对界面场强的影响,通过电极边缘以及SiC晶体结构的优化降低界面处的电场增强,并通过高压试验测试优化电极结构的击穿电压。结果表明,优化电极倒角以及SiC晶体与电极的界面下埋可有效降低电场增强,在电极为圆倒角及界面使用焊料连接的结构下,使用介质环的器件在电压22 kV时击穿。