溶胶凝胶法制备以Al_2O_3为界面修饰层的铪铟锌氧薄膜晶体管

利用溶液法制备了以HfSiOx为绝缘层、HfInZnO为有源层、Al_2O_3为界面修饰层的TFT器件。HfSiOx薄膜经Al_2O_3薄膜修饰后,薄膜表面粗糙度从0.24nm降低至0.16nm。Al2O3薄膜与HfSiOx薄膜之间的界面接触良好,以Al_2O_3为界面修饰层的TFT器件整体性能得到提升,具体表现为:栅极电压正向和反向扫描过程中产生的阈值电压漂移显著减小,器件的阈值电压和亚阈值摆幅降低,迁移率与开关比增大。研究证明,溶液法制备Al_2O_3薄膜适合作为改善器件性能的界面修饰层。     

Al/GaN/Al_2O_3微纳米多层结构界面热阻实验重构

通过GaN基微纳米器件中纳米尺度界面的热输运成为微系统热管理和热设计的热点和难点,而通过GaN/Al_2 O_3之间界面热阻尚未测试。首先采用双波长TDTR方法测量了Al膜与GaN薄膜之间的界面热阻,然后借助热阻抗网络和参数敏感性分析,利用宽频3ω法对Al/GaN/Al_2 O_3多层薄膜结构内部界面热阻进行实验重构。两种方法测量的GaN/Al_2 O_3之间界面热阻量级相同,相互验证了测试结果的合理性。两种方法结合可实现微纳米多层结构多个热物性参数的精细描述。     

氧化铝与Al(100)基体间界面原子结构研究

本文介绍了用MeV离子散射和沟道效应研究单晶铝表面无定型氧化层与基体之间界面原子结构的方法。报道了Al_2O_3/Al(100)界面原子结构的实验结果。实验表明,在纯氧气氛围中400℃下生成的氧化铝膜,铝和氧原子浓度比例严格为2与3之比;Al_2O_3膜和Al(100)基体之间的界面极其陡峭,氧化铝膜下Al(100)基体表面的再构层不大于一个原子层。由实验测量与用Monte Carlo方法计算结果比较,得到再构层原子离开原来晶格位置距离为0.18埃。室温下,Al(100)氧吸附层的元素成份在氧原子覆盖度较低时主要为AlO。     

RF溅射的SiO_2和SiO_2/Al/SiO_2薄膜的喇曼散射光谱研究

用射频溅射(RF Sputtering)法制成了SiO_2和SiO_2/Al/SiO_2薄膜。应用喇曼光谱研究了薄膜结构。结果表明:RF溅射制成的SiO_2薄膜是含有大量环结构缺陷的玻璃态;SiO_2/Al/SiO_2层状薄膜的喇曼光谱中观察到Al_2O_3的特征峰,证实了Al/SiO_2薄膜界面确有氧化还原反应发生;从喇曼光谱中Al_2O_3的特性峰的位置和相对强度可推断出,SiO_2/Al/SiO_2薄膜界面处的Al_2O_3是非晶γ-Al_2O_3。     

基于原子层沉积技术的高精度多层膜X射线菲涅尔波带片的制备研究

基于原子层沉积与聚焦离子束切割抛光相结合的工艺,提出了一种多层膜型波带片制备技术。利用耦合波理论计算出最外环宽为10 nm的Al_2O_3/HfO_2、Al_2O_3/SiO_2、Al_2O_3/Ir和Al_2O_3/Ta_2O_5四种材料组合的多层膜波带片在X射线能量为8 keV和15 keV时的菲涅尔波带片的理论衍射效率,讨论了最外环宽和波带片高度对衍射效率的影响,选择了Al_2O_3/HfO_2为后续叠层制备。研究了原子层沉积制备Al_2O_3和HfO_2薄膜的生长特性,验证了原子层沉积技术制备单层膜厚为10 nm叠层结构的可行性,实验结果表明,利用原子层沉积技术制备Al_2O_3和HfO_2薄膜粗糙度可控在1 nm,均匀性优于±1.5%,单叠层厚度误差仅为0.416 nm.同时,利用聚焦离子束切割抛光技术得到了最外环宽为10 nm,高宽比200的高分辨率X射线菲涅尔波带片。     

钢-铅粘接结构的粘接强度对超声体波反射与 透射特性的影响*

针对多层异种金属粘接结构中粘接强度的超声检测与表征困难的问题,采用线性弹簧模型和等效弹性模量模型来分别表征界面粘附强度和内聚强度,推导了超声体波斜入射N层粘接结构的反射与透射系数表达式。通过在不同入射面和入射声波模式等条件下,同时连续改变两种参数来系统研究粘接层界面粘附强度与内聚强度变化对超声波反射与透射特性的影响关系,确定了能够敏感表征粘接强度的超声参量,为粘接强度的无损检测与评价提供理论依据。     

Al和O间隙原子对α-Al_2O_3热力学性质影响的第一性原理计算

Al粒子作为铝热剂中的主要金属还原剂,通常会自发氧化而在表面形成Al_2O_3钝化层.Al和O原子的扩散渗透将使Al_2O_3壳层的结构和热力学性质发生变化进而对铝热剂的点火过程产生影响.采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,结合准简谐徳拜模型和晶格动力学理论,计算并比较了α-Al_2O_3,Al原子掺杂α-Al_2O_3以及O原子掺杂α-Al_2O_3在高温高压下的相关热力学性质,讨论了Al和O原子掺杂对其热力学性质的影响.结果表明:在研究的温度和压力范围内,Al和O间隙原子的掺杂将使α-Al_2O_3的体模量减小,热容和热膨胀系数增大.这一结果意味着对于外表面包覆Al_2O_3的纳米Al粒子而言,高温高压下Al和O原子在Al_2O_3壳层中的扩散将使得Al_2O_3更具延展性而不利于发生剧烈散裂.     

基于Al_2O_3/MoO_3复合阳极缓冲层的倒置聚合物太阳能电池的研究

采用旋涂Al_2O_3前驱体溶液和低温退火的方法在活性层上形成Al_2O_3薄膜,并与MoO_3结合形成Al_2O_3/MoO_3复合阳极缓冲层,制备了以聚3-己基噻吩:[6.6]-苯基-C_(61)-丁酸甲酯(P3HT:PC_(61)BM)为活性层的倒置聚合物太阳能电池,并通过改变Al_2O_3前驱体溶液的浓度来分析复合阳极缓冲层对器件性能的影响.结果发现,Al_2O_3/MoO_3复合阳极缓冲层能有效调控倒置聚合物太阳能电池的光电性能及其稳定性.当Al_2O_3前驱体溶液的浓度为0.15%时,器件光伏性能达到最优值,与MoO_3单缓冲层的器件相比,光电转换效率(PCE)由3.85%提高到4.64%;经过80天老化测试后,具有复合阳极缓冲层的器件PCE保留为初始值的76%,而单缓冲层的器件PCE已经下降到50%以下.器件性能得到改善的原因是Al_2O_3/MoO_3复合阳极缓冲层增强了倒置太阳能电池器件阳极对空穴的收集能力,同时钝化了器件活性层,从而提升了太阳能电池器件的光伏性能及其稳定性.     

复合结构界面粘接强度的声-超声评价研究

基于Ritec-SNAP测量系统建立了声-超声技术实验系统,分析了在声-超声技术评价过程中用声信号的幅频特性及应力波因子表征复合结构界面粘接强度的可行性。用粘接层的固化过程模拟复合粘接板粘接强度的变化过程,以粘接层的固化时间作为粘接强度的间接表征参量,借助于已建立的实验系统对复合结构粘接强度的评价问题进行了实验研究。实验结果表明,应力波因子与反映界面粘接强度的粘接层固化时间呈单调对应关系,且不同固化时期的应力波因子存在明显的不同特性,表明用应力波因子评价复合结构的界面粘接强度具有可行性。     

Al2O3/PMMA交叠薄膜制备及OLED封装性能

可靠的薄膜封装对提高有机发光二极管(Organic light-emitting diode,OLED)器件寿命至关重要。本文采用原子层沉积实现了致密Al_2O_3薄膜的低温制备,并研究了喷墨打印PMMA墨水在Al_2O_3薄膜的均匀成膜以及Al_2O_3/PMMA交叠薄膜的水汽阻隔性能。实验结果表明,当打印分辨率为300 DPI时,PMMA墨水在Al_2O_3薄膜表面均匀成膜,Al_2O_3/PMMA交叠薄膜具有良好的水汽阻隔性能和光学透过率。钙膜电学测试结果显示,3对Al_2O_3/PMMA薄膜的水汽透过率低至8.34×10~(-5) g/(m~2·d),而光学透光率在可见光范围内高于95%,表现出良好的OLED器件薄膜封装性能。     

非晶锂离子导体B_2O_3-0.7Li_2O—0.7LiCl-xAl_2O_3晶化过程的正电子湮没一维角关联辐射研究

本文用中国第一台正电子湮没辐射一维角关联实验装置,测量了非晶锂离子导体B_2O-0.7Li_2O-0.7LiCl-xAl_2O_3(x=0.15;0.10;0.05)晶化过程中各条正电子湮没辐射的一维角关联曲线,并对归一化的电子动量分布进行了线形参数的计算,从其S参数同样能推测出该离子导体在晶化过程中缺陷浓度的变化。 非晶离子导体B_2O_3-0.7Li_2O-0.7LiCl-xAl_2O_3的实验结果表明,Al_2O_3组分不同,对非晶态样品在室温下一维角关联曲线的S参数亦无较大影响。完全晶化后,一维角关联曲线的S参数均有很大下降。在晶化过程最初期,无论Al_2O_3含量多少,S参数都明显略增;到晶化温度附近,仅对Al_2O_3含量较多的非晶,S参数反常增高。这些结果验证和补充了测正电子平均寿命得出的结论。由此初步证实了界面层有大量缺陷的物理图象。     

钢-混凝土结构弱粘接界面缺陷的超声导波检测*

钢-混凝土结构是土木工程中的一种常用结构形式,钢与混凝土粘接处可能出现弱粘接甚至完全脱粘的缺陷,严重影响结构的安全性。该文提出利用空气耦合超声导波衰减的方法实现钢-混凝土结构粘接状态的非接触无损检测方法,分析不同厚度粘接界面对超声导波衰减的影响。基于全局矩阵技术对钢-混凝土结构求解理论频散方程和衰减曲线,得到界面层不同粘接条件下的理论参数及衰减特性。建立不同粘接条件的有限元模型,定量分析不同模态对粘接缺陷的检测敏感度。研究界面层厚度分别为1 mm和2 mm两种情况下S0能量的衰减情况。研究结果表明:S0模态可有效判断粘接结构的粘接状态,对于同一界面层厚度,随着界面粘接条件变弱,S0最大幅值与A0最大幅值比不断增大;不同厚度同一粘接条件下,2 mm相较于1 mm该值更大。该方法在钢-混凝土结构粘接界面缺陷的检测方面具有良好的应用价值和发展前景。     

厚胶层复合材料弱粘接结构的超声反射特性

开展了复合材料粘接结构粘接质量的非接触式超声反射特性的仿真与实验研究。首先,建立了水浸环境下纤维增强复合材料(FRP)单层板时域仿真模型,数值分析了不同入射角度下声反射系数频率谱的变化规律,并与已有理论方法进行了对比验证。基于此,建立了含厚胶层的复合材料粘接结构反射特性时域仿真模型,分析了粘接界面弱化程度对超声反射系数频谱特征点的影响规律。基于水浸超声反射特性测量系统,实验萃取了完好粘接状态的FRP粘接结构的超声反射系数频谱,与仿真结果吻合良好。随后,制备了具有不同粘接界面状态特征的FRP粘接结构试样,从实验角度揭示了单/双粘接界面弱化状态与超声反射特性间规律性的偏移特征。基于不同粘接状态与超声反射特性间的规律性分布特征,可为厚胶层复合材料粘接结构的粘接质量评估提供新的研究思路。     

粘接界面特性的超声检测与评价

粘接界面特性的超声检测与评价既是物理学的前沿问题,又是经济建设和国防安全亟需解决的应用问题。高波阻介质下多层低波阻介质界面脱粘检测、滑移界面检测和粘接强度定量评价是粘接质量检测中遇到的三大难题。本文综述了课题组十余年来在攻坚三大难题方面的研究工作：建立了共振匹配理论,发明了六项关键技术并实现了技术集成,研制出全新概念的超声检测设备,解决了第一个难题;成功研制出横波直探头,用纵横波综合判断方法解决了第二个难题;对第三个难题,建立了粘接界面非线性弹簧模型,为利用非线性声学参量评价粘接界面奠定了理论基础,并探索性地利用统计性方法对粘接强度进行了预测,取得较好效果。     

层状粘接结构超声检测信号的同态解卷积脱粘界面定征

本文利用建立的多层粘接结构超声无损检测信号的卷积模型,推导出了检测信号的解析表达式,并用同态滤波解卷积方法有效地提取出粘接结构的系统响应,进而由其中界面多次反射响应的位置、幅度和包络等特征参数,实现了脱粘二界面（指空气脱粘）的定征和识别。仿真和实验数据的处理结果表明本文方法对脱粘检测的应用有积极的意义。     

超薄介质插层调制的氧化铟锡/锗肖特基光电探测器

本文通过在氧化铟锡(indium tin oxide, ITO)透明电极和锗(germanium, Ge)之间引入超薄氧化物介质层以调节其接触势垒高度,制备出低暗电流、高响应度的锗肖特基光电探测器.比较研究了采用不同种类介质Al_2O_3和MoO_3,以及不同掺杂浓度的锗和硅衬底上外延锗材料制作的ITO/Ge肖特基二极管特性.发现2 nm厚的Al_2O_3插层可有效提高ITO与n-Ge和i-Ge的接触势垒高度,而MoO_3插层对ITO与不同Ge材料的接触势垒高度影响不明显. ITO/Al_2O_3/i-Ge探测器由于其增大的势垒高度表现出性能最佳,暗电流(–4 V)密度低至5.91 mA/cm~2, 1310 nm波长处光响应度高达4.11 A/W.而基于硅基外延锗(500 nm)材料制作的ITO/Al_2O_3/Ge-epi光电探测器的暗电流(–4 V)密度为226.70 mA/cm~2, 1310 nm处光响应度为0.38 A/W.最后,使用二维位移平台对ITO/Al_2O_3/i-Ge光电探测器进行了单点成像实验,在1310 nm, 1550 nm两个波段得到了清晰可辨的二维成像图.     

多层粘接结构中脱粘界面的人工神经网络余弦变换谱特征识别

针对钢－橡胶多层粘接结构中界面脱粘的超声检测难题,利用余弦变换（ＤＣＴ）提取的表征检测信号的模式特征矢量,通过人工神经网络模式识别方法对不同界面脱粘时实验检测信号的正确识别,实现了脱粘一、二、三和四界面的检测。本文脱粘界面信号模式的人工神经网络识别系统对现代工业中ＮＤＴ＆ＮＤＥ的自动化有着积极的意义。     

氧化锌电阻阀片中ZnO(002)/β-Bi_2O_3(210)界面结构的第一性原理研究

为了从物质微观结构上了解氧化锌避雷器阀片的性能,采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对ZnO(002)/β-Bi_2O_3(210)界面结构进行弛豫和电子结构计算.结果表明弛豫后,原子间的键长发生改变.界面区域差分电荷密度图和原子布居分析可得ZnO层片中Zn原子电荷缺失,β-Bi_2O_3层片中O原子电荷富集,ZnO层片向β-Bi_2O_3层片转移电子电荷23.61e.晶界结构的内建电场由ZnO层片指向β-Bi_2O_3层片,内建电场是ZnO电阻阀片具有非线性伏安特性的重要原因.界面附近态密度表明界面的结合主要依靠ZnO层片中Zn原子与β-Bi_2O_3层片中O原子相互作用.计算显示ZnO(002)/β-Bi_2O_3(210)界面结合较强,界面能约为-4.203 J/m~2.本文研究结果对于研制高性能非线性伏安特性氧化锌电阻片提供了机理解释和理论支持.     

杂质S对Fe/Al_2O_3界面结合影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,研究了杂质S对Fe/Al_2O_3界面结合的影响.计算结果表明:S在界面上Fe3原子处的界面偏析能最小,因此S易于向Fe3原子处偏析.Fe/Al_2O_3界面的结合主要受界面两侧Fe和O原子间相互作用控制.态密度、键重叠布居数和电子密度的计算结果均表明:S在界面处的偏析减弱了界面处Fe原子和O原子之间的相互作用,而且S的存在会引起Fe和O原子之间较强的静电排斥,这些导致了界面结合力的下降.研究结果可以使我们深入理解S在Fe-Cr-Al合金界面处的偏析造成氧化膜与合金基体结合减弱及氧化膜在S偏聚处剥离的机理.     

Al_2O_3从CaIrO_3结构转变为U_2S_3结构的相变对其高压下光学性质的影响

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,计算了Al_2O_3晶体在高压下的光学性质.结果表明:(1)Al_2O_3从CaIrO_3结构转变为U_2S_3结构:将使得其吸收谱主峰值强度增强、副峰值强度显著减弱、主副谱峰均红移以及光谱吸收边出现巨大的红移.(2)结构相变将引起Al_2O_3折射率谱峰值强度减弱和谱峰数增加;同时,在波长为400-2000 nm的范围内,结构相变将导致Al_2O_3折射率显著增大.本文的计算结果为未来进一步的实验研究提供了参考信息.