立方相Ca2Ge结构稳定性的第一性原理研究

采用贋势平面波中的GGA和LDA两种近似方法分别计算立方相Ca2Ge在-6~8 GPa应力作用下的弹性特性、布局分析、电子结构和(100)面的电荷密度,分析应力作用下立方相Ca2Ge的结构稳定性.计算结果表明,当应力在-6~8 GPa范围,立方相Ca2Ge具有较好的力学稳定结构,体弹模量B、剪切模量G和杨氏模量E随应力的增加而增加,体弹模量B的增长呈线性增加,而剪切模量G和杨氏模量E的增长速率随应力的增加而减小.根据Pugh准则,当应力小于4 GPa时,立方相Ca2Ge表现为脆性,应力大于等于4 GPa时,表现为延性.根据布局分析结果,随着压力的增加,Ca原子4s态电子向3d态跃迁,立方相Ca2Ge化合物在较高压力下存在共价键,离子性降低.能带结构和态密度计算结果表明,应力在-4~8 GPa范围,带隙值随应力的增加而成线性降低,在-6~0 GPa应力下,Ca s态电子未参与成键,随着应力的增加,各电子态的能带线宽度增加,态密度的峰值宽度增加,表明电子云的重叠越大,电子间的成键强度加强.分析立方相Ca2Ge(100)面的电荷密度,得出(100)面上最大电荷密度值随应力的增加而减小,最小电荷密度值随应力的增加而增加,说明(100)面上电子局域性随应力的增加而降低,电子云的重叠程度随应力的增加而增大,电子轨道半径增大,成键强度增强.     

不同结构TiO2-ZnO异质复合膜光催化活性的研究

采用多靶磁控溅射离子镀技术制备TiO2-ZnO和(TiO2-ZnO)/TiO2两种不同结构的复合薄膜.研究薄膜在pH值分别为5、7和9时对甲基橙的降解,并结合薄膜光催化实验后的透光率、表面形貌和电化学腐蚀性能,探讨TiO2顶层对TiO2-ZnO异质复合薄膜光催化活性的影响.结果表明:两种薄膜的光催化活性均在酸性中最好,依次为碱性和中性,但(TiO2-ZnO)/TiO2薄膜的降解率和降解速率始终高于TiO2-ZnO薄膜,且酸、碱性环境下更明显.光催化实验后,(TiO2-ZnO)/TiO2薄膜表面无变化,TiO2-ZnO薄膜出现明显的腐蚀、溶解形貌,且薄膜透光率在不同环境中的变化相差4～5倍.在不同pH值的3.5wt; NaCl溶液中,(TiO2-ZnO)/TiO2复合薄膜的腐蚀电位和腐蚀电流均优于TiO2-ZnO薄膜.由于TiO2顶层良好的耐酸碱腐蚀性能,(TiO2-ZnO)/TiO2薄膜在pH值较大范围的溶液中表现出更好的光催化活性.     

四甲基硅烷流量对硬质合金表面沉积的SiC涂层的影响

采用强电流直流伸展电弧化学气相沉积(HCDCA CVD)技术,在Ar、H2和四甲基硅烷(TMS)先驱体组成的混合气体气氛下,在YG6硬质合金衬底表面沉积了SiC涂层.本文对不同TMS流量条件下制备的SiC涂层的沉积速率、表面形貌、化学成分、物相组成以及附着力进行了对比研究.在此基础上,实验选取表面连续致密且附着力良好的SiC涂层作为过渡层进行了金刚石涂层的沉积,并对金刚石涂层的形貌、质量以及附着力进行了表征.实验发现.随着TMS流量的增加,SiC涂层的沉积速率加快,连续和致密性逐渐改善,但其附着力明显降低.连续致密且附着力良好的SiC涂层作为过渡层,可以有效地抑制硬质合金中Co的扩散,消除Co在金刚石涂层沉积过程中的不利影响,获得附着力良好的纳米金刚石涂层.     

高温溶液法生长SiC单晶的研究进展

碳化硅(SiC)作为第三代半导体材料,不仅禁带宽度较大,还兼具热导率高、饱和电子漂移速率高、抗辐射性能强、热稳定性和化学稳定性好等优良特性,在高温、高频、高功率电力电子器件和射频器件中有很好的应用潜力。高质量、大尺寸、低成本SiC单晶衬底的制备是实现SiC器件大规模应用的前提。受技术与工艺水平限制,目前SiC单晶衬底供应仍面临缺陷密度高、成品率低和成本高等问题。高温溶液生长(high temperature solution growth, HTSG)法生长SiC单晶具有晶体结晶质量高、易扩径、易实现p型掺杂等独特的优势,有望成为大规模量产SiC单晶的主要方法之一,目前该方法的主流技术模式是顶部籽晶溶液生长(top seeded solution growth, TSSG)法。本文首先回顾总结了TSSG法生长SiC单晶的发展历程,接着介绍和分析了该方法的基本原理和生长过程,然后从晶体生长热力学和动力学两方面总结了该方法的研究进展,并归纳了该方法的优势,最后分析了TSSG法生长SiC单晶技术在未来的研究重点和发展方向。     

6H-SiC硅面S钝化工艺研究

采用(NH4)2S溶液钝化SiC的Si面,借助反向I-V特性间接表征钝化效果,得到了SiC表面最佳的钝化参数:钝化温度60 ℃、钝化时间30 min、NH3·H2O浓度为2.4 mol/L、(NH4)2S浓度为0.22 mol/L.XPS测试结果表明钝化后的6H-SiC表面形成了Si-S键,反向饱和I-V特性表明S钝化降低了表面的态密度.实验结果与第一性原理计算结果相吻合.     

超声辅助线锯切割SiC单晶实验研究

针对单晶SiC切割过程切割效率低,加工表面粗糙度和表面不平度差以及线锯磨损和断裂严重等问题,提出采用线锯横向施加超声振动的方法切割单晶SiC.通过实验对比研究了普通切割与超声辅助切割两种切割工艺,结果表明:与普通切割相比,超声辅助切割单晶SiC,锯切力减小37;～52;,且减小趋势随工件进给速度的增大更明显;切片表面粗糙度降幅约为26;～55;,晶片表面形貌均匀,无划痕,明显优于普通切割方法所获得的表面;线锯磨损降低约近40;;切割效率提高近56;.     

SiC中间层对金刚石涂层硬质合金刀具膜 基界面结合性能的影响

基于第一性原理分别计算了WC-Co/Graphite/Diamond、WC-Co/SiCC-Si/Diamond和WC-Co/SiCSi-C/Diamond界面模型的粘附功、断裂韧性,分析了电子结构和态密度.结果表明:Graphite/Diamond界面粘附功极小,金刚石在石墨基面上成核不良;WC-Co/Graphite界面处Co与C(Graphite)原子具有同种电荷而相斥,添加SiC中间层改变了界面处原子的电荷分配与成键方式,WC-Co/SiC界面Co与C(或Si)原子具有异种电荷而相吸,且Co-Si(SiC)键强于Co-C(SiC)键;SiC/Diamond界面C(SiC)-C(Diamond)键强于Si(SiC)-C(Diamond)键.因此,三种界面模型中各界面的粘附功SiCSi-C/Diamond>SiCC-Si/Diamond>WC-Co/SiCSi-C>WC-Co/SiCC-Si>WC-Co/Graphite>Graphite/Diamond.总之,添加SiC中间层提高了金刚石涂层硬质合金刀具膜基界面结合性能.     

基于声发射的单晶SiC材料去除机理研究

根据声发射理论,采用金刚石刀具在自动划痕仪上进行SiC单晶塑脆转换的临界条件实验,建立了SiC划痕实验过程中的声发射(AE)信号模型,利用扫描电镜(SEM)观察SiC单晶的表面形貌.结果表明,SiC划痕过程中也存在着明显的声发射Kaiser效应点,表面的划痕和切屑也表明该单晶材料同其它典型硬脆材料如玻璃和硅类似,材料去除存在着塑性到脆性的转换过程,同时分析了划痕过程中的微细粉末状碎屑的产生机理和刀具角度与塑脆转换的关系.     

沉积温度对硬质合金表面沉积的SiC薄膜的影响

采用强电流直流伸展电弧等离子体CVD技术,以Ar、H2和四甲基硅烷(TMS)为先驱气体,在YG6硬质合金衬底表面制备了SiC薄膜。实验结果表明:随着沉积温度的升高,薄膜的致密性和平整度提高;但当沉积温度过高时,SiC薄膜的表面开始具有含非晶碳球和呈花瓣状的疏松结构。在合适的沉积温度下,SiC薄膜的致密性和平整度较好,且其具有较好的附着力和一定的强度,而这样的SiC薄膜可以阻止在金刚石涂层沉积过程中硬质合金中含有的Co对金刚石相沉积过程的有害作用。     

pH值对金刚石表面化学镀镍的影响

本文以金刚石颗粒表面化学镀的方法镀覆镍金属层为背景,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEN)等测试手段研究了pH值对镀层的组织、形貌及镀速的影响.结果表明:当镀液的pH值低于10.5时,镀速几乎为零,反应不能发生;pH值在10.5 ～ 12时,镀速随pH值的增加而增大,且镀速增加较快,XRD图谱中有镍峰存在,镍峰随pH值的增加而增强,基体有裸露现象;当pH值在13左右时,镀速较为稳定,镍衍射峰较强,镀层较为均匀,无裸露现象;pH值接近14时,镀层较为粗糙,且有脱落现象.在pH值等于13的条件下二次化学镀,基体表面得到的镀层厚度大约为1.5 μm,镀层致密度较好,且包覆严实.     

SiC籽晶表面状态对晶体质量的影响

为了研究表面状态对晶体质量的影响,本文分别采用腐蚀后抛光与未抛光的晶片作为籽晶,利用金相显微镜对所得晶体进行了显微观察,结果表明:经过腐蚀后抛光的籽晶生长出的晶体质量高于未抛光籽晶所得晶体;生长前端的位错尺寸以及数量小于未抛光籽晶,说明抛光去除了部分表面浅的缺陷腐蚀坑,同时减小深腐蚀坑的尺寸,使得籽晶生长表面的缺陷密度和尺寸大大降低,有助于减少后期生长的晶体中的缺陷密度,提高结晶质量.     

晶格畸变检测仪研究碳化硅晶片中位错缺陷分布

利用晶格畸变检测仪研究了SiC晶片位错分布情况,通过对熔融KOH腐蚀后的SiC晶片进行全片或局部扫描,从而得到完整SiC晶片或局部区域的位错分布。与LEXT OLS4000 3D激光共聚焦显微镜扫描腐蚀图进行比较,晶格畸变检测仪扫描腐蚀图可以将晶片上位错腐蚀坑信息完全呈现出来,且根据腐蚀坑呈现的颜色及尺寸大小,可以分辨出三种不同类型的穿透型位错,其中黑点腐蚀坑对应螺位错,小尺寸白点腐蚀坑对应刃位错,大尺寸白点腐蚀坑对应混合型位错。采用晶格畸变测试仪研究了4英寸(101.6 mm)N型4H-SiC晶体不同生长时期的位错密度及分布情况,结果表明随着晶体生长,位错密度呈现逐渐降低的趋势,生长后期晶片的总位错密度降为生长前期晶片总位错密度的近1/3,有利于反馈位错缺陷在SiC晶体生长过程中的延伸和转化特性信息,以指导SiC晶体生长工艺改进。     

影响化学机械抛光4H导电SiC晶片表面质量的关键参数研究

选用二氧化硅抛光液抛光4H导电SiC晶片表面,探究影响SiC晶片表面质量的关键参数,获得更高的去除效率和表面质量.实验结果表明,SiC表面的氧化是氢氧根离子和双氧水共同作用的结果.保持压力不变并增加氢氧根离子或双氧水的含量,SiC表面去除速率先增加后保持不变.在更大的压力下增加氢氧根离子的含量,SiC表面的抛光去除速率进一步增加.通过优化的抛光参数,SiC表面的抛光去除速率达到142 nm/h.进一步研究结果表明,保持化学机械抛光过程中氧化作用与机械作用相匹配,是获得高抛光效率和良好的表面质量的关键.表面缺陷检测仪(Candela)和原子力显微镜(AFM)的测试结果表明,SiC抛光片表面无划痕,粗糙度达到0.06 nm.外延后总缺陷密度小于1个/cm2,粗糙度达到0.16 nm.     

Ti/Au复合电极在CdZnTe (111)B面上的表面结构与性能研究

近年来,碲锌镉(CdZnTe)材料制成的探测器已经成为研究热点,适当的接触特性已经成为提高探测器性能的关键问题。本文主要探讨了弱n型CdZnTe晶体(111)B面Ti/Au复合电极的欧姆接触性能,采用两步沉积工艺制备Ti/Au复合电极。通过AFM、FIB/TEM、XPS、I-V等测试方法研究了电极与CdZnTe的界面结构、化学成分和电学性能。结果表明,Ti过渡层的引入可以减轻和改善晶片抛光过程中形成的损伤层,增加了电极与晶体之间的欧姆特性。相比于CdZnTe (111)B面上的Cr/Au复合电极,Ti/Au复合电极的粗糙度更低、接触界面更平整,晶格失配层厚度也更低。Ti中间层促进了金/半界面的互扩散现象, 有利于增加黏附性和降低肖特基势垒,并且在Ti/Au复合电极与CdZnTe接触的界面上没有观察到氧元素的存在。I-V测试表明Ti/Au复合电极具有更加良好的欧姆特性和更低的肖特基势垒。     

磨料形貌及分散介质对4H碳化硅晶片研磨质量的影响研究

研磨作为4H碳化硅(4H-SiC)晶片加工的重要工序之一，对4H-SiC衬底晶圆的质量具有重要影响。本文研究了金刚石磨料形貌和分散介质对4H-SiC晶片研磨过程中材料去除速率和面型参数的影响，基于研磨过程中金刚石磨料与4H-SiC晶片表面的接触情况，推导出简易的晶片材料去除速率模型。研究结果表明，磨料形貌显著影响4H-SiC晶片的材料去除速率，材料去除速率越高，晶片的总厚度变化(TTV)越小。由于4H-SiC中C面和Si面的各向异性，4H-SiC晶片研磨过程中C面的材料去除速率高于Si面。在分散介质的影响方面：水基体系研磨液的Zeta电位绝对值较高，磨料分散均匀，水的高导热系数有利于控制研磨过程中的盘面温度；乙二醇体系研磨液的Zeta电位绝对值小，磨料易发生团聚，增大研磨过程的磨料切入深度，晶片的材料去除速率提高，晶片最大划痕深度随之增大。     

C面蓝宝石抛光液组分优化

本文利用单因素及正交试验探究磨粒种类、抛光液pH值、表面活性剂种类、磨粒粒径对C面蓝宝石化学机械抛光材料去除率的影响,试验结果表明: 采用二氧化硅作为磨粒能得到较高的材料去除率及较好的表面形貌;材料去除率随抛光液pH值的增大呈现先增大再减小的趋势,其中pH值在9附近能得到较好的去除率;材料去除率还随着磨粒粒径的增大而增大;使用三乙醇胺(TEA)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作表面活性剂能得到较高的材料去除率;各试验因素对蓝宝石晶片材料去除率的主次顺序为磨粒粒径、表面活性剂、抛光液pH值;其中当磨粒粒径为50 nm,表面活性剂选CTAB,抛光液pH值为9既能得到较高的材料去除率又能获得较好的表面质量。     

Analytical model for chemical vapor deposition of SiO2 films using tetraethoxysilane and ozone

A theoretical model has been developed to analyze chemical vapor deposition (CVD) of SiO₂ from tetraethoxysilane (TEOS) and ozone. The model incorporates both homogeneous gas phase reactions and heterogeneous surface reactions. Two new kinetic mechanisms which include parasitic gas phase reactions are proposed to explain the observed decrease in deposition rate of SiO₂ films as the temperature is increased. The predicted values from the proposed model are found to agree well with all available experimental results over a wide range of experimental conditions. The effect of parasitic gas phase reactions becomes significantly more pronounced with increasing pressure and temperature. Correlations of experimental data on etch rate with surface concentrations predicted by the model at 60 Torr show that one can improve the film quality by increasing the ratio of O₃ to TEOS at the wafer surface, (O₃/TEOS)_wafer, and the wafer temperature.     

Influence of textured c-Si surface morphology on the interfacial properties of heterojunction silicon solar cells

For the HIT solar cells, the properties of interface between intrinsic thin film and c-Si are critical for the resulting device. The interfacial properties mainly depend on the surface passivation quality of c-Si, which is found to be affected by the morphology of textured surfaces. In this study, four kinds of textured c-Si substrates are fabricated: large pyramids without chemical polished (CP), large pyramids with CP, small pyramids without CP and small pyramids with CP. We investigated the effects of textured-surface morphology on the passivation of c-Si, the thin layer coverage and the interfacial properties of heterojunction prepared by HWCVD. Minority carrier lifetime measurements show that the wafer with small pyramids leads to better surface passivation than the one with large pyramids. The good coverage and contact between the thin film and the substrate can be achieved and no epitaxial growth occurs on the wafer with small pyramids through the study of TEM. Dark I-V measurements reveal that the heterojunction on wafer with small pyramids and CP has low recombination at the a-Si:H/c-Si interface. Our results indicate that the surface with small pyramids and low surface roughness is beneficial to the performance of HIT solar cells.     

商洛钒尾矿烧制轻质高强陶粒的研究

采用80wt;商洛钒尾矿为主要原料,加入钾长石、粘土为辅助原料,以SiC为发泡剂,制备性能优异的轻质高强陶瓷颗粒.采用单因素变量分析法研究钒尾矿含量、SiC添加量、烧成温度和保温时间对陶粒结构及性能的影响.研究结果表明:随着发泡剂SiC含量的增加、烧成温度的提高和保温时间的延长,陶粒的堆积密度和筒压强度均降低,吸水率均升高.最终加入2wt;SiC为发泡剂,在1125℃下保温30min制得堆积密度631kg/m3,筒压强度9.1MPa,吸水率3.1;的轻质高强陶瓷颗粒.     

pH induced interaction of DPPC with a fluorescent dye in Langmuir and Langmuir Blodgett (LB) films

This communication reports the investigation of the pH effects on the interaction of a well-known lung surfactant, Dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC) with water soluble highly fluorescent dye Rhodamine B (RhB) in complex Langmuir monolayers at the air–water interface. The ionic nature of DPPC changes with the pH of the subphase in the Langmuir trough. At sufficiently low pH it becomes cationic whereas at higher pH it can be presented with a negative net charge and at normal pH it is zwitterionic. Being zwitterionic, RhB molecules can interact with DPPC at normal and higher pH, whereas at lower pH the interaction becomes less probable. This has been investigated in details at the air–water interface in Langmuir trough as well as in Langmuir Blodgett (LB) film by employing surface pressure versus area per molecule (π–A) isotherms, compressibility study, in-situ Fluorescence Imaging Microscopy (FIM), UV-vis absorption spectroscopy and Atomic Force Microscopy (AFM) study.