HfO2基铁电薄膜的结构、性能调控及典型器件应用

大数据、物联网和人工智能的快速发展对存储芯片、逻辑芯片和其他电子元器件的性能提出了越来越高的要求.本文介绍了HfO₂基铁电薄膜的铁电性起源,通过掺杂元素改变晶体结构的对称性或引入适量的氧空位来降低相转变的能垒可以增强HfO₂基薄膜的铁电性,在衬底和电极之间引入应力、减小薄膜厚度、构建纳米层结构和降低退火温度等方法也可以稳定铁电相.与钙钛矿氧化物铁电薄膜相比, HfO₂基铁电薄膜具有与现有半导体工艺兼容性更强和在纳米级厚度下铁电性强等优点.铁电存储器件理论上可以达到闪存的存储密度,读写次数超过10¹⁰次,同时具有读写速度快、低操作电压和低功耗等优点.此外,还总结了HfO₂基薄膜在负电容晶体管、铁电隧道结、神经形态计算和反铁电储能等方面的主要研究成果.最后,讨论了HfO₂基铁电薄膜器件当前面临的挑战和未来的机遇.     

单源低能离子束辅助沉积类金刚石薄膜摩擦性能的研究

目前，制备类金刚石薄膜的方法很多，然而其中的多数在沉积过程中都需要基本具有比较高的温度，这不不可避免地会对耐温性较差的材料造成损伤，或使机械零部件发生变形和尺寸变化，因此，利用单源低能离子束辅助沉积法制备了非晶碳薄膜，并且利用喇曼光谱和俄歇电子能谱研究了薄膜的结构，发现了其为无定形的类金刚石薄膜，薄膜中的碳原子成键主要ｓｐ＾２杂化键，研究表明，随着离子能量和束流的增大，薄膜的显微硬度，摩擦系数和寿     

离子束增强沉积制备Cr—N薄膜及其摩擦学性能研究

利用离子束增强沉积（ＩＢＥＤ）技术制备了Ｃｒ－Ｎ薄膜，并对不同能量氮离子轰击所制备的薄膜组成进行了Ｘ射线衍射及光电子能谱分析，测定了涂层的断裂性值，并对涂层的摩擦学性能进行了研究。结果表明：在相同试验条件下，氮离子轰击能量影响Ｃｒ－Ｎ薄膜的相组成及取向，采用低能量氮离子轰击所得到的薄膜具有较高的断裂韧性和优异的耐磨性能。     

超薄油膜润滑的分子动力学模拟Ⅰ．刚性分子模型

分子量级超薄油膜的润滑特性与流体润滑及边界润滑的都有所不同，而且在超薄油膜中也同样存在着润滑剂的流动。因此，利用分子动力学方法模拟了超薄油膜中的压力流动，模拟中采用了刚性分子流体模型，重点研究固体壁面对流动的影响，结果表明，当油膜厚度远比流体分子“直径”大时，模拟所得速度剖面和流量均与流体力学的理论值基本一致；随着油膜厚度逐渐变薄，压力流动或动压流因受到固体壁面的阻碍作用而不断减小；当油膜厚度减小到几个分子直径量级时，两固体壁面之间的流体分子发生固化或晶体化，由此而导致压力流动消失。这可能是流体动力润滑向边界润滑转化的机理之一。由这些研究结果可见，分子动力学模拟在薄膜润滑研究中具有广阔的应用前景。     

异质传感器数据的最优线性融合

研究了异质传感器对参数矢量进行的测量，测量数据基于线性均方估计的最优融合算法。提出和证明了异质传感器数据的最优线性融合定理，并得出“精度再差的传感器参与数据融合后都有利于提高系统的测量精度”这一结论。     

非惯性系下柔性悬臂梁的振动主动控制

采用变结构控制方法对非惯性系下柔性悬臂梁的振动主动控制进行研究．重点通过算例揭示一次近似模型与传统的零次近似模型的巨大差异，以及变结构方法在控制非惯性系下柔性悬臂梁的稳态振动的有效性．结果表明，当大范围旋转运动角速度较大时，传统零次近似模型不能对动力系统进行正确的数学描述；变结构控制方法能够使得非惯性系下梁的稳态振动得到完全镇定，且该方法对转动角速度变化具有较好的鲁棒性；采用零次近似模型进行控制设计的控制效果将在某一临界角速度条件下出现失效，该临界角速度值大于静止悬臂梁的基频．     

含有序孔洞的多孔氧化铝薄膜的力学性能测量和数值模拟

高纯铝箔在特定的溶液下经过电化学阳极氧化腐蚀,可在其表面生成一层多孔的非晶氧化铝层,其孔径分布非常均匀,孔大致呈六方密排布。由于此类薄膜具有规则的纳米级孔径,大的比表面积,良好的自组织排列性,所以其日益受到人们的关注。然而,到目前为止,对于此类薄膜力学性能的研究还很少,所以在一定程度上限制其功能的开发和应用。为了获得此类多孔膜的弹性常数,本文首先由实验出发,通过光力学检测(双光束散斑干涉)的方法得到薄膜拉伸时的整体表观弹性模量。然后对薄膜建立二维有限元模型,运用均匀化理论反推出其基体(无孔结构)的弹性模量,同时考察了不同的基体泊松比对模型整体表观模量的影响,并且用一般有限元方法验证了沿特定方向拉伸时均匀化模型计算的有效性。     

PVDF压电薄膜在应力波测量中的应用

综合介绍了PVDF压力传感器的测试原理、动态标定实验，并采用定制的PVDF压力传感器测量了不同类型分层介质在冲击载荷作用下的压力衰减，说明了PVDF压力传感器在压力测量中有着很好的前景．     

脉冲直流等离子体增强化学气相沉积Ti—Si—N纳米薄膜的摩擦磨损特性

采用工业型脉冲等离子体增强化学气相沉积设备，通过调节氯化物混合比例控制薄膜成分，在高速钢基材表面于550℃下沉积由纳米晶TiN和纳米非晶Si3N4组成的Ti—Si—N复合薄膜；采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪及X射线光电子能谱仪分析了薄膜的结构、组成和化学状态；采用球-盘高温摩擦磨损试验机考察了薄膜同GCrl5钢对摩时的摩擦磨损性能．结果表明：薄膜的Si含量在0％～35％范围内变化，随着Si含量增大，薄膜沉积速率增大，但薄膜由致密形态向大颗粒疏松态过渡；薄膜的晶粒尺寸为7～50nm；Ti—Si—N薄膜的显微硬度高于TiN的硬度，最高可达60GPa；引入少量Si可以显著改善TiN薄膜的抗磨性能，但薄膜的摩擦系数较高(室温下约0．8、400℃下约0．7)；随着Si含量的增加，Ti—Si—N薄膜的耐磨性能有所降低，其原因在于引入导电性较差的Si元素使得薄膜的组织变得疏松．