表面氧钝化碳化硅纳米团簇电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论(DFT)和广义梯度近似(GGA),对氧钝化条件下4H-SiC纳米团簇的电子结构和光学性质进行了研究。计算了不同直径的4H-SiC纳米球氧钝化后的能带结构、电子态密度和光学性质。团簇的尺度在0.4~0.9 nm之间,构建表面仅存在硅氧双键和表面仅存在碳氧双键的两种模型。研究表明硅氧双键和碳氧双键所引起的缺陷态位于原4H-SiC的价带和导带之间,并且缺陷态与价带顶的能量差随纳米团簇颗粒直径的增大而减小;缺陷态主要是由Si原子外层电子和氧原子外层电子轨道杂化引起的。同时,由于氧的存在,对碳化硅的结构产生一定的影响,这也是缺陷态形成的一个原因。另外,碳氧双键和硅氧双键钝化对4H-SiC纳米团簇的光学性质有着不同的影响。在表面仅存在C=O的情况下,4H-SiC纳米团簇表现出各向同性的性质。在表面仅存在Si=O的情况下,4H-SiC纳米团簇表现出各向异性的性质。     

应用碳化硅表面改性技术降低全息-离子束刻蚀光栅刻槽的粗糙度

采用具有良好比刚度和热稳定性的碳化硅材料作为基底,使用全息-离子束刻蚀技术制作了光栅。碳化硅材料表面固有缺陷导致制作的光栅刻槽表面粗糙度高,槽底和槽顶粗糙度分别达到了29.6 nm和65.3 nm (R_q)。通过等离子辅助沉积技术在碳化硅表面镀制一层均匀的硅改性层,经过抛光可以获得无缺陷的超光滑表面。XRD测试表明制备的硅改性层为无定形结构。原子力显微镜的测试结果表明:经过抛光后,表面粗糙度为0.64 nm(R_q)。在此表面上制作的光栅刻槽表面粗糙度明显降低,槽底和槽顶粗糙度分别为2.96 nm和7.21 nm,相当于改性前的1/10和1/9。     

大口径碳化硅反射镜数控抛光工艺北大核心CSCD

研究了针对600mm口径方形轻质碳化硅元件的数控抛光工艺过程,采用国产OP1000数控研磨抛光机床对一块600mm×480mm的方形碳化硅元件进行数控抛光加工。在经过两周的加工时间,碳化硅光学元件的通光口径均方根(RMS)值收敛到了35nm(大约为λ/18,λ=632.8nm)。在加工过程中针对大口径椭圆形碳化硅反射镜采用了合适的加工参数优化,例如在加工过程中的不同阶段选择了不同颗粒度的金刚石微粉作为特定阶段的抛光辅料以保证光学元件的表面粗糙度。对计算机控制数控加工技术的快速收敛过程也进行了阐释。     

4H-SiC肖特基二极管的电荷收集特性

针对极端环境下耐辐照半导体核探测器的研制需求,采用耐高温、耐辐照的4H碳化硅(4H-SiC)宽禁带材料制成肖特基二极管,研究了该探测器对241Am源粒子的电荷收集效率。从电容-电压曲线得出该二极管外延层净掺杂数密度为1.991015/cm3。从正向电流-电压曲线获得该二极管肖特基势垒高度为1.66 eV,理想因子为1.07,表明该探测器具备良好的热电子发射特性。在反向偏压高达700 V时,该二极管未击穿,其漏电流仅为21 nA,具有较高的击穿电压。在反向偏压为0~350 V范围内研究了该探测器对3.5 MeV 粒子电荷收集效率,在0 V时为48.7%,在150 V时为99.4%,表明该探测器具有良好的电荷收集特性。     

Significant photoelectrical response of epitaxial graphene grown on Si-terminated 6H-SiC

Photoelectrical response characteristics of epitaxial graphene (EG) films on Si- and C-terminated 6H-SiC, and transferred chemical vapor deposition (CVD) graphene films on Si-terminated 6H-SiC have been investigated. The results show that upon illumination by a xenon lamp, the photocurrent of EG grown on Si-terminated SiC significantly increases by 147.6%, while the photocurrents of EG grown on C-terminated SiC, and transferred CVD graphene on Si-terminated SiC slightly decrease by 0.5% and 2.7%, respectively. The interfacial buffer layer between EG and Si-terminated 6H-SiC is responsible for the significant photoelectrical response of EG. Its strong photoelectrical response makes it promising for optoelectronic applications.     

Demonstration of a 4H SiC Betavoltaic Nuclear Battery Based on Schottky Barrier Diode

A 4H SiC betavoltaic nuclear battery is demonstrated. A Schottky barrier diode is utilized for carrier separation. Under illumination of Ni-63 source with an apparent activity of 4mCi/cm^2, an open circuit voltage of 0.49 V and a short circuit current density of 29.44nA/cm^2 are measured. A power conversion efficiency of 1.2% is obtained. The performance of the device is limited by low shunt resistance, backscattering and attenuation of electron energy in air and Schottky electrode. It is expected to be significantly improved by optimizing the design and processing technology of the device.     

6H碳化硅衬底上硅碳锗薄膜的生长特性研究

采用低压热壁化学气相沉积法,在6H-SiC衬底(0001)面上生长了不同温度(1100—1250℃),不同GeH₄流量比(6.3%—25%)的SiCGe薄膜样品,研究了SiCGe薄膜的表面形貌、生长特性以及样品中Ge组分含量的变化. 扫描电镜测试结果表明,SiCGe薄膜在低温下倾向于岛状生长模式,随着生长温度提高,岛状生长逐渐过渡到层状生长模式,同时伴有岛形状和密度的变化. X射线光电子能谱测试得出SiCGe样品中的Ge含量约为0.15％—0.62％,在其他参数不变的情况下,样品的G 关键词： 碳化硅 化学气相沉积 反相边界 岛状生长     

非球面碳化硅反射镜的加工与检测

为了获得高精度非球面碳化硅(SiC)反射镜,对非球面碳化硅反射镜基底以及改性后碳化硅反射镜表面的加工与检测技术进行了研究。介绍了非球面计算机控制光学表面成型（CCOS）技术及FSGJ-2非球面数控加工设备。采用轮廓检测法和零位补偿干涉检测法分别对碳化硅反射镜研磨和抛光阶段的面形精度进行了检测,并采用零位补偿干涉检测法及表面粗糙度测量仪对最终加工完毕的碳化硅反射镜的面形精度和表面粗糙度进行检测。测量结果表明：各项技术指标均满足设计要求,其中非球面碳化硅(SiC)反射镜实际使用口径内的面形精度（RMS值）为0.016λ(λ=0.6328μm）,表面粗糙度（RMS值）为0.85nm。     

可控化学腐蚀法制备碳化硅量子点及其表面修饰

通过可控的化学腐蚀法完成了对碳化硅量子点的制备,而后经超声空化作用及高速层析裁剪获得水相的碳化硅量子点溶液,利用化学偶联法,一步实现了SiC量子点的表面物化特性调控.通过对制备工艺参数调整前后量子点微观形貌、光谱特性的表征,结果表明:腐蚀次数、腐蚀剂组分及腐蚀剂配比是影响碳化硅量子点光致发光效率的主要因素,调整腐蚀次数与腐蚀剂组分的配比,同时加入偶联剂分析纯硫酸,当以V(HF):V(HNO3):V(H2 SO4)=6:1:1(体积比)的组分及比例腐蚀球磨后的β-SiC粉体时,制备出的水相碳化硅量子点光致发光相对强度最为理想.同时对碳化硅量子点表面巯基的形成机制与修饰稳定性进行了初步分析.     

1200 V碳化硅功率MOSFET低温特性的实验表征及分析

碳化硅功率MOSFET是宽禁带功率半导体器件的典型代表,具有优异的电气性能。基于低温环境下的应用需求,研究了1200 V碳化硅功率MOSFET在77.7 K至300 K温区的静/动态特性,定性分析了温度对碳化硅功率MOSFET性能的影响。实验结果显示,温度从300 K降低至77.7 K时,阈值电压上升177.24%,漏-源极击穿电压降低32.99%,栅极泄漏电流降低82.51%,导通电阻升高1142.28%,零栅压漏电流降低89.84%(300 K至125 K)。双脉冲测试显示,开通时间增大8.59%,关断时间降低16.86%,开关损耗增加48%。分析发现,碳化硅功率MOSFET较高的界面态密度和较差的沟道迁移率,是导致其在低温下性能劣化的主要原因。