0.18 μm部分耗尽绝缘体上硅互补金属氧化物半导体电路单粒子瞬态特性研究

利用脉冲激光入射技术研究100级0.18 μm部分耗尽绝缘体上硅互补金属氧化物半导体反相器链的单粒子瞬态效应, 分析了激光入射器件类型及入射位置对单粒子瞬态脉冲传输特性的影响. 实验结果表明, 单粒子瞬态脉冲在反相器链中的传输与激光入射位置有关, 当激光入射第100级到第2级的n型金属-氧化物-半导体器件, 得到的脉冲宽度从287.4 ps增加到427.5 ps; 当激光入射第99级到第1级的p型金属-氧化物-半导体器件, 得到的脉冲宽度从150.5 ps增加到295.9 ps. 激光入射点靠近输出则得到的瞬态波形窄; 靠近输入则得到的瞬态波形较宽, 单粒子瞬态脉冲随着反相器链的传输而展宽. 入射器件的类型对单粒子瞬态脉冲展宽无影响. 通过理论分析得到, 部分耗尽绝缘体上硅器件浮体效应导致的阈值电压迟滞是反相器链单粒子瞬态脉冲展宽的主要原因. 而示波器观察到的与预期结果幅值相反的正输出脉冲, 是输出节点电容充放电的结果.     

银纳米颗粒/多孔硅复合材料的制备与气敏性能研究

采用双槽电化学腐蚀法以电阻率为10-15 Ω·cm的p型<100>晶向的单晶硅片制备了孔径约为1.5 μm, 孔深约为15-20 μm的p型多孔硅, 并以此多孔硅作为基底采用无电沉积法通过调控沉积时间在其表面沉积了不同厚度的银纳米颗粒薄膜. 采用扫描电子显微镜和X 射线衍射仪表征了银纳米颗粒/多孔硅复合材料的形貌和微观结构, 结果表明银纳米颗粒较均匀的分布于多孔硅的表面上且沉积时间对产物的形貌有重要影响. 采用静态配气法在室温下研究了银纳米颗粒/多孔硅复合材料对NH₃的气敏性能. 气敏测试结果表明沉积时间对产物的气敏性能影响较大. 当沉积时间较短时, 适量银纳米颗粒掺杂的多孔硅复合材料由于其较高的比表面积以及特殊的形貌和结构, 对NH₃气体表现出较高的灵敏度、优良的响应/恢复性能. 室温下, 其对50 ppm 的NH₃气体的气敏灵敏度可以达到5.8左右.     

壁面材质和温度场对熔融硅润湿角的影响

本文建立了毛细模型, 采用微流动两相流水平集法计算了熔融态硅液与壁面的润湿角, 以人造金刚石作为壁面材料的计算结果与实验结果进行比较, 验证了该模型和计算方法的正确性. 在此基础上, 分别选用碳化硅、石墨和人造金刚石作为壁面材料, 探讨了不同壁面材料表面张力和壁面黏附力对润湿角的影响规律. 结果发现, 相同温度下的毛细力作用使得熔融硅液出现起伏上升现象; 润湿角均有不同程度的减小然后增大, 最终趋于稳定; 初始阶段, 由于气/熔融硅液表面张力与气/壁面表面张力之差变化较大, 液面起伏波动较大; 随后趋于稳定上升. 同时发现石墨作为壁面材料时, 以上变化更易趋于稳定. 该研究为熔体中生长晶体硅获得更稳定的生长环境提供了理论依据.     

硅基槽式微环谐振腔型偏振解复用器全矢量分析

提出一种紧凑型偏振解复用器, 其中两条常规硅基波导作为输入/输出信号通道, 居于其中的槽式微环谐振腔用于偏振态/波长选择组件. 采用全矢量频域有限差分法详细分析了硅基常规及槽波导的模式特性, 结果发现其横磁模的模场布及其有效折射率相似, 而其横电模相应的特性则差异明显, 结果输入横磁模能够在谐振工作波长下从下路端口输出, 而输入横电模与微环耦合可以忽略, 直接从直通端口输出, 从而实现两偏振态的高效分离. 采用全矢量时域有限差分法详细分析了该偏振解复用器的光波传输特性, 结果表明, 当微环半径为3.489 μm时, 在1.55 μm工作波长下, 横磁模与横电模的消光比与插入损耗分别为 ～ 26.12 (36.67) dB与 ～ 0.49 (0.09) dB. 另外, 论文详细讨论了器件关键结构参数的制作容差, 并给出了输入模场在器件中的传输演变情况.     

纳秒激光诱导等离子体发射光谱中的自吸收效应

为了减小激光诱导等离子体发射光谱中光谱线的自吸收效应,提高激光光谱分析技术对物质中高含量元素的检测水平,实验采用了一种平面反射镜装置约束等离子体,比较了有或无平面反射镜装置时光谱线的线型变化。实验表明,在无平面反射镜装置时,样品元素Al,Mg和Mn的光谱线半高全宽度分别为0.16,0.24,0.058nm,而采用由四块平面反射镜组成的装置在空间上约束激光等离子体时分别为0.11,0.13,0.047nm。结果表明,光谱线的自吸收明显减小,谱线线型变得比较锐且强度显著提高。通过观测等离子体照片,测量等离子体温度和电子密度,分析讨论了激光光谱自吸收效应降低的原因。     

硅尖阵列的制备及其在真空微电子加速度计中的应用

针对微电子器件,提出了一种简单、低成本、便于批量加工的硅尖阵列制备方法。分析了各向异性和各向同性湿法腐蚀的特点,研究了不同腐蚀液中硅尖的形成机理和腐蚀速率,采用扫描电子显微镜（SEM）观测硅尖形貌。结果表明:在质量分数40%KOH 腐蚀液中添加I2和 KI,显著减小了削角速率,得到了呈火箭尖的硅尖阵列。各向同性腐蚀采用HNA腐蚀液,腐蚀的硅尖呈埃菲尔铁塔形。通过调整腐蚀液配比,氧化锐化后,硅尖尖端曲率半径小于15 nm。该硅尖阵列已成功应用于真空微电子加速度计之中。     

聚多巴胺包覆氨基硅球用于木犀草素的富集及检测

采用聚多巴胺包覆氨基硅球材料,作为吸附剂对木犀草素进行吸附与检测,建立了一种快速测定稀溶液中木犀草素的近红外光谱分析方法。在进行吸附试验的过程中,考察了质量、pH值和吸附时间对木犀草素吸附率的影响;不需要脱附,富集了木犀草素的吸附剂经近红外漫反射光谱直接检测,并以偏最小二乘回归法建立定量木犀草素校正模型进行含量的预测。研究显示,在中性条件下,常温吸附10 min,吸附剂质量为0.2 g,木犀草素的吸附率可达到93.8%;近红外光谱经过SNV+CWT处理后,木犀草素校正模型的参考浓度和预测浓度之间的相关系数为0.9811,在0.3-15.0 mg L~(-1)的较低浓度范围内,预测集的回收率可以达到86.6-118.8%。结果表明,可通过近红外漫反射光谱技术和吸附预富集相结合的方式对稀溶液中微量的木犀草素进行富集与灵敏检测。     

二次包覆法制备煤沥青基硅/碳复合物及其锂离子电池性能

本文采用市售纳米硅为硅源,以软化点低、得碳率高、价格便宜的煤沥青作为碳源,通过两步包覆法制备了煤沥青基硅/碳(Si/C/C)复合物,并研究其作为锂离子电池负极材料的电化学性能。 结果表明,所得复合物的粒径在300~350 nm间,Si纳米粒子被C包覆并相互连结成C-Si-C网络结构,其中Si含量为27%的硅/碳复合物(Si/C/C-27%)作为锂电池电极材料表现了良好的储锂性能。 在0.1 A/g的小电流密度下,Si/C/C-27%的放电比容量为1281 mA·h/g;在3 A/g的大电流密度下,其放电比容量仍能保持在582 mA·h/g,表现了良好的倍率性能。Si/C/C-27%在2 A/g的电流密度下经过100次的循环后其比容量保持率为76.61%,表现了良好的循环稳定性。 相比于煤沥青基碳的一次包覆所得的硅/碳复合材料(Si/C),Si/C/C有效提高了Si纳米粒子的导电性并抑制了其在嵌锂和脱锂过程中的体积膨胀。 本文提出的二次包覆的新方法为制备具有优异电化学性能的锂离子电池负极材料提供了新的研究思路。     

用自行设计的自动分析系统测定高含量SO3--对硫酸钡浊度测定法的改进

为了解决湿法磷酸生产中高含量SO3的测定,对硫酸钡浊度测定法的反应条件进行了改进,并自行设计制造了自动化的分析系统。测定时样品由蠕动泵(P)推入酸化盘管(AC)中进行酸化和稀释,由定量环(Sv)取样25μL,注入反应系统。在第一反应盘管(RC1)中,SO3与第一混合试剂中的BaCl2溶液反应生成BaSO4悬浊液,该溶液中的聚乙二醇-4000(PEG-4000)和乙醇通过协同作用避免了BaSO4颗粒的团聚,降低粒子间的相互作用,使BaSO4的生成减少,降低了测定的灵敏度,提高了稳定性。在第二反应盘管(RC2)中,BaSO4与第二混合试剂中的NH3·H2O/乙二胺四乙酸二钠(Na2EDTA)溶液发生络合反应同时被Na2EDTA包裹,进一步降低其灵敏度。最后反应溶液进入流通式光度检测器,在680.0nm波长处测试BaSO4悬浊液的吸光度。经优化试验条件,上述第一混合试剂中3种组分的质量分数或体积分数为:BaCl24%,PEG-4000 3%和乙醇2%;第二混合试剂中Na2EDTA的质量分数为6%,NH3·H2O的体积分数为6%。对实际按本方法及重量法分析进行测定,两种方法所得结果的相对偏差在±2%以内,且不受共存的高含量PO43-和F-的干扰。     

炭材料负载金属催化剂催化硅氢加成反应进展

炭材料具有比表面积大、孔径可调、取材广泛等优点,以其为载体负载金属活性组分制备硅氢加成催化剂极具发展前景.我们详细总结了近20年不同炭材料如活性炭、石墨与石墨烯、碳纳米管、富勒烯、卡宾等在硅氢加成反应中负载金属催化剂的制备方法、催化性能以及可能的催化机理,并对有望应用到该反应的新型炭材料载体进行了对比与展望.认为未来硅氢加成炭负载型催化剂的研究可聚焦于(1)探寻新型双金属活性组分以进一步提高催化活性;(2)研发更具优势的金属配体,明晰配体与载体、配体与金属之间的相互作用关系以提高催化选择性与稳定性;(3)结合科学可靠的催化机理研究,以期研发出更符合可持续发展要求的炭负载型硅氢加成金属催化剂,可使硅氢加成反应基本实现原子经济性.