退火温度和溅射时间对磁控溅射法制备Mg2Si薄膜的影响

采用磁控溅射法和原位退火工艺在钠钙玻璃衬底上制备 Mg2Si 薄膜。首先在钠钙玻璃衬底上交替溅射沉积两层Si、Mg 薄膜,冷却至室温后原位退火4 h,制备出一系列 Mg2Si 薄膜样品。通过 X 射线衍射仪(XRD) 、 扫描电子显微镜(SEM)对所得薄膜样品的晶体结构和表面形貌进行表征, 讨论了退火温度和溅射Si/Mg/Si/Mg 时间对制备 Mg2Si 薄膜的影响。结果表明,采用磁控溅射法在钠钙玻璃衬底上交替溅射两层Si、Mg 薄膜, 通过原位退火方式成功制备出单一相的 Mg2Si 薄膜,溅射Si/Mg/Si/Mg 的时间为12.5/9/12.5/9 min,退火温度为550 ℃ 时,制备的 Mg2Si 薄膜结晶度最好,连续性和致密性最强。这对后续 Mg2Si 薄膜器件的设计与制备提供了重要的参考。 积两层Si、Mg 薄膜, 冷却至室温后原位退火4 h, 制备出一系列 Mg2Si 薄膜样品. 通过 X 射线衍射仪(XRD) 、 扫描 电子显微镜(SEM)对所得薄膜样品的晶体结构和表面形貌进行表征, 讨论了退火温度和溅射Si/Mg/Si/Mg 时间 对制备 Mg2Si 薄膜的影响. 结果表明, 采用磁控溅射法在钠钙玻璃衬底上交替溅射两层Si、Mg 薄膜, 通过原位退火 方式成功制备出单一相的 Mg2Si 薄膜, 溅射Si/Mg/Si/Mg 的时间为12.5/9/12.5/9 min, 退火温度为550 ℃ 时, 制 备的 Mg2Si 薄膜结晶度最好, 连续性和致密性最强. 这对后续 Mg2Si 薄膜器件的设计与制备提供了重要的参考.     

Al掺杂对Mg_2Si介电性质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超软赝势方法,计算了本征Mg_2Si和Al掺杂Mg_2Si的形成能、电子结构和介电函数.结果表明,Al掺杂Mg_2Si后,Al以替位杂质(Al替Mg位,即AlMg)或填隙杂质(Al位于晶胞间隙位,即Ali)的形式进入Mg_2Si晶格.费米能级进入导带,体系呈n型导电.掺杂后体系的介电函数的实部和虚部在低频时比未掺杂时均增大,主要是由于晶格中的施主杂质Al离子束缚着附近的过剩电子,在外加交变电场的作用下,束缚在Al离子周围的电子要克服一定的势垒不断地往复运动造成松弛极化和损耗.另外,掺杂体系相对于未掺杂体系,介电函数的虚部在0.5 eV附近出现了一个额外的介电峰,该峰主要是由电子从价带跃迁到Al杂质能级引起的.计算结果为Mg_2Si基光电子器件的设计和应用提供了理论依据.     

层状半导体WSe2的电子结构和各向异性光学性质研究

采用第一性原理密度泛函理论研究了六角层状晶体 WSe2 的电子结构和各向异性光学性质. 结果表明:WSe2 为间接带隙半导体, 带隙值为1 .44 eV, 略小于实验值(1 .51 eV) ; 价带和导带均主要由 W-5d 和Se-4p 电子构成, 在价带顶(0~2eV) 及导带底(1 .5 ~3.5 eV) , W-5d 和 Se-4p 电子杂化明显, 形成共价键. 介电函数的虚部和实部均表现出明显的各向异性,εi (xx ) 有一个明显的介电吸收峰, 而εi (zz ) 却有两个明显的介电吸收峰; WSe2 晶体对zz 光的低频透明区的能量范围几乎是xx 光的2 倍, 应用 WSe2 晶体的这一特性可以制备不同要求的偏振片.     

原位退火温度对Mg_2Si薄膜结构及方块电阻的影响

采用磁控溅射法和原位退火工艺在钠钙玻璃衬底上制备Mg_2Si半导体薄膜.首先在钠钙玻璃衬底上依次溅射一定厚度的Si、Mg薄膜,冷却至室温后原位退火4h,在400~600℃退火温度下制备出一系列Mg_2Si薄膜样品.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对Mg_2Si薄膜样品的晶体结构和表面形貌进行表征,利用四探针测试仪测试薄膜样品的方块电阻,讨论了原位退火温度对Mg_2Si薄膜结构、表面形貌及电学性能的影响.结果表明,采用原位退火方式成功在钠钙玻璃衬底上制备出单一相的Mg_2Si薄膜,退火温度为550℃时,结晶度最好,连续性和致密性最强,方块电阻最小.这对后续Mg_2Si薄膜器件的设计与制备提供了重要的参考.     

3 C-SiC表面电子结构及光学性质的第一性原理计算

采用第一性原理对3C-SiC块体和3C-SiC(111)、(110)和(100)三个表面的电子结构和光学性质进行理论计算.计算结果表明:3C-SiC块体是带隙为1.44 eV的G-M间接带隙半导体,3C-SiC(111)表面是带隙为2.05 eV的M-G间接带隙半导体,3C-SiC(110)表面形成带隙值为0.87 eV的直接带隙半导体;3C-SiC(100)表面转变为导体.由光学性质分析得到,与3C-SiC块体比较,3C-SiC(100)、(110)、(111)表面的介电函数,吸收谱,反射谱,能量损失函数等均出现红移.     

拓扑半金属α2-Ti3Al(0001)表面的电子结构理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对α2-Ti3Al(0001)表面的电子结构进行计算.结果 表明:(1)α2-Ti3Al(0001)表面的表面能为2.03 J/m2,表面功函数为4.265 eV;(2)表面的总态密度在费米能级处达到极大值,系统呈现金属性,与块体的半金属差异明显,Ti-s、Ti-p和Al-s轨道受层数的影响较小,而Ti-d和Al-p轨道受层数的影响较大,均在费米能级处出现极大值;(3)能带结构未呈现块体的节线环,而是在费米能级附近以下的Γ点,出现一个类电子型的三带交叉点,在费米能级以上的Γ点,出现一个类空穴型的两带交叉点.     

用类比法推导分子平均自由程公式的关键问题

为了指出部分学生在用类比法推导分子平均自由程公式时出现的错误并给出正确的推导,采用弹性刚球模型讨论分子之间的相互碰撞过程。用类比法推导分子的平均自由程公式,要解决的关键问题是推导分子的平均相对速率服从麦克斯韦速率分布律。平均相对速率是平均相对速度的大小,因此先由麦克斯韦速度分布律导出处在平衡态的混合理想气体分子相对速度的分布函数,并得出相对速度瓫r也服从麦克斯韦速度分布律,再取特殊情况即得出同种分子碰撞的相对速度分布函数。然后根据麦克斯韦速度分布函数和速率分布函数的关系,导出平均相对速率服从麦克斯韦速率分布律。     

Mg_2Si薄膜的光敏电阻特性研究

采用磁控溅射技术、退火工艺和丝网印刷技术,在N-Si(111)(ρ1000Ω·cm)衬底上分别溅射厚度为360nm、400nm、440nm、480nm、520nm、560nm的Mg膜,制备一系列Mg_2Si薄膜,然后在其上印刷叉指Ag电极、经烧结制备光敏电阻.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、光谱响应测试系统、半导体器件分析仪和光照响应测试系统对样品的晶体结构、表面形貌、光谱响应、I-V特性以及亮暗电阻进行表征和分析.结果表明:成功制备出单一相Mg_2Si薄膜,且在晶面(220)处出现最强衍射峰;随着薄膜厚度增加,样品衍射峰强度先增加后减小,薄膜表面连续性和致密性良好;在波长为900nm~1200nm范围内光敏电阻表现出良好的光谱响应特性;光电流强度先增加后减小;Mg膜厚度为480nm时光电流强度最大.I-V特性始终呈一条直线,表明其间具有良好的欧姆接触;在光强为1mW/cm~2、波长为1100nm的光照下,亮电阻和暗电阻均随着Mg薄膜厚度增加先减小后增加,Mg薄膜厚度为480nm时,相应的光敏电阻阻值最小且此时的暗电阻、亮电阻比值为1.43×10~3,具有较好的灵敏度.     

溅射功率和溅射时间对Mg2Si纳米晶薄膜结构和电阻率的影响

采用射频磁控溅射在蓝宝石衬底上制备了Mg₂Si纳米晶薄膜,研究了Mg₂Si烧结靶溅射功率(90~140 W)及溅射时间(10~60 min)对Mg₂Si薄膜的结构和电阻率的影响。结果表明:随着溅射功率增加,样品的XRD衍射峰逐渐增强;但当功率超过100 W时,样品中出现了偏析出来的单质Mg。随着溅射时间增加,样品的XRD强度先增强后减弱,溅射时间为40 min时,样品的XRD衍射峰最强;继续增加溅射时间,样品中出现微弱的MgO衍射峰。所有样品均呈现出Mg₂Si晶体的特征拉曼峰,即256 cm^-1附近的F_2g模及347 cm^-1附近的F_1u(LO)模。随着溅射功率增加,样品的电阻率减小;随着溅射时间增加,样品的电阻率先减小后增大,溅射时间为40 min时,样品的电阻率最小。     

基于以评促学理念物理规律学习测评框架的建构及其命题应用

学习测评框架是落实以评促学这一课标要求的重要依据.以物理课程标准的测评建议为理论依据,本研究建构了以形成物理规律、习得物理规律、理解物理规律与运用物理规律为测评视角的物理规律学习测评框架,从这4个角度对物理规律的学习情况进行综合测评,并以平抛运动规律为例,展示了应用物理规律学习测评框架命制测评试题的实践.