用正电子研究Ⅲ-V族化合物半导体的缺陷谱

简要介绍了本科研组近年来用正电子湮没谱学研究Ⅲ-V族化合物半导体缺陷的最新进展．包括原生样品中缺陷的种类、大小、电荷态、负离子缺陷、缺陷与杂质的相互作用、辐照以及形变引入的缺陷等,研究表明．在原生半导体材料中存在各种缺陷．经过辐照和形变后有单空位、双空位及孔洞形成;在重掺杂材料中,空位还补偿载流子、使载流子发生饱和．     

用正电子研究Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的缺陷谱

简要介绍了本科研组近年来用正电子湮没谱学研究Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体缺陷的最新进展,包括原生样品中缺陷的种类、大小、电荷态、负离子缺陷、缺陷与杂质的相互作用、辐照以及形变引入的缺陷等．研究表明,在原生半导体材料中存在各种缺陷,经过辐照和形变后有单空位、双空位及孔洞形成;在重掺杂材料中,空位还补偿载流子,使载流子发生饱和．     

纯Al和AA2037铝合金腐蚀相关缺陷的正电子湮没研究

应用慢正电子束多普勒展宽技术研究了纯Al和AA2037铝合金与腐蚀相关的缺陷.慢正电子束多普勒展宽测量是通过改变正电子的能量,测量正电子湮没的多普勒展宽谱,分析得到了不同正电子能量的S参数和S-E曲线,然后对S-E曲线进行了分析和处理以得到材料表面及近表面的缺陷真实分布.实验结果表明,纯Al与在1mol/LNaOH溶液中腐蚀引起了纳米尺度界面缺陷的产生,导致S参数明显上升;而水淬AA2037铝合金腐蚀后引起S参数明显下降,其原因可能是Cu在氧化层与基体界面富集.通过原子力显微镜(AFM)观察证实了纯Al样品表面经过腐蚀后有大量几百纳米大小的孔洞产生,而AA2037铝合金中只有少量的孔洞产生.     

用正电子研究半导体材料GaSb的缺陷

用正电子寿命谱和符合多普勒技术研究了电子辐照过的GaSb样品．揭示出原牛未掺杂GaSb样品中存在单空位型VGa相关缺陷，具有284ps左右的寿命值．电子辐照能使这种缺陷的浓度增大，使平均寿命值从辐照前的265Ps增大到辐照后的268ps．低温符合多普勒展宽实验结果表明退火后的电子辐照过的原生未掺杂GaSb样品中仍然存在反位缺陷Gasb．掺Zn、Te样品的实验也证实电子辐照在GaSb样品中会引入VGa，284 ps类型的缺陷．     

Mn离子注入Si材料的结构分析及磁学性质

采用剂量分别为1×10~(16)(1E16),3×10~(16)(3E16)和5×10~(16)cm~(-2)(5E16)的Mn离子注入方法制备Si基稀磁半导体样品.利用透射电子显微镜(TEM)和交变梯度磁强计(AGM)对不同剂量的样品退火前后的结构和磁学特性的变化进行了表征.实验发现,退火前,只有5E16样品出现球状偏析物,其直径在5 nm左右,但也有个别直径15 nm左右的大团簇.N_2环境下800℃退火5 min部分修复了1E16样品注入区域的晶格损伤,并使该剂量样品出现偏析物,直径多在10 nm左右.衍射花样分析表明该偏析物为具有晶面间距0.333,0.191和0.163 nm的微晶,这说明该微晶最有可能是MnSi_(1.7),退火前,样品饱和磁化强度随注入剂量增大而显著增强,但从3E16到5E16增速放缓,退火使低剂量样品磁性大幅减弱,说明偏析物不利磁性增强.     

ZnO纳米棒有序阵列的制备及其AFM表征

采用种子层辅助水热生长法制备了ZnO纳米棒有序阵列.将ZnO溶胶旋涂到玻片上,通过煅烧得到晶种,然后将载有晶种的玻片放入含有硝酸锌和六亚甲基四胺的反应釜里,经过水热反应得到垂直于玻片生长的ZnO纳米棒有序阵列.利用原子力显微镜(AFM)观测样品表面形貌并定量分析ZnO纳米棒的长度、直径和生长密度.结果表明,当旋涂转速为4 000r/min,旋涂次数为3次时所得到的ZnO晶种分布均匀,排列紧密,平均粒径为24.3nm.当反应物浓度为0.025mol/L,反应时间为3h,反应温度为90℃时,制备的ZnO纳米棒呈有序阵列,其中纳米棒的长度为164.4nm,直径为104.1nm,生长密度为64.7根/μm2.     

用正电子研究原生ZnO单晶中的缺陷

利用正电子寿命谱和多普勒展宽谱技术研究了原生ZnO的缺陷结构及其退火效应. 经900 ℃退火之后,正电子寿命实验显示样品中的空位型缺陷基本被消除,其体寿命为180 ps.通过比较原生和退火样品的符合多普勒展宽谱的商谱曲线,两者有相似的峰型,结合寿命谱的相关数据表明原生ZnO中不存在H原子填充Zn空位.     

掺Fe2O3的ZnO压敏性能

在一定成型压力和烧结温度下掺杂浓度对掺Fe2O3的ZnO陶瓷的致密度和压敏性能的影响研究.得到以下结果:(1)在1 000 ℃,ZnO与Fe2O3固相反应生成ZnFe2O4,在1 200 ℃ZnO陶瓷完全致密化;(2)在优化工艺参数后,研究了在ZnO中掺杂不同浓度的Fe2O3 的电阻率,只有在一定电阻率范围内才具有压敏效应.随Fe2O3掺杂含量升高,电阻率在0.1%at达到极大值,而后降低,在2%at以后电阻率急剧升高,压敏效应增大,在4%at时阈值电压为92伏,非线性最好.过高的掺杂浓度(>5%at)导致绝缘相厚度过大而没有压敏效应;(3)Fe2O3掺4%at后,烧结温度超过1 200 ℃时,由于ZnFe2O4相分解产生载流子浓度增大使电阻率下降.     

Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的高能重离子辐照缺陷研究

用正电子湮没寿命谱技术研究了2.4×1015/cm2、2.2×1016/cm2注量的85MeV19F离子辐照N型GaP和1.6×1016/cm2注量的85MeV19F离子辐照P型InP所产生的辐照缺陷.结果表明:两种注量辐照在GaP中均产生较高浓度的单空位,其浓度随着辐照注量的增大而增加;辐照也在InP中产生较高浓度的单空位.     

氧化法制备ZnO薄膜中缺陷结构的慢正电子束表征

用脉冲激光沉积方法在Al2O3（0001）衬底上制备了Zn薄膜,并在空气中氧化得到了ZnO薄膜.利用Raman光谱测量了氧化法制备的薄膜,并与ZnO单晶材料进行比较,证实了ZnO薄膜的形成.采用慢正电子束技术对ZnO薄膜的微观结构进行了研究,发现在薄膜中存在大量的空位型缺陷.当氧化后的薄膜在高温下退火后,缺陷浓度逐渐降低,在达到900℃时,所制备的ZnO薄膜中缺陷基本得到消除.     

压强和温度对聚苯乙烯自由体积的影响

在30～130℃温度范围内测量了聚苯乙烯(PS)样品中的正电子素湮没寿命,据此计算了样品中自由体积的大小和自由体积分数,发现在不同的温度范围,它们随温度变化的斜率不同,由此确定了PS的玻璃化转变温度为80℃.同时,还研究了不同压强对PS的自由体积的大小、浓度及分布的影响.实验结果发现,压强从6MPa增大到20MPa时自由体积分布变窄.同时,当压强超过100MPa,o-Ps寿命分布由单峰变成双峰.这说明高的外力场作用下,样品中分子链构型发生变化,导致分子链堆积密度增加及局部有序区域的形成.     

n-ZnO/p-CuO同轴纳米线异质结的制备及其I-V特性

采用热蒸发气相沉积法在Si(100)衬底上生长直径约为60～70 nm的氧化锌(ZnO)纳米线,迸一步运用离子束溅射技术和热氧化工艺在ZnO纳米线表面形成含有均匀密集分布的超细氧化铜(CuO)纳米颗粒的CuO壳层,构成n-ZnO(核芯)/p-CuO(壳层)同轴纳米线异质结.扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)用于研究样品的形貌、成分和晶体结构.实验结果表明,生长的ZnO纳米线呈纤锌矿单晶结构,CuO壳层为多晶结构.I-V曲线表明该同轴纳米线异质结构具有优良的二极管整流特性.这种具有大的异质结面积和高的比表面受光面积及强的表面化学活性的n-ZnO/p-CuO同轴纳米线异质结构在大电流密度的纳米整流器件、太阳能电池、光敏器件和气敏传感器等领域有很好的应用前景.     

铜离子注入医用热解碳的抗菌性能

用革兰氏阳性金黄色葡萄球菌和革兰氏阴性大肠杆菌,研究了铜离子注入医用热解碳后的抗菌性能.铜离子注入能量为70keV,注入剂量为5×1014～1×1018ion·cm-2.抗菌实验结果表明,铜离子注入样品后对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌均具有良好的抗菌效果;抗菌率随注入剂量的增加而提高,在注入剂量接近饱和剂量1×1018ion·cm-2时,抗菌率达到100%.应用卢瑟福背散射(RBS)分析技术,分析了热解碳中铜离子的分布,并初步探讨了铜离子的抗菌机理.     

Cu离子注入石英玻璃及退火后的透射率研究

将剂量分别为1×10     

HI—V族化合物半导体的高能重离子辐照缺陷研究·

用正电子湮没寿命谱技术研究了2.4×1O15/cm2、2.2×1016/cm2注量的85MeV19F离子辐照N型GaP和1.6×1016/cm 2注量的85MeV19F离子辐照P型InP所产生的辐照缺陷.结果表明:两种注量辐照在GaP中均产生较高浓度的单空位.其浓度随着辐照注量的增大而增加;辐照也在InP中产生较高浓度的单空位.     

n-ZnO/p-CuO同轴纳米线异质结的制备及其Ⅰ-Ⅴ特性

采用热蒸发气相沉积法在Si(100)衬底上生长直径约为60～70nm的氧化锌(ZnO)纳米线,进一步运用离子束溅射技术和热氧化工艺在ZnO纳米线表面形成含有均匀密集分布的超细氧化铜(CuO)纳米颗粒的CuO壳层,构成n-ZnO(核芯)/p-CuO(壳层)同轴纳米线异质结.扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)用于研究样品的形貌、成分和晶体结构.实验结果表明,生长的ZnO纳米线呈纤锌矿单晶结构,CuO壳层为多晶结构.Ⅰ-Ⅴ曲线表明该同轴纳米线异质结构具有优良的二极管整流特性.这种具有大的异质结面积和高的比表面受光面积及强的表面化学活性的n-ZnO/p-CuO同轴纳米线异质结构在大电流密度的纳米整流器件、太阳能电池、光敏器件和气敏传感器等领域有很好的应用前景.     

重掺Te的GaSb中缺陷的正电子寿命研究

用正电子寿命谱技术研究了重掺Te的GaSb原生样品、电子辐照样品和质子辐照样品.室温正电子寿命测量揭示出原生重掺Te的GaSb样品中存在VGa相关缺陷,其寿命大小约为298 ps.电子辐照会使该缺陷发生变化,导致平均寿命值减小,VGa相关缺陷从-3价变为-2价.质子辐照后,产生了寿命值较大的缺陷.在10-300K变温实验中,观测到3种样品都存在浅捕获缺陷,该浅捕获缺陷是GaSb反位缺陷.     

用低温正电子湮没寿命谱研究NaY,USY及γ-Al2O3的表面结构

以20～300K的低温正电子湮没寿命谱学方法研究了NaY沸石、USY沸石及多孔γ-Al2O3的表面结构.实验分别测量了脱水后三样品的低温正电子湮没寿命谱,其中NaY,USY用5个寿命分量分解,γ-Al2O3用4个寿命分量分解.实验结果表明,较短的寿命分量与测量温度无关,而最长的寿命分量(约40ns)则与测量温度有关,不同的寿命温度相关性表明NaY的表面结构与γ-Al2O3的不同.     

基于特定消谐技术产生任意波形的研究

从特定消谐的原理出发,建立了产生谐波的数学模型,分析了开关角与各次谐波之间的关系,得到产生谐波不宜采用查表法而应实时计算的结论.对于特定消谐式逆变器的实时控制,进行了硬件和软件方面的设计,并举例分析了实验结果.     

C_(60)薄膜的离化团簇束沉积及离子掺杂

用离化团簇束（ＩＣＢ）沉积法在石英玻璃和云母衬底上形成了Ｃ６０薄膜，ＸＲＤ测试表明膜呈多晶结构，原位电阻测试表明膜的室温电阻率超过１０４Ωｃｍ，具有负的电阻温度系数．用８０ｋｅＶＰ＋，ＢＢｒ３＋，Ａｒ＋和Ｈｅ＋对Ｃ６０膜作剂量范围为０～１０１６ｃｍ－２的离子注入，Ｃ６０膜的电阻率随注入剂量增加而急剧下降，磷注入具有ｎ型掺杂作用，离子与Ｃ６０分子的相互作用导致Ｃ６０分子分裂，引起薄膜表面非晶化．