Si_3N_4/Si表面Si生长过程的扫描隧道显微镜研究

利用原位扫描隧道显微镜和低能电子衍射分析了Si的纳米颗粒在Si3N4 /Si(111)和Si3N4 /Si(10 0 )表面生长过程的结构演变 .在生长早期T为 35 0— 10 75K范围内 ,Si在两种衬底表面上都形成高密度的三维纳米团簇 ,这些团簇的大小均在几个纳米范围内 ,并且在高温退火时保持相当稳定的形状而不相互融合 .当生长继续时 ,Si的晶体小面开始显现 .在晶态的Si3N4 (0 0 0 1) /Si(111)表面 ,Si的 (111)小面生长比其他方向优先 ,生长方向与衬底Si(111)方向一致 .最后在大范围内形成以 (111)为主的晶面 .相反 ,在非晶的Si3N4 表面 ,即Si3N4 /Si(10 0 ) ,Si晶体的生长呈现完全随机的方向性 ,低指数面如 (111)和 (10 0 )面共存 ,但它们并不占据主导地位 ,大部分暴露的小面是高指数面如 (113)面 .对表面生长过程进行了探讨并给出了合理的物理解释     

基于Si掺杂Sb2Te3薄膜的相变存储器研究

采用磁控三靶(Si,Sb及Te)共溅射法制备了Si掺杂Sb2Te3薄膜,作为对比,制备了Ge2Sb2Te5和Sb2Te3薄膜,并且采用微加工工艺制备了单元尺寸为10μm×1Oμm的存储器件原型来研究器件性能.研究表明,Si掺杂提高了Sb2Te3薄膜的晶化温度以及薄膜的晶态和非晶态电阻率,使得其非晶态与晶态电阻率之比达到106,提高了器件的电阻开/关比;同Ge2Sb2Te5薄膜相比,16at%Si掺杂Sb2Te3薄膜具有较低的熔点和更高的晶态电阻率,这有利于降低器件的RESET电流.研究还表明,采用16at%Si掺杂Sb2Te3薄膜作为存储介质的存储器器件原型具有记忆开关特性,可以在脉高3V、脉宽500 ns的电脉冲下实现SET操作,在脉高4 V、脉宽20 ns的电脉冲下实现RESET操作,并能实现反复写/擦,而采用Ge2Sb2Te5薄膜的相同结构的器件不能实现RESET操作.     

Si基Bi4Ti3O12铁电薄膜的制备与特性研究

采用sol-gel工艺,在分层快速退火的工艺条件下成功地制备了高质量Si基BiTi3O12铁电薄膜.研究了Si基Bi4Ti3O12薄膜的生长行为、铁电性能、C-V特性和疲劳特性.研究表明:Si基Bi4Ti3O12薄膜具有随退火温度升高沿c轴择优生长的趋势;退火温度通过影响薄膜的晶粒尺寸、生长取向和薄膜中载流子的浓度来改变Si基Bi4Ti3O12薄膜的铁电性能;Ag/Bi4Ti3O12/p-Si异质结的C-V特性曲线呈现顺时针回滞,可以实现极化存储;109次极化反转后Bi4Ti3O12薄膜的剩余极化仅下降12%,具有较好的疲劳特性.     

Electrically triggered dual-band tunable terahertz metamaterial band-pass filter based on Si_3N_4–VO_2–Si_3N_4 sandwich

We experimentally demonstrate an electrically triggered terahertz(THz) dual-band tunable band-pass filter based on Si_3 N_4–VO_2–Si_3 N_4 sandwich-structured hybrid metamaterials. The insulator–metal phase transition of VO_2 film is induced by the Joule thermal effect of the top metal layer. The finite-integration-time-domain(FITD) method and finite element method(FEM) are used for numerical simulations. The sample is fabricated using a surface micromachining process,and characterized by a THz time-domain-spectrometer(TDS). When the bias current is 0.225 A, the intensity modulation depths at two central frequencies of 0.56 THz and 0.91 THz are about 81.7% and 81.3%, respectively. This novel design can achieve dynamically electric–thermo–optic modulation in the THz region, and has potential applications in the fields of THz communications, imaging, sensing, and astronomy exploration.     

Si_3N_4波导上的费涅尔透镜

本文提出一种新型的费涅尔波导透镜.它不仅具有衍射受限的聚焦特性,而且有与理想费涅尔波导透镜几乎一样的效率,并使工艺简化.在氮化硅波导上进行的工艺实验表明,实验结果与理论分析具有较好的一致性.     

光子集成用的新型波导材料Si_3N_4

光子集成是当今科技界的热门课题,提高集成度最为重要。SOI(Siliconon-insulator)等材料在光子集成中显现出重要的地位,然而其损耗偏大,对集成度产生影响。因此,寻求新的波导材料极为重要。在这种要求下,Si_3N_4应运而生,成为人们研究的热点。Si_3N_4结构稳定,禁带宽度宽,Eg～5.1 eV,对紫外到红外整个波段是透明的。在这一光波段中的损耗低达0.045±0.04 d B/m,比SOI波导低3—4个数量级。Si_3N_4在1550 nm处的折射率～2,能够同Si和SiO2一起构成高性能的介质波导结构,因此是很好的波导材料。Si_3N_4的热膨胀系数～2.35×10-6/℃,比Si小许多,在Si上生长Si_3N_4会产生较大的拉应力,因此容易产生龟裂,生长大面积薄膜或者较厚的Si_3N_4都十分困难。采用LPCVD或PECVD方法可以在低折射率的SiO2上淀积Si_3N_4薄膜,形成Si_3N_4—SiO2波导结构,减小了波导尺寸,提高了集成度。文章综述新型波导材料Si_3N_4的研究进展,并对其应用进行描述与展望。     

Si掺杂Ag基超分辨薄膜读出性能研究

超分辨薄膜是一种能够实现突破光学衍射极限的功能薄膜,它在超分辨近场光存储技术中起到至关重要的作用。采用磁控溅射共溅的方式制备了Ag掺杂一定量Si的超分辨复合薄膜,测试了其作为掩膜层的超分辨光盘读出性能,并获得了最佳的薄膜制备条件,即当Ag溅射功率为55 W,Si为95 W,溅射时间为80s,薄膜厚度为39nm时,超分辨光盘的读出信号载噪比(CNR)最高为28dB。用X射线光电子能谱测量了上述薄膜的组成,用扫描电子显微镜观察了薄膜微区形貌,并用椭圆偏振光谱仪测量了薄膜的光学常数和厚度。超分辨复合薄膜的读出机理可以用Ag的散射型机理解释。光盘在持续读出10万次以后读出信号基本没有下降。     

Sb量子点掺杂钠硼硅玻璃的三阶光学非线性

采用溶胶-凝胶法以正硅酸乙酯、硼酸、金属钠为前驱体合成了含Sb量子点的钠硼硅玻璃。紫外-可见(UV-vis)吸收光谱分析表明量子点玻璃的表面等离子体共振吸收峰在566nm附近;利用飞秒激光钛宝石Z-扫描(Z-scan)技术在800nm波长处对玻璃样品的非线性光学性质进行研究,得到了该玻璃的非线性折射率γ,非线性吸收系数β和三阶非线性极化率χ(3)分别为8.59×10-17 m2/W、1.80×10-10 m/W、4.75×10-11 esu;X-射线粉末衍射(XRD)分析表明具有斜方六面体晶相结构的Sb量子点成功的掺入到玻璃基体中;通过透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对量子点的尺寸大小和颗粒分布进行了表征,结果显示Sb量子点在玻璃中呈规则的球形,并且颗粒尺寸在19~25nm之间。     

磁控共溅射制备Si掺杂Al薄膜的应力研究

为研制真空紫外与极紫外波段Al基薄膜光学元件,详细研究了Al基薄膜的应力特性及其优化方法。利用应力实时测量装置对共溅射技术制备的5种不同Si掺杂质量分数(0、8.97%、16.49%、28.46%、45.73%)的Al-Si复合薄膜进行应力测试,并采用X射线衍射法表征薄膜的结晶状态。结果表明:Al薄膜中的应力表现为压应力,随着Si在Al中掺杂量的增加,Al中的压应力减小,并且Al的结晶度降低,Al(111)晶向的晶粒尺寸也减小,Al的结晶被抑制;当Si的掺杂质量分数从18.63%增大到31.57%时,Al中的压应力转变为张应力,且张应力随Si掺杂量的增加而进一步增大。本研究为制备Al基滤片、单层膜和多层膜元件提供了技术支撑,在极紫外光刻、同步辐射和天文观测领域具有重要的应用价值。     

Sc掺杂Ca3Si4的电子结构和光学性质

利用基于密度泛函理论的赝势平面波方法对Sc掺Ca3Si4的电子结构和光学性质进行了系统的计算和分析比较.研究结果为块体Ca3Si4是间接带隙半导体,带隙为0.372eV,价带主要是由Si的3s和3p及Ca的3d态电子构成,导带主要是由Ca的3d态电子构成,静态介电常数ε1(0)=19,折射率n0=4.35;吸收系数在能量3.024eV处达到最大峰值1.56×105cm-1.而掺杂Sc变为n型半导体;费米能级附近的导带主要则由Ca的3d态电子和Sc的3d态电子构成,静态介电常数变为ε1(0)=54.58,折射率n0=7.416;吸收系数在能量5.253eV处达到最大峰值1.614×105cm-1.通过掺杂有效调制了Ca3Si4的电子结构和光学性质,计算结果为Ca3Si4光电材料的设计与应用提供了理论依据.     

氧化SiGe/Si多量子阱制备Si基SiGe弛豫衬底

SiGe弛豫衬底是制备高性能Si基SiGe光电子器件的基础平台。本文通过1050℃不同时间氧化SiGe/SiMQW材料,分析氧化过程中Ge组分、弛豫度的变化趋势,制备位错密度低、表面平整、弛豫度超过60%的Si基Si0.75Ge0.25缓冲层。     

Si_4N_4团簇结构与性质的密度泛函理论研究(英文)

用密度泛函理论(DFT)中的杂化密度泛函B3LYP方法,在6-31G(d)的水平上对Si4N4团簇的可能结构进行了几何结构优化和电子结构计算,得到了可能的17个异构体.Si4N4团簇的最稳定结构是有8个Si-N键的平面结构.用自然键轨道(NBO)方法分析了成键性质.计算结果表明,Si-N键中Si原子向N原子有较大的电荷转移,因此Si-N原子间有较强的电相互作用;最强的IR和Raman谱峰分别位于1387.64cm-1和1415.05cm-1处;并计算了Si4N4团簇的最稳定结构的极化率和超极化率.     

Ba_3Si_6O_9N_4∶Eu~(2+)荧光粉制备及其表征

采用基于高温固相的两步合成法,以BaSiO3为前驱体制备了Ba3Si6O9N4∶Eu2+荧光粉,主要研究了不同Eu2+掺杂浓度对Ba3Si6O9N4∶Eu2+荧光粉发光性能的影响机理,并与传统高温固相法制备的Ba3Si6O9N4∶Eu2+荧光粉的发光机理进行了对比分析。结果表明:与传统高温固相法相比,两步法制备的Ba3Si6O9N4∶Eu2+荧光粉具有更高的纯度和结晶度。Eu2+掺杂浓度大于9%时,两步法和传统高温固相法制备的样品都发生浓度猝灭现象。传统高温固相法与两步法制备Ba3Si6O9N4:Eu2+荧光粉的浓度猝灭机理一致,均是由于电偶极-电偶极相互作用造成的。在330nm的激发光下,两步法制备的Ba3Si6O9N4∶Eu2+荧光粉的发射光谱(峰值489nm)与传统的高温固相法(峰值512nm)相比,出现了蓝移的现象,更加接近于理论发射光谱中心(480nm)。能谱分析结果显示,两步法制备的荧光粉的元素组分更接近理论值,能有效降低晶格缺陷。两步法制备的Ba3Si6O9N4∶Eu2+荧光粉样品具有更好的热稳定性,更利于白光LED的应用。     

磁控溅射法制备钛掺杂WO3薄膜结构和性能的研究

采用中频孪生非平衡磁控溅射技术制备钛掺杂WO_3薄膜。运用X射线衍射(XRD),拉曼光谱、紫外分光光度计、计时安培分析仪和原子力显微镜(AFM)等测试手段分析了钛掺杂WO_3薄膜的结构和光学性能。实验结果表明,掺杂后的薄膜在相同的热处理条件下晶化程度降低,晶粒细化,离子抽出和注入的通道大大增多,钛掺杂原子数分数0．051的着色响应速度提高,循环寿命提高了4倍以上,但着色后透射率下降。     

第一性原理研究O和S掺杂的石墨相氮化碳(g-C_3N_4)_6量子点电子结构和光吸收性质

利用密度泛函和含时密度泛函理论研究了氧(O)和硫(S)原子掺杂的石墨相氮化碳(g-C_3N_4)_6量子点的几何、电子结构和紫外-可见光吸收性质.结果表明:掺杂后(g-C_3N_4)_6量子点杂质原子周围的C-N键长发生了一定的改变,最高电子占据分子轨道-最低电子未占据分子轨道(HOMO-LUMO)能隙显著减小.形成能的计算表明O原子取代掺杂的(g-C_3N_4)_6量子点体系更稳定,且O原子更易取代N3位点,而S原子更易取代N8位点.模拟的紫外-可见电子吸收光谱表明,O和S原子的掺杂改善了(g-C_3N_4)_6量子点的光吸收,使其吸收范围覆盖了整个可见光区域,甚至扩展到了红外区.而且适当的杂质浓度使(g-C_3N_4)_6量子点光吸收在强度和范围上都得到明显改善.通过O和S掺杂的比较,发现二者在可见光区对(g-C_3N_4)_6量子点的光吸收有相似的影响,然而在长波长区域二者的影响有明显差异.总体而言,O掺杂要优于S掺杂对(g-C_3N_4)_6量子点光吸收的影响.     

高质量钙钛矿量子点薄膜制备及性能研究

对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)高分子聚合物材料包裹钙钛矿量子点进行了研究.利用一步包裹法制备了高质量的钙钛矿量子点薄膜,在连续365nm紫外激发下和LED远程封装时,PMMA钙钛矿薄膜衰减率分别约是SEBS薄膜的4倍和6倍,证明了SEBS包裹的钙钛矿量子点薄膜稳定性优于PMMA.进一步对SEBS钙钛矿薄膜分别在空气、水等环境下的稳定性进行研究,相比钙钛矿量子点溶液4h衰退约18%,SEBS钙钛矿薄膜在空气中和水中衰退约18%延长至约55h和240h,说明SEBS包裹之后增强了钙钛矿量子点的稳定性,对钙钛矿量子点封装应用有着重要的意义.     

Si基Sc膜的制备及结构分析

采用电子束镀膜方法在Si基底上制备了Sc膜,利用XRD,SEM分析了不同镀膜工艺条件下制备的Sc膜的形貌和结构。结果表明:基底温度在350～550 ℃时,薄膜主要由单质Sc组成,而且随着基底温度的升高,膜的颗粒尺寸增大,膜也变得更加致密;基底温度提高至650 ℃时,膜全部由ScSi化合物组成,膜变成颗粒状结构。沉积速率对低温时Sc膜的形貌与结构的影响不明显,颗粒尺寸随沉积速率的增大而增大,但物相结构基本没有发生变化;而在高温650 ℃时,沉积速率对膜的形貌与结构产生了很大的影响,随着沉积速率的增大,膜表面出现了大量微裂纹,而且较低的沉积速率有利于获得衍射峰单一的膜,增大沉积速率将会导致衍射峰数量明显增加。     

Si基Sc膜的制备及结构分析

采用电子束镀膜方法在Si基底上制备了Sc膜,利用XRD,SEM分析了不同镀膜工艺条件下制备的Sc膜的形貌和结构。结果表明：基底温度在350～550 ℃时,薄膜主要由单质Sc组成,而且随着基底温度的升高,膜的颗粒尺寸增大,膜也变得更加致密;基底温度提高至650 ℃时,膜全部由ScSi化合物组成,膜变成颗粒状结构。沉积速率对低温时Sc膜的形貌与结构的影响不明显,颗粒尺寸随沉积速率的增大而增大,但物相结构基本没有发生变化;而在高温650 ℃时,沉积速率对膜的形貌与结构产生了很大的影响,随着沉积速率的增大,膜表面出现了大量微裂纹,而且较低的沉积速率有利于获得衍射峰单一的膜,增大沉积速率将会导致衍射峰数量明显增加。     

掺杂浓度及掺杂层厚度对Si均匀掺杂的GaAs量子阱中电子态结构的影响

本文通过自洽地求解薛定鄂方程及泊松方程计算了在温度T=0, 有效质量近似下, Si均匀掺杂的GaAs/AlGaAs量子阱系统的电子态结构. 研究了掺杂浓度及掺杂层厚度对子带能量, 本征包络函数, 自洽势, 电子密度分布, 及费米能量的影响. 发现在给定掺杂浓度下, 子带能量随掺杂层厚度的增加单调递减, 自洽势的势阱变宽变浅, 电子密度分布变宽, 峰值变低; 在给定掺杂层厚度下, 随掺杂浓度的增加子带能量及费米能级单调递增, 自洽势阱变深变陡变窄, 电子密度分布的峰值变高, 集中在中心. 关键词： 掺杂 量子阱 电子结构 半导体GaAs