敏感半导体陶瓷的显微物理模型(Ⅱ)

本文用敏感半导体陶瓷的显微物理模型描述了热敏、气敏和湿敏陶瓷的电性能。得到了一些重要的结果。这些理论结果与实验结果相符,它们为敏感陶瓷的设计提供了理论依据。可预料该模型可作为这类半导体陶瓷的统一的显微物理模型。 关键词：     

BaTiO3半导体陶瓷从PTC特性向边界层电容效应过渡问题探讨——晶界势垒模型的应用

对作者提出的晶界势垒模型作定量分析．由理论模型得到的结果定量解释了BaTiO₃半导体陶瓷从ＰＴＣ特性向边界层电容效应过渡的有关现象；由此对BaTiO₃半导体陶瓷边界层电容器和ＰＴＣ电阻器的性能作出了设计，设计值明显优于目前的实验值；对提高器件性能的方法作了探讨，提出了相应的措施．本文的结果为BaTiO₃半导体陶瓷器件的设计、生产和性能提高提供了理论基础     

半导体电子态理论简介(Ⅰ)

随着半导体技术和实验手段的发展,半导体理论也相应地得到了发展.早在六十年代,回旋共振和磁光吸收以及半导体浅杂质研究的同时,产生了半导体有效质量理论[1,2].它不仅弄清了半导体能带结构的细节(如导带极小的位置,价带形状的各向异性,有效质量等等),而且能定量地解释了半导体中浅施主、受主能级位置和性质,磁能级等实验结果.七十年代,表面实验技术,包括各种分析测试手段(如低能电子衍射,光电子谱仪等)使人们对半导体表面结构(弛豫、重构),原子吸附,表面、界面电子态等进行了研究.与此同时。半导体中深杂质态性质的研究(包括深能级瞬态谱、…     

pH敏感有机电化学晶体管I-V特性及其电压依赖性

pH敏感的有机电化学晶体管有望广泛用于可穿戴电子设备进行生理指标原位监测.然而, pH敏感的有机电化学晶体管电流-电压(I-V)特性关系尚不明确,这严重制约其设计、优化与应用等方面的发展.本文联合电化学平衡方程与栅极/电解液、半导体沟道/电解液界面微分电容串联物理模型构建了pH敏感的有机电化学晶体管I-V特性方程.进一步,以聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐为半导体层材料,以pH敏感聚合物(聚3,4-乙烯二氧噻吩/溴百里酚蓝)修饰晶体管栅极,构建pH敏感的有机电化学晶体管.测试晶体管输出、转移及pH响应特征,验证I-V特性方程的有效性.实验结果表明,该有机电化学晶体管的pH检测灵敏度为0.22 mA·pH·unit^–1,并且晶体管pH响应具有栅极电压依赖特性.引入栅极电压多项式进一步修正晶体管I-V特性方程.理论模型对转移曲线实验结果的拟合优度达到0.998.峰值跨导对应栅极电压位置、pH灵敏度响应栅极电压的实验及理论预测结果比较亦可表明修正理论模型的有效性.研究结果可为基于pH敏感有机电化学晶体管的柔性生物传感器设计与制造提供理论支撑.     

n型掺杂半导体In/Nb-SrTiO3金属异质结变温J～V特性的研究

利用Nb替代Ti的导电Nb-SrTiO3(Nb-STO)衬底我们制备得到了Nb-STO/金属异质结并测量了异质结的J～V曲线.氧化物半导体Nb-STO/金属异质结的J～V曲线显示出与由Schottky势垒模型描述的理想半导体/金属二极管有很多不同.利用对数据拟合的结果,我们讨论了与理想半导体模型的差别.在Nb-STO作为新的氧化物半导体材料被引入器件时,偏离理想的半导体模型应该是正常的.     

陶瓷半导体的原理及应用

引 言 随着热敏电阻、压敏电阻、CdS太阳能电池、半导体瓷介电容器以及敏感元件等的研制和应用,陶瓷半导体这个名称渐渐被人们采用. 陶瓷是微细晶体的烧结体.它与单晶材料不同.是由晶粒及晶界构成的.正是由于陶瓷内部晶界的存在和利用,使得陶瓷半导体具有一些优于单晶半导体的特性.再者,陶瓷半导体的制造不要求象单晶半导体那样的高纯原料,而且便于大量生产,成本低,这些都是单晶半导体所不能相比的. 近年来,陶瓷半导体已成为陶瓷领域内极为活跃的分支,它已和非晶态半导体、有机半导体构成了一个新的半导体家族. 现在,概括地介绍陶瓷半导体…     

基于大数值孔径环形光锥照明的超分辨光学 显微成像方法研究

提出和发展了一种基于大数值孔径环形光锥照明的远场超分辨光学显微成像新方法, 采用将发光二极管(LED)面光源、窄带滤光和环形光锥照明相结合的特种照明方式, 实现超分辨显微成像. 建立了大数值孔径环形光锥照明成像的物理模型, 根据标量衍射理论, 在不同环形光锥照明时, 推导出光学显微系统像面衍射斑光强分布的理论计算公式; 通过Matlab求解和绘图, 得到衍射斑光强的分布图样, 从理论上证明这一成像方法可以有效提高光学显微镜的分辨率; 建立了相应的显微成像系统, 通过实验验证了该方法可有效改善显微镜的成像质量, 显著提高分辨率; 在中心波长450 nm、环形光锥数值孔径1.125—1.25时, 实验获得的分辨率至少优于150 nm, 与理论研究结果相符合, 从而证明了这一方法的可行性.     

Co掺杂6H-SiC的第一性原理研究

此文用第一性原理密度泛函理论(DFT)的广义梯度近似(GGA)的平面波赝势法(PBE),计算了未掺杂及Co替位Si掺杂的6H-SiC体系的电子结构与光学特性,获得了Co掺杂将导致6H-SiC由带隙为2.016 eV的间接带隙半导体变成带隙为0.071 eV的p型半导体,且有磁性;掺杂后能带结构中出现由Co的3d能级造成的杂质能级;且载流子浓度提升,使得材料的导电性得到提高;替换掺杂使得6H-SiC在光学性质方面有所变化,介电函数实部和虚部在低能级处增大,吸收光谱从未掺杂的3.2 eV开始吸收变为略高于0 eV就开始;反射谱与电导率曲线发生红移等有益结果.     

纳米集成光路中的光源、光波导和光增强

使用近场光学显微术(scanning near-field optical microscopy, SNOM)研究了ZnO亚微米线端面出射性质,不同空间形貌Ⅱ-Ⅵ族半导体荧光器件光波导特性,二维光子晶体、准晶光子晶体对LED的出射增强作用以及表面等离激元(surface plasmon polariton, SPP)与半导体纳米荧光器件的相互作用,对纳米集成光路中的光源、光波导、光增强三个重要问题做了实验和理论上的分析.研究发现半导体微纳米线端面出射光束的质量与样品的直径有密切关系.通过合理地设计其直径和 关键词： 纳米集成光路 扫描近场光学显微术 光波导 光增强     

压电圆管换能器振动特性的薄壳理论分析

本文运用弹性力学中的薄壳理论，分析了径向极化压电陶瓷圆管换能器的振动特性，并在此基础上推导出换能器等效电路的特性阻抗，为换能器的设计提供了依据。分析及计算结果表明，本文的理论与以往常用的薄膜理论相比，不仅在物理模型的描述上更为完整准确，在计算精度上也更接近实际。     

激发态过程的多体理论方法

描述多电子体系的绝大部分参量可实验测量,如吸收光谱、发光光谱和激子效应等,都涉及电子激发态的正确描述。密度泛函理论(DFT)框架内的局域密度近似(LDA)作为第一性原理基态理论,即基于Kohn-Sham方程的解,是研究多粒子体系基态性质非常有力的工具。然而,体系激发态的第一性原理理论及其计算要比基态的理论计算复杂得多。关键问题在于描写基态和激发态时,粒子间的交换关联相互作用并不相同,而对于非均匀相互作用多粒子体系的交换关联能至今仍不清楚。不过,近年来关于激发态问题的研究,先后发展了许多描述电子激发态的理论,最重要的是基于准粒子概念和Green函数方程的多体微扰理论和含时间密度泛函理论(TDDFT)以及与此相关的描述电子-空穴相互作用的Bethe-Salpeter方程在凝聚态物理问题中的应用。其中最关键的物理量是粒子的自能算符Σ,它描述Hartree近似之外的交换和关联效应。虽然这些理论不可避免地也要引入某些近似,如对于Σ的一个好的近似就是Hedin的GW近似方法。对许多实际凝聚态体系的计算机模拟结果表明,GW近似是描述激发态问题相当成功的理论方法。将Hartree-Fock(HF)理论与LDA相结合,但采用非局域屏蔽交换代替HF方法中的局域非屏蔽交换相互作用,建立广义的KS方程(GKS),得到所谓屏蔽交换局域密度近似(sX-LDA)方法。我们在平面波自洽场方法PWscf程序包的基础上,发展了PW scf-sX-LDA方法,也是处理激发态问题及材料设计的有效方法。将评述激发态过程多体理论各种方法的发展和意义,讨论这些多体理论方法之间的联系和差异,并在此基础上介绍它们在解决半导体带带跃迁(或带隙偏小问题)、半导体及其微结构中的激子效应等重要领域的应用和成果。     

密度相关袋常数的夸克介子耦合模型关于核物质和有限核的研究

由满足手征对称的Nambu-Jona-Lasinio(NJL)模型出发, 计算得到袋常数的密度相关性, 并将其与夸克介子耦合(QMC)模型相结合, 研究核物质和有限核的性质. 结果表明, 该模型能够成功地描述核物质的性质, 但得到的有限核结合能过大, 其中重整势起了非常关键的作用.     

改进型1-3压电复合材料结构参数对其谐振性能的影响

研究了水声换能器用的1-3改进型(称1-3-2型)压电复合材料的结构参数(陶瓷体积分数)对其谐振性能的影响.1-3-2型压电复合材料是由1-3型复合材料和陶瓷基底两部分组成,利用Newnham串并联理论、均匀场理论和混合定律,得到1-3-2型复合材料的压电方程,从而推导出1-3-2型复合材料的各项等效性能参数,并通过实验对频率常数、机电耦合系数和声阻抗等参数的理论推导进行了验证,实验结果与理论计算符合较好。     

高温隐形材料SiBN陶瓷

已有的实验结果表明, 硅硼氮陶瓷材料具有非晶态的微观结构, 并且可在六方相氮化硅 (β-Si₃N₄) 的基础上得到较好理论模型. 本文通过同样方法建立硅硼氮陶瓷材料的理论模型, 并在此基础上进行分子动力学与密度泛函理论结合的计算研究, 得到其高温下光学性质的显著变化. 与氮化硅 (Si₃N₄) 的光学性质比较分析后发现, 低温下SiBN陶瓷对可见光甚至紫外及高频光吸收显著, 而高温下呈现对微米波的较好吸收和其他波段小于0.3的吸收系数; 低温下SiBN陶瓷的反射系数全波段接近0.1, 而高温下其反射系数可小至1%; 单晶Si₃N₄的光学性质则随温度升高几乎不发生变化. 这一结果表明SiBN陶瓷作为高温激光隐形材料的可能, 也为非晶材料光电应用指出一个新的方向. 关键词： 硅硼氮陶瓷 密度泛函理论 光吸收系数 反射系数     

基于平移差分的微结构线宽显微测量方法

从显微成像测量线宽的理论模型出发,分析了限制测量精度的边缘定位误差因素,基于阶跃边缘衍射光强微分的灵敏探测原理,提出一种平移差分的微结构线宽显微测量方法,即使用压电陶瓷微位移平台微量移动待测微结构沟槽,两步平移并采集三幅对沟槽清晰成像的显微图像,显微图像依次相减得到两幅差分图,将线宽测量转为差分脉冲距离测量,利用差分脉冲在阶跃边缘附近梯度变化灵敏度高的特点,突破衍射极限,提高线宽测量精度;再用纳米精度压电陶瓷位移台标定与显微成像系统有关的倍率测量常数,以压电陶瓷位移台的高精度保证测量结果的准确性。以可溯源计量部门、线宽为30.00μm的标准沟槽样板作为待测样品,10次测量得到线宽测量平均值30.03μm,标准差0.005μm,并对本方法进行了不确定度分析,最终得到合成不确定度为0.37%(k=1)。     

纳米集成光路中的光源、光波导和光增强

使用近场光学显微术(scanning near-field optical microscopy, SNOM)研究了ZnO亚微米线端面出射性质，不同空间形貌Ⅱ-Ⅵ族半导体荧光器件光波导特性，二维光子晶体、准晶光子晶体对LED的出射增强作用以及表面等离激元(surface plasmon polariton, SPP)与半导体纳米荧光器件的相互作用，对纳米集成光路中的光源、光波导、光增强三个重要问题做了实验和理论上的分析.研究发现半导体微纳米线端面出射光束的质量与样品的直径有密切关系.通过合理地设计其直径和     

稀磁半导体的研究进展

本文主要介绍了III-V族稀磁半导体(Ga,Mn)As的研究进展,包括(Ga,Mn)As的生长制备、基本磁性质、磁输运特征、磁光性质、磁性起源、相关的异质结构和自旋注入等,同时还简单介绍了其它稀磁半导体如IV族、III-VI族和IV-VI族等稀磁半导体的研究进展,在文章的最后描述了理想的稀磁半导体应该具备的特征以及对未来的展望。     

稀磁半导体的研究进展

本文主要介绍了III-V族稀磁半导体(Ga,Mn)As的研究进展,包括(Ga,Mn)As的生长制备、基本磁性质、磁输运特征、磁光性质、磁性起源、相关的异质结构和自旋注入等,同时还简单介绍了其它稀磁半导体如IV族、III-VI族和IV-VI族等稀磁半导体的研究进展,在文章的最后描述了理想的稀磁半导体应该具备的特征以及对未来的展望。     

表面氢化双层硅烯的结构和电子性质

采用密度泛函理论(DFT)广义梯度近似GGA和HSB06方法研究了氢化双层硅烯(silicene)的结构和电子性质, 结果表明: 氢化后的双层硅烯可能存在三种稳定的构型, AA椅型、AB椅型和AA船型, 其中AA椅型和AB椅型结构最为稳定, 氢化后这三种稳定构型材料的性质由零带隙的半金属(semimetal)转变为禁带宽度分别为1.208, 1.437和1.111 eV 的间接带隙的半导体, 采用混合泛函HSB06计算修正得到的带隙分别为1.595, 1.785 和1.592 eV. 进一步分析了在双轴应变下氢化双层硅烯的带隙随应变的关系, 得到应变可以连续的调节材料的带隙宽度, 这些性质有可能应用于未来的纳米电子器件.     

半导体中光的相干传播理论(Ⅱ)

本文是关于半导体中光的相干传播理论的第二部分。考虑到电子空穴间的相互作用,我们讨论了光波与半导体的相互作用,得到了描述光激发电子空穴极化波的方程。我们指出只有在激发比较弱时,这组方程才可近似为一组线性方程,电子空穴极化波才可以看作玻色场。本文还着重讨论了分立的激子谱线的相干激发,证明了它可以近似等效于一个二能级系统的激发,等效的二能级系统的能级差和激发的程度有关,等效的二能级“原子”的“浓度”由激子波函数的性质决定。 关键词：