用x射线形貌研究半绝缘砷化镓单晶胞状结构

通过x射线异常透射形貌（XRT），化学腐蚀显微观察和电子显微技术（TEM）研究了液封直拉（LEC）法生长的半绝缘砷化镓（SI-GaAs）单晶中蜂窝状胞状结构，从晶体生长和冷却过程的热应力、弹性形变引起位错的运动和反应考虑，分析了该结构的形成机理与过程.认为这是由高密度位错（EPD）运动和反应所形成的小角度晶界的集合群. 关键词： SI-GaAs 小角度晶界 胞状结构     

钢铁材料中形变诱导相变超细化机理研究

通过计算机编程建立奥氏体相中12[1 1 0]刃位错、奥氏体相中非形变区和形变区奥氏体/铁 素体相界模型.用实空间的连分数方法计算了非形变区和形变区奥氏体/铁素体相界界面能， 计算了碳、氮及微合金元素在完整晶体及位错区引起的环境敏感镶嵌能，进而讨论形变过程 中铁素体形核的难易程度，碳、氮及合金元素在位错区的偏聚及析出与铁素体细化的关系. 计算结果表明：α-Fe易于在高密度位错区（形变带、亚晶界、晶界）形核，在奥氏体形变 过程中，就会大大提高α-Fe形核率，细化铁素体晶粒；碳、氮和微合金元素易于单独或共 同 关键词： 奥氏体/铁素体相界 刃位错 形变 晶粒细化     

取向角对小角度非对称倾斜晶界位错运动影响的晶体相场模拟

采用晶体相场法模拟纳米尺度下小角度非对称倾斜晶界结构和位错运动,从外应力作用下晶界位错运动位置变化和晶体体系自由能变化角度,分析取向角对小角度非对称倾斜晶界结构和晶界位错运动的影响规律.研究表明,不同取向角下组成小角度非对称倾斜晶界的位错对类型相同.随取向角增大晶界位错对增加,且晶界更易形成n1n2型和n4n5型位错对.外应力作用下,不同取向角晶界位错对初始运动状态均沿晶界进行攀移运动,随体系能量积累,取向角越大出现晶界位错对分解的个数越多,且均为n1n2型和n4n5型位错对发生分解反应.不同取向角下小角度非对称倾斜晶界体系自由能曲线都存在四个阶段,分别对应位错对攀移、位错对滑移及分解、位错对反应抵消形成单晶和体系吸收能量自由能上升过程.进一步对比发现随取向角增大,晶界湮没形成的单晶体系所需时间增加.     

钢铁材料组织超细化机理的电子理论研究

通过计算机编程建立奥氏体相中的1/2［110］刃位错，用实空间的递推方法计算碳、氮及合金元素在完整晶体及位错区引起的环境敏感镶嵌能，进而讨论碳、氮及合金元素在位错区的 偏聚及交互作用.计算结果表明：分立的轻杂质C，N易偏聚在位错区，它们在刃位错上方形 成柯氏气团；合金元素在完整的奥氏体晶体中趋于均匀分布，强、中碳化物形成元素（Ti, V, Nb, Cr）易在刃位错区偏聚，它们在位错上方形成柯氏气团，而非碳化物形成元素Ni偏 聚于位错线下方，或分布于非缺陷区；轻杂质加剧强碳化物形成元素在刃位错区的偏聚.当 温度下降使得C，N及合金元素的浓度超过其最大固溶度时，在钢的奥氏体刃位错区将有C，N化合物脱溶，这些化合物可作为奥氏体再结晶的异质晶核，细化晶粒. 关键词： 电子结构 位错 超细化     

基于连续介质位错理论的位错原子分布构造方法

基于连续介质位错理论提出一种新的位错原子分布构造方式,理论上可以构造出任意形状和任意Burgers矢量的位错结构.利用该方法,选用FCC单晶铜为模拟介质,构造Burgers矢量为b=[110]/2的刃型全位错和Burgers矢量为b=[112]/6圆环形不完全位错环,并使用分子动力学方法模拟全位错的扩展分解过程和不全位错环在自应力作用下的收缩过程,模拟结果与理论分析一致.该方法的优点在于可以方便地构造出其他传统方法难以构造的位错闭合结构——位错环,从而使位错环的细致研究成为可能.     

冲击加载下铝中氦泡和孔洞的塑性变形特征研究

通过分子动力学模拟研究了在相同冲击加载强度下单晶铝中氦泡和孔洞的塑性变形特征,结果发现氦泡和孔洞的塌缩是由发射剪切型位错环引起的,而没有观测到棱锥型位错环发射. 氦泡和孔洞周围的位错优先成核位置基本一致,但是氦泡周围发射的位错环数目比孔洞多,位错环发射速度明显比孔洞快. 且氦泡和孔洞被冲击波先扫过部分比后扫过部分发射位错困难. 通过滑移面上的分解应力分析发现,氦泡和孔洞周围塑性特征的差别是由于氦泡内压引起最大分解应力分布改变造成的. 氦泡和孔洞被冲击波先后扫过部分塑性不对称是因为冲击波扫过时引起形状变化, 关键词： 分子动力学 冲击波 氦泡 孔洞     

太赫兹片上系统中低温砷化镓薄膜光电导天线的研究

太赫兹时域光谱技术是一种在太赫兹频段内,广泛应用的光谱测量技术。这种技术可以用于许多物质的频谱分析,对于研究化学、半导体与生物分子等领域有着无可比拟的作用。然而用该系统进行样品探测时,受回波的影响频谱分辨率较低;受太赫兹波光斑大小以及待测样品与电磁波相互作用距离长短的影响,样品消耗量较多,并且整个系统的占用空间较大,这些局限性都限制了太赫兹时域光谱系统的进一步发展。为了突破太赫兹时域光谱系统的局限性,设计了一种将太赫兹泵浦区、探测区和传输波导集成到一个硅片上的太赫兹片上系统,该系统不仅能够解决上述系统的局限性,还能够省去样品测量前的光路准直环节,使样品的测量过程更加简便,同时集成化的系统也很大程度上提高了太赫兹波传输的稳定性。在太赫兹片上系统中,泵浦区和探测区的光电导天线是由低温砷化镓和金属电极制成,由于受到太赫兹片上系统的高度集成化和低温砷化镓晶体生长条件的限制,如何制备出低温砷化镓半导体薄膜衬底,并将其转移与键合,是太赫兹片上系统研制过程中的关键环节。首先利用分子束外延（MBE）技术制备出由半绝缘砷化镓、砷化镓缓冲层、砷化铝牺牲层和低温砷化镓层构成的外延片,然后利用盐酸溶液与砷化铝和低温砷化镓反应速度差别较大的原理,将200 nm厚的AlAs牺牲层腐蚀掉,从而得到2 μm厚的低温砷化镓薄膜。为了更加高效并且完整地得到低温砷化镓薄膜,研究了盐酸溶液在不同温度和不同浓度下与AlAs牺牲层的选择性腐蚀速率的关系。给出了低温砷化镓薄膜制备过程中盐酸的最佳体积比浓度和最佳温度,即在73 ℃下13.57%的盐酸溶液中进行砷化铝牺牲层的腐蚀。相比于已有工艺,这种腐蚀方法对实验设备的要求较低并且具有较高的安全性。最后,将单层低温砷化镓薄膜转移键合至硅片上,并制成光电导天线的结构。利用飞秒激光脉冲进行激发探测到太赫兹信号。由此说明,低温砷化镓薄膜的获取、转移与键合工艺能够满足芯片级太赫兹系统的制作要求,这为太赫兹片上系统的进一步研制打下了坚实的基础。     

液态锂在铜的微通道中的流动行为

本文采用分子动力学方法模拟了液态锂在铜的微通道内的流动行为. 通过构建铜(111), (100)和(110)晶面的微通道内壁, 研究了液态锂在流固界面上的微观结构以及在铜微通道中的流动速度分布情况, 并探讨了微通道尺寸对液态锂流动行为的影响. 研究结果表明铜微通道内的液态锂在靠近铜固体壁附近区域呈有序的层状结构分布, 并受铜内壁晶面微观结构的影响. 铜(111)和(100)面内壁附近的液态锂有序层分布结构更明显. 外驱力作用下的液态锂在微通道内的流动速度呈抛物线分布, 流固界面和流动方向对液态锂的流动速度都会产生影响. 液态锂在铜(111)面内壁上流动的速度最大, 且出现了速度滑移; 在铜(110)面内壁上流动速度最小. 通过对不同尺寸的微通道内液态锂流动行为的研究, 发现流动速度的大小随着微通道尺寸的增加而增大, 且最大速度与微通道尺寸呈二次函数关系, 与有关理论计算结果符合得很好.     

InP中深能级缺陷的产生与抑制现象

研究了原生和高温退火处理后非掺n型和半绝缘InP单晶材料中产生的缺陷.在磷气氛下退火后，n型和半绝缘InP单晶中均明显产生相当数量的深能级缺陷，而在磷化铁气氛下退火后，InP的缺陷数量明显减少.在退火过程中缺陷的产生与磷和铁的内扩散有直接关系.向内扩散的磷原子和铁原子占据晶格中铟位后，分别产生反位缺陷和铁深受主.实验结果表明，铁通过扩散充分占据了铟位，抑制了铟空位、磷反位等缺陷的形成，而磷气氛下退火后产生的缺陷有铟空位、磷反位等.对InP中的缺陷属性进行了分析. 关键词： 磷化铟 退火 缺陷     

太赫兹片上系统中低温砷化镓薄膜光电导天线的研究（英文）

太赫兹时域光谱技术是一种在太赫兹频段内,广泛应用的光谱测量技术。这种技术可以用于许多物质的频谱分析,对于研究化学、半导体与生物分子等领域有着无可比拟的作用。然而用该系统进行样品探测时,受回波的影响频谱分辨率较低;受太赫兹波光斑大小以及待测样品与电磁波相互作用距离长短的影响,样品消耗量较多,并且整个系统的占用空间较大,这些局限性都限制了太赫兹时域光谱系统的进一步发展。为了突破太赫兹时域光谱系统的局限性,设计了一种将太赫兹泵浦区、探测区和传输波导集成到一个硅片上的太赫兹片上系统,该系统不仅能够解决上述系统的局限性,还能够省去样品测量前的光路准直环节,使样品的测量过程更加简便,同时集成化的系统也很大程度上提高了太赫兹波传输的稳定性。在太赫兹片上系统中,泵浦区和探测区的光电导天线是由低温砷化镓和金属电极制成,由于受到太赫兹片上系统的高度集成化和低温砷化镓晶体生长条件的限制,如何制备出低温砷化镓半导体薄膜衬底,并将其转移与键合,是太赫兹片上系统研制过程中的关键环节。首先利用分子束外延(MBE)技术制备出由半绝缘砷化镓、砷化镓缓冲层、砷化铝牺牲层和低温砷化镓层构成的外延片,然后利用盐酸溶液与砷化铝和低温砷化镓反应速度差别较大的原理,将200 nm厚的AlAs牺牲层腐蚀掉,从而得到2μm厚的低温砷化镓薄膜。为了更加高效并且完整地得到低温砷化镓薄膜,研究了盐酸溶液在不同温度和不同浓度下与AlAs牺牲层的选择性腐蚀速率的关系。给出了低温砷化镓薄膜制备过程中盐酸的最佳体积比浓度和最佳温度,即在73℃下13.57%的盐酸溶液中进行砷化铝牺牲层的腐蚀。相比于已有工艺,这种腐蚀方法对实验设备的要求较低并且具有较高的安全性。最后,将单层低温砷化镓薄膜转移键合至硅片上,并制成光电导天线的结构。利用飞秒激光脉冲进行激发探测到太赫兹信号。由此说明,低温砷化镓薄膜的获取、转移与键合工艺能够满足芯片级太赫兹系统的制作要求,这为太赫兹片上系统的进一步研制打下了坚实的基础。     

不同加载条件下位错和溶质原子交互作用的数值模拟

动态应变时效,即位错和溶质原子的动态交互作用,对合金材料的力学性质产生重要影响. 本文基于蒙特卡罗方法,建立了“多位错-溶质原子” 二维动力学模型,分别模拟了单位错-恒定应力率、多位错-无应力、多位错-恒定应力和多位错-恒定应力率四种条件下位错和溶质原子的演化过程. 单位错-恒定应力率情况下,低应力率时位错被溶质原子钉扎而无法脱钉,高应力率时位错未被钉扎而一直运动,只有在适当应力率范围内,位错才呈现出反复的钉扎和脱钉;多位错-无应力时,溶质原子向正/负位错的下/上方偏聚;多位错-恒定应力时,位错运动受溶质原子钉扎的影响随应力增大而减小;多位错-恒定应力率时,集群化的钉扎和脱钉过程导致了位错总位移呈现阶梯状的演化. 模拟结果表明：“位错-溶质原子”尺度上呈现了动态应变时效微观过程,与其理论描述相一致. 关键词： 动态应变时效 动力学模型 位错运动     

The effect of size on dislocation cell formation and strain hardening in aluminium

The formation of dislocation cells has a significant impact on the strain hardening behaviour of metals. Dislocation cells can form in metals with a characteristic size defined by three-dimensional tangles of dislocations that serve as “walls” and less dense internal regions. It has been proposed that inhibiting the formation of dislocation cells could improve the strain hardening behaviour of metals such as Al. Here we employ in situ scanning electron microscope compression testing of pure Al single crystal pillars with physical dimensions larger, close to and smaller than the reported cell size in Al, respectively, to investigate the possible size effect on the formation of dislocation cell and the consequent change of mechanical properties. We observed that the formation of dislocation cells is inhibited as the pillar size decreases to a critical value and simultaneously both the strength and the strain hardening behaviour become strongly enhanced. This phenomenon is discussed in terms of the effect of dimensional restriction on the formation of dislocation cells. The reported mechanism could be applied in polycrystalline Al where the tunable physical dimension could be grain size instead of sample size, providing insight into Al alloy design.     

Dynamics of threading dislocations in porous heteroepitaxial GaN films

Behavior of threading dislocations in porous heteroepitaxial gallium nitride (GaN) films has been studied using computer simulation by the two-dimensional discrete dislocation dynamics approach. A computational scheme, where pores are modeled as cross sections of cylindrical cavities, elastically interacting with unidirectional parallel edge dislocations, which imitate threading dislocations, is used. Time dependences of coordinates and velocities of each dislocation from dislocation ensembles under investigation are obtained. Visualization of current structure of dislocation ensemble is performed in the form of a location map of dislocations at any time. It has been shown that the density of appearing dislocation structures significantly depends on the ratio of area of a pore cross section to area of the simulation region. In particular, increasing the portion of pores surface on the layer surface up to 2% should lead to about a 1.5-times decrease of the final density of threading dislocations, and increase of this portion up to 15% should lead to approximately a 4.5-times decrease of it.     

Triple-period partial misfit dislocations at the InN/GaN (0001) interface: A new dislocation core structure for III-N materials

The lattice-misfit InN/GaN (0001) interface supports a triangular network of α-core 90° partial misfit dislocations. These misfit dislocations provide excellent strain relief. However, in their unreconstructed form the dislocation contains numerous high-energy N dangling bonds, which must be eliminated by reconstructing the dislocation core. Existing single-period (SP) and double-period (DP) dislocation reconstruction models eliminate these dangling bonds via a like-atom dimerization, such as N-N dimers. However, we show that these N–N dimers are unstable for the III-N materials, so an entirely new reconstruction mechanism is needed. A “triple-period” (TP) structural model is developed which eliminates N dangling bonds via the formation of N vacancies instead of N-N dimers. The model contains no N–N (or III–III) bonds, fully bonds all N atoms to four group-III neighboring atoms, and satisfies the “electron counting rule” by transferring charge from In dangling bonds to Ga dangling bonds.     

单晶硅片中的位错在快速热处理过程中的滑移

研究了单晶硅片中维氏压痕诱生的位错在不同气氛下高温快速热处理中的滑移行为.研究表明: 在快速热处理时, 位错在压痕残余应力的弛豫过程中能发生快速滑移; 当快速热处理温度高于1100℃时, 在氮气氛下处理的硅片比在氩气氛下处理的硅片有更小的位错滑移距离. 我们认为这是由于氮气氛下的高温快速热处理在压痕处注入的氮原子钉扎了位错, 增加了位错的临界滑移应力, 从而在相当程度上抑制了位错的滑移. 可以推断氮气氛下的高温快速热处理注入的氮原子增强了硅片的机械强度. 关键词： 快速热处理 位错滑移 机械性能 单晶硅     

Evolution of Distribution of Dislocations in Ni3Ge Single Crystals During Deformation

The evolution of the distribution of dislocations in Ni₃Ge single crystals subjected to deformation in uniaxial compression is studied. The dislocation ensemble in the material under review is found to be of a chaotic homogeneous type. Contact interactions between dislocations prevail, and a linear relation of the spacing between dislocations to the length of dislocation segments is observed for stoppers of an arbitrary type. An equation is derived for the probability density function of the fraction of mobile dislocation segments. The solution to the equation is the normal distribution law. This solution can be extended to parameters that are functions of the dislocation density or spacing between dislocations. The experimental histograms of the spacing between dislocations and of that between arbitrary stoppers with a high significance level obey the lognormal law for all degrees of reduction studied.     

Specific features in the generation and motion of dislocations in heat-treated silicon wafers

The specific features in the generation and motion of dislocations in silicon single-crystal wafers after different heat treatments are investigated by the four-point bending technique. It is demonstrated that annealing of silicon single-crystal wafers at a temperature of 450°C leads to their substantial hardening as compared to the postgrowth state. The oxygen-containing precipitates and precipitate dislocation pileups formed in the silicon wafer bulk during multistage heat treatment are efficient heterogeneous nucleation sites of dislocations under the action of thermal or mechanical stresses. It is found that the multistage heat treatment of the silicon wafers under conditions providing the formation of an internal getter within their bulk results in considerable disordering of the wafer structure. The inference is made that the formation of the defect state in the crystal lattice of silicon and the strength characteristics of silicon wafers substantially depend on the temperature-time schedules of the low-temperature stage of multistage heat treatment.     

Geometrically necessary dislocations in FCC polycrystalline metallic materials on the mesoscale

The dislocation structure of deformed copper alloys doped with Mn and Al was determined by selected area diffraction (SAD), performed using a transmission electron microscope. The scalar dislocation density, the density of geometrically necessary dislocations, and the density of statistically stored dislocations were measured. Special attention was given to the size of grains. The effect of size on the accumulation of geometrically necessary dislocations was studied.