刻蚀AlN缓冲层对硅衬底N极性n-GaN表面粗化的影响

研究了等离子体刻蚀AlN缓冲层对硅衬底N极性n-GaN表面粗化行为的影响. 实验结果表明, 表面AlN缓冲层的状态对N极性n-GaN的粗化行为影响很大, 采用等离子体刻蚀去除一部分表面AlN缓冲层即可以有效提高N极性n-GaN在KOH溶液中的粗化效果, AlN缓冲层未经任何刻蚀处理的样品粗化速度过慢, 被刻蚀完全去除AlN缓冲层的样品容易出现粗化过头的现象. 经X射线光电子能谱分析可知, 等离子体刻蚀能够提高样品表面AlN缓冲层Al 2p的电子结合能, 使得样品表面费米能级向导带底靠近, 原子含量测试表明样品表面产生了大量的N空位, N空位提供电子, 使得材料表面费米能级升高, 这降低了KOH溶液和样品表面之间的肖特基势垒, 从而有利于表面粗化的进行. 通过等离子体刻蚀掉表面部分AlN缓冲层, 改善了N极性n-GaN在KOH溶液中的粗化效果, 明显提升了对应发光二级管器件的出光功率.     

利用MOCVD在r面蓝宝石上生长的α面GaN中两步AlN缓冲层的优化

采用两步AlN缓冲层(一层低温AlN和一层高温AlN)在r面蓝宝石衬底上生长了非极性的α面GaN,并利用高分辨X射线衍射和光致荧光谱对所生长的材料进行了研究.两步AIN缓冲层在我们之前的工作中已被证明比单步高温AlN或低温GaN缓冲层更有利于减小材料各向异性和提高晶体质量,本文进一步优化了两步AlN缓冲层的结构,并得到...     

硅衬底GaN基LED N极性n型欧姆接触研究

在Si衬底GaN基垂直结构LED的N极性n型面上,利用电子束蒸发的方法制作了Ti/Al电极,通过了I-V曲线研究了有无AlN缓冲层对这种芯片欧姆接触的影响.结果显示,去除AlN缓冲层后的N极性n型面与Ti/Al电极在500到600 ℃范围内退火才能形成欧姆接触.而保留AlN缓冲层的N极性n型面与Ti/Al电极未退火时就表现为较好的欧姆接触,比接触电阻率为2×10^-5 Ω·cm²,即使退火温度升高至600 ℃,也始终保持着欧姆接触特性.因此,AlN缓冲层的存在是Si衬底GaN基垂直结构LED获得高热稳定性n型欧姆接触的关键. 关键词： 硅衬底 N极性 AlN缓冲层 欧姆接触     

GaAs(111)衬底上生长的GaN的极性与生长方法和生长条件的关系

研究了在GaAs(111)衬底上生长的六角相GaN的极性的相关关系.在高Ⅴ/Ⅲ比的条件下用MOVPE和MOMBE方法生长的GaN的极性和GaAs衬底的极性一致;在(111)A-Ga表面上的生长层呈现Ga的极性,而在(111)B-As表面上的生长层呈现N的极性.然而,在低的Ⅴ/Ⅲ比,或采用一个AIN中间层的条件下,用HVPE和MOMBE方法在GaAs(111)B表面上生长的GaN呈现出Ga的极性.目前,其原因尚不清楚,但是这些结果表明采用HVPE生长方法或用一高温AlN阻挡层可以得到高质量的GaN.     

分子动力学模拟研究方解石表面润湿性反转机理

利用分子动力学模拟技术从分子尺度探究方解石表面润湿性反转机理.首先,研究方解石表面润湿性反转过程;而后,从原油分子-方解石表面与原油分子-原油分子/水分子相互作用两个方面系统揭示方解石表面润湿性反转机理.结果:(1)水分子能够驱离方解石表面弱吸附的非极性分子造成润湿性的改变,但不能驱离强吸附的极性分子使润湿性反转难以实现;(2)原油分子极性越强与方解石表面相互作用越强,极性分子与方解石表面之间主要为静电力,非极性分子与方解石表面之间主要为范德华力;(3)原油分子极性越相近分子之间的相互作用越强,分子极性相差越大分子之间的相互作用越弱.非极性分子之间主要是范德华力,极性分子之间主要是静电力;(4)原油分子在方解石表面和水分子的共同作用下形成乙酸-吡啶-水-甲苯-己烷的稳定吸附序列.本研究为靶向提高采收率技术的设计与应用提供理论基础.     

利用MOCVD在r面蓝宝石上生长的α面GaN中两步AlN缓冲层的优化

采用两步AlN缓冲层(一层低温AlN和一层高温AlN)在r面蓝宝石衬底上生长了非极性的α面GaN,并利用高分辨X射线衍射和光致荧光谱对所生长的材料进行了研究.两步AIN缓冲层在我们之前的工作中已被证明比单步高温AlN或低温GaN缓冲层更有利于减小材料各向异性和提高晶体质量,本文进一步优化了两步AlN缓冲层的结构,并得到了各向异性更小,晶体质量更好的α面GaN薄膜.分析表明,两步AlN缓冲层中的低温AlN层在减小各向异性中起着关键作用.低温AlN层能抑制了优势方向(c轴)的原子迁移,有利于劣势方向(m轴)的原子迁移,从而减小了Al原子在不同方向迁移能力的差异,并为其后的高温AlN缓冲层和GaN层提供"生长模板",以得到各向异性更小、晶体质量更好的α面GaN材料.     

润滑膜全氟聚醚的稳定性

采用基于粗粒珠簧模型的分子动力学模拟方法，考察了非极性和极性全氟聚醚(perfluoropolyether， PFPE)膜在固体表面的稳定性. 随着时间推移，非极性PFPE膜的表面形貌没有明显变化，呈现稳定的状态；而强极性PFPE膜的部分润滑分子发生局域集聚，使润滑膜的表面粗糙度随时间而增大，呈现不稳定的状态. 通过比较具有不同极性端基PFPE润滑膜的表面形貌变化，结果发现：极性端基与极性端基的作用是导致润滑膜不稳定的根本原因，极性端基与固体表面的作用对润滑膜稳定性影响不大. 关键词： 全氟聚醚膜 分子动力学模拟 稳定性     

用MOVPE和RF-MBE方法极性控制生长GaN

本文报道了用低压MOVPE和RF-分子束外延法在蓝宝石衬底上作极性控制的GaN生长.以“双Al单层”模型讨论了用MOVPE和MBE法在蓝宝石衬底上生长GaN的极性选择的机理,并对AlN在极性转换过程中的作用给出了适当的解释.通过极性控制的生长,使MBE法生长的GaN的表面形貌和电学特性都得到了改善;并对LP-MOVPE生长开发出了一种“三步生长法”,这样就可以用更多的外延方式在蓝宝石衬底上生长出高质量的GaN膜.     

退火重结晶制备AlN/C复合泡沫材料及其力学性能研究

为了得到一种轻质、高强度、耐烧灼的新型碳泡沫材料,以无定形AlN为添加剂,在空心微球/网络复合型碳泡沫的基础上,采用退火热处理工艺成功地制备出了AlN/C复合泡沫材料.通过扫描电镜、透射电镜对样品进行表征,测试结果表明无定形AlN在碳微球的表面重结晶为AlN晶须,其直径大约为50nm左右,长度10μm以上,具有较大的长径比.X-射线衍射峰证明样品石墨化程度高,且AlN晶须为六方结构.X-射线光电子能谱测试发现在287.5eV处有较明显的C-N峰出现,这表明AlN和碳泡沫在界面处通过C-N键结合.同时,对其力学性能进行测试,通过分析应力-应变测试结果,AlN/C复合泡沫材料的压缩强度为40.27MPa,相对碳泡沫材料而言提高了近一个数量级.测试结果表明,AlN晶须显著增强了碳泡沫的压缩强度,这种新型复合泡沫材料有望应用于各种抗压减震航空材料.     

预通三甲基铝对AlN薄膜的结构与应变的影响

采用有机金属化学气相沉积设备用两步生长法在(0001)蓝宝石衬底上制备AlN薄膜。研究了预通三甲基铝(TMAl)使衬底铝化对外延AlN的影响。利用高分辨X射线衍射(XRD)技术和扫描电子显微镜(SEM) 分析了样品的结晶质量以及外延膜中的残余应力。通过SEM观察发现,短时间的预通TMAl处理对AlN薄膜表面的影响不大;但随着预通时间的增加,表面会出现六角形的岛。通过优化TMAl的预通时间可以保护衬底被氮化有利于Al极性面AlN的生长,从而得到的Al极性面AlN表面比较平整;但是预通TMAl时间过长会使衬底表面沉积金属态铝而不容易形成平整的表面。X射线双晶摇摆曲线结果表明:样品的(0002)和(101 2)面的X射线双晶摇摆曲线的半峰宽随着预通TMAl时间的不断增加,由此得出薄膜的晶体质量不断下降。这可以解释为:预通TMAl使形成的晶核不再规则,从而在成核层形成了很多亚颗粒降低了晶体质量。进一步对XRD结果分析,我们也发现了这样的应力变化。这种应力的变化起源可以归结于内应力(岛的合并在其晶界引入的应力)与外应力(晶格失配与热失配引起的应力)共同作用的结果。     

X射线衍射方法研究取代酞菁卟啉分子的SA和LB膜

利用X射线衍射和STM方法研究了取代酞菁和卟啉分子的自组装膜(SAM)和LB膜的结构.研究表明这些分子在非极性的石墨表面以分子平面平行于基底平面的形式吸附,而在Si(111)及玻璃等极性表面上则以分子平面垂直于基底表面的形式吸附.这一实验结果表明在不同极性的表面上有机分子可以形成完全不同结构的薄膜.     

晶格匹配InAlN/GaN和InAlN/AlN/GaN材料二维电子气输运特性研究

文章研究了InAlN/GaN和引入AlN界面插入层形成的InAlN/AlN/GaN材料的输运性质. 样品均在蓝宝石上以脉冲金属有机物化学气相淀积法生长,霍尔迁移率变温特性具有典型的二维电子气(2DEG)特征. 综合各种散射机理包括声学形变势散射、压电散射、极性光学声子散射、位错散射、合金无序散射和界面粗糙度散射,理论分析了温度对迁移率的影响,发现室温下两种材料中2DEG支配性的散射机理都是极性光学波散射和界面粗糙度散射;AlN插入层对InAlN/GaN材料迁移率的改善作用一方面是免除2DEG的合金无序散射,另外还显著改善异质界面,抑制了界面粗糙度散射. 考虑到2DEG密度也是影响其迁移率的重要因素,结合实验数据给出了晶格匹配InAlN/GaN和InAlN/AlN/GaN材料的2DEG迁移率随电子密度变化的理论上限. 关键词： InAlN/GaN 二维电子气 迁移率     

AlN/β-Ga2O3异质结电子输运机制

β-Ga₂O₃具有禁带宽度大、击穿电场强的优点,在射频及功率器件领域具有广阔的应用前景.β-Ga₂O₃(201)晶面和AlN(0002)晶面较小的晶格失配和较大的导带阶表明二者具有结合为异质结并形成二维电子气(twodimensional electron gas,2DEG)的理论基础,引起了众多研究者关注.本文利用AlN的表面态假设,通过求解薛定谔-泊松方程组计算了AlN/β-Ga₂O₃异质结导带形状和2DEG面密度,并将结果应用于玻尔兹曼输运理论,计算了离化杂质散射、界面粗糙散射、声学形变势散射、极性光学声子散射等主要散射机制限制的迁移率,评估了不同散射机制的相对重要性.结果表明,2DEG面密度随AlN厚度的增加而增加,当AlN厚度为6 nm,2DEG面密度可达1.0×10¹³ cm^-2,室温迁移率为368.6 cm²/(V.s).在T<184 K的中低温区域,界面粗糙散射是限制2...     

蓝宝石衬底上RF-MBE生长的GaN中的极性控制和螺旋位错的降低

近年来人们报道了用MBE方法生长GaN的飞速进展,利用RF-MBE方法可以获得高的GAN生长速率和高的电子迁移率.本文讨论了用RF-MBE方法在蓝宝石衬底上生长GaN过程中的极性控制和螺旋位错的降低.在充分氮化的蓝宝石衬底上直接生长GaN,使GaN的极性控制为N-极性,并用高温生长的AlN核化层实现GaN的Ga-极性.对于N-和Ga-极性的GaN这两种情况,高温生长的AlN中间迭层的引入,可以有效地抑制螺旋位错的扩散.位错的降低使GaN的室温电子迁移率得到提高,对于Ga-极性的GaN,其值为332cm²/V·s;而对于N-极性的GaN,其值为688cm²/V·s.     

水驱油藏中原油极性物质对吸附和润湿性影响的分子模拟

为了研究水驱油藏中原油极性物质的吸附机理及其对油藏表面润湿性的影响,构建以石英为代表的砂岩岩石骨架模型,己烷为代表的非极性物质模型和以甲苯、胶质和沥青质为代表的极性物质模型,运用分子模拟方法研究4种原油组分和水分子在砂岩油藏表面竞争吸附过程和润湿状态。结果表明：水与4种原油组分在石英矿物表面竞争吸附时,原油中的非极性物质会比极性物质更加容易脱附。极性物质会随着时间的变化逐渐吸附在矿物表面,非极性的物质会随着时间变化逐渐远离矿物表面。吸附过程中静电力起吸附作用,范德华力起排斥作用。最后结合润湿性实验结果,从机理上解释了不同原油组成对润湿性的影响,即原油组分中极性物质含量越高,胶质沥青质含量越大,岩石表面油湿性越大,且水驱过程中润湿性向亲水方向变化越难。结论对提升水驱油藏采收率影响因素的认识有重要意义。     

金属有机物化学气相沉积生长的$lt;i$gt;a$lt;/i$gt;(1120)面GaN三角坑缺陷的消除研究

用金属有机物化学气相沉积方法在r面蓝宝石上生长了非极性a面GaN薄膜,通过采用AlGaN多量子阱插入层,得到了高质量的非极性GaN材料. 用原子力显微镜和高分辨X射线衍射仪研究了a面GaN的表面形貌和结晶质量,发现非极性材料上典型的三角坑缺陷被消除,（1120）面X射线双晶摇摆曲线的半峰宽为680″. 关键词： GaN 原子力显微镜 高分辨X射线衍射仪 非极性     

动力学研究AlN/α-Al2O3(0001)薄膜生长初期的吸附与扩散

采用基于第一性原理的从头计算分子动力学方法,计算了300-800℃下AlN吸附过程与系统能量、动力学轨迹以及扩散系数.研究表明,吸附过程由物理吸附、化学吸附和表面稳定态三个阶段组成,在吸附成键过程中,温度越高,粒子平均表面扩散能力增强.N原子的扩散系数大于Al原子的扩散系数,尤其是在物理吸附阶段.在较高温度条件下(大于700℃),N的解吸附作用明显增强,不利于AlN的稳定吸附生长,500-700℃之间的温度有利于AlN在α-Al2O3(0001)表面的稳定吸附生长.     

极性、半极性和非极性InN薄膜的MOCVD外延生长与表征

利用金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）技术,在不同晶面的蓝宝石（Al2O3）衬底上实现了极性（0002）面、半极性（11-22）面和非极性（11-20）面InN薄膜的外延生长,并通过多种表征手段对三个不同极性面InN薄膜的结构和光学特性进行了系统研究。X射线衍射（XRD）曲线展示了（0002）、（11-22）和（11-20）面InN较强的衍射峰,表明InN薄膜具有较高的成膜质量。通过扫描电子显微镜（SEM）表面图发现,极性（0002）面InN的表面形貌较光滑,而半极性和非极性InN表面均存在未完全合并的孔洞。光致发光（PL）光谱展示,不同极性面InN的峰值能量在0.63 eV附近,并从极性、半极性到非极性逐渐红移。此外,可见-红外分光光度计测得的透射谱显示,极性（0002）面InN的吸收边约为0.85 eV,而半极性（11-22）面和非极性（11-20）面InN的吸收边约为0.78 eV,表明极性InN具有更大的斯托克斯位移。     

金属有机物化学气相沉积生长的a(11-20)面GaN三角坑缺陷的消除研究

用金属有机物化学气相沉积方法在r面蓝宝石上生长了非极性a面GaN薄膜,通过采用AlGaN多量子阱插入层,得到了高质量的非极性GaN材料.用原子力显微镜和高分辨X射线衍射仪研究了a面GaN的表面形貌和结晶质量,发现非极性材料上典型的三角坑缺陷被消除,(11-20)面X射线双晶摇摆曲线的半峰宽为680″.     

ZnO 极性表面及其N原子吸附机理的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理赝势法计算了ZnO极性表面的几何结构和电子结构特性,对比分析了ZnO(0001)和ZnO(0001)表面结构弛豫、能带结构、电子态密度及N吸附ZnO极性表面的形成能情况.计算结果表明: 相对于ZnO(0001)表面,ZnO(0001)表面受结构弛豫影响更加明显,而ZnO(0001)表面完整性更好.相对于体相ZnO结构,ZnO(0001)表面的能带带隙变窄,同时价带顶附近能级非局域性增强使晶体表面的导电性能变得更好;而ZnO(0001)表面的能带带隙变宽,由于O^{-关键词： 密度泛函理论 第一性原理 ZnO极性表面 N吸附}