基于偏置纳米线的石墨烯表面等离激元调制器

开发高性能的电光调制器对于构建片上光子回路非常重要.鉴于纳米线结构具备独特的电场横向束缚特点,设计一种基于纳米线的混合表面等离激元波导电光调制器,该调制器由偏置双硅纳米线、双石墨烯层以及置于双石墨烯层之间的银纳米线构成.利用二维时域有限差分算法计算分析结构参数对器件调制性能的影响.模拟结果表明,所设计的调制器在1550 nm的工作波长下可以实现较为出色的调制性能,其3 dB调制带宽高达250 GHz,调制深度和功耗分别高于0.15 dB/μm和低于11.5 fJ/bit,该调制器可为新一代高性能集成电光调制器的开发提供设计思路.     

外部光注入的光泵浦自旋垂直腔表面发射激光器中的两个混沌偏振分量对两个复杂形状目标中的多区域精确测距

基于外部光注入的光泵浦自旋垂直腔表面发射激光器(vertical cavity surface-emitting laser,VCSEL)的两个混沌偏振分量,提出了对两个复杂形状目标中的多区域精确测距方案.这里,两个混沌偏振探测波具有飞秒量级快速动态并且被双极性sinc波形调制,使它们具有时空不相关特性.利用这些特性,通过计算多束延时反馈混沌偏振探测波形和与之相对应的参考波形的相关性,实现了对两个复杂形状目标多区域位置矢量精确测量.研究结果表明,对多区域小目标的测距具有非常低的相对误差(低于0.94%).当光电探测器的带宽足够大时,其测距的分辨率达到0.4 mm,并具有很强的抗噪声能力.本文的研究结果在复杂形状目标的精确测距方面具有潜在应用.     

简单结构超表面实现波长和偏振态同时复用全息显示新方法

本文基于衍射光学设计理论,提出了仅用一种简单结构实现波长和偏振态同时复用全息显示新方法.构建了不同入射条件下超表面微元的结构参数与透过相位之间的映射关系,建立了科学的评价函数,优化得到超表面每个像素点处最优的单一结构超表面微元尺寸.仿真结果表明,本文设计的超表面实现了波长为532 nm的x线偏振光和波长为633 nm的y线偏振光入射显示不同形状字符的功能.     

基于表面改性的锂电池热质传递及热稳定性

电极材料表面结构改性对锂电池电化学性能、热质传递性能和热安全性的提高具有重要意义。本文通过对锂电池正极材料进行表面改性,实现电池内部热质传递性能及热稳定性的提高,并对电池电化学性能及热安全性进行改进。本文采用氟化物、氧化物和含锂复合物对富镍三元正极材料(NMC811)进行表面改性,并对其微观形貌及结构、电化学性能、导热系数、离子扩散系数和热稳定性进行分析。结果表明表面改性能够有效提高电池内部热质传递及热安全性能。     

超疏水表面液滴的振动特性及其与液滴体积的关系

超疏水表面液滴的振动特性与接触线的移动、液滴体积、基底振幅等因素密切相关.本文在基底振幅较小且恒定的条件下,研究了超疏水表面液滴的共振振幅、模式区间、共振频率等振动特性及其与液滴体积(20—500μL)的关系.此外,将基于一般性疏水表面建立的Noblin共振频率计算模型应用于超疏水表面,并提出“虚驻点”的概念,借此对模型进行了误差分析和修正.研究表明:1)共振时,液滴高度变化率即比振幅随体积增大而增大,随阶数增大而减小;2)各模式区间的起止频率首尾相接,其范围随体积增大而减小;3)液滴体积越大,共振频率越小,随着阶数增大,共振频率f与体积V的关系趋于f-V^–0.4,不同于一般性疏水表面上的f-V^–0.5;4)直接应用Noblin模型计算共振频率会产生较大误差,主要原因在于液滴表面波波段数量统计存在较大偏差,而修正后的模型可以准确计算超疏水表面大体积液滴的共振频率.     

气体团簇离子束两步能量修形法的平坦化效应

本文提出采用气体团簇离子束的两步能量修形法来改善4H-SiC(1000)晶片表面形貌.先用15 keV的高能Ar团簇离子进行整体修形,再用5 keV的低能团簇离子优化表面.结果表明,在相同的团簇离子剂量下,与单一15 keV的高能团簇处理相比,两步法修形后的表面具有更低的均方根粗糙度,两者分别为1.05 nm和0.78 nm.本文还以原子级平坦表面为研究对象,揭示了载能团簇引起的半球形离子损伤(弧坑)与团簇能量的关系,及两步能量修形法在弧坑修复中的优势.在原子力显微镜表征的基础上,引入了二维功率谱密度函数,以直观全面地给出材料的表面形貌特征及其随波长(频率)的分布.结果表明,经任何能量的团簇离子轰击的表面,在0.05—0.20μm波长范围内,团簇轰击都能有效地降低粗糙度,而在0.02—0.05μm范围内,则出现了粗化效应,这是由于形成了半球形离子损伤,但第二步更低能量的团簇离子处理可以削弱这种粗化效应.     

绿色环保化学机械抛光液的研究进展

原子级加工制造是实现半导体晶圆原子尺度超光滑表面的有效途径.作为大尺寸高精密功能材料的原子级表面制造的重要加工手段之一,化学机械抛光(chemical mechanical polishing,CMP)凭借化学腐蚀和机械磨削的耦合协同作用,成为实现先进材料或器件超光滑无损伤表面平坦化加工的关键技术,在航空、航天、微电子等众多领域得到了广泛应用.然而,为了实现原子层级超滑表面的制备,CMP工艺中常采用的化学腐蚀和机械磨削方法需要使用具有强烈腐蚀性和高毒性的危险化学品,对生态系统产生了不可逆转的危害.因此,本文以绿色环保高性能抛光液作为对象,对加工原子量级表面所采用的化学添加剂进行分类总结,详尽分析在CMP过程中化学添加剂对材料表面性质调制的作用机理,为在原子级尺度下改善表面性质提供可参考的依据.最后,提出了CMP抛光液在原子级加工研究中面临的挑战,并对未来抛光液发展方向作出了展望,这对原子尺度表面精度的进一步提升具有深远的现实意义.     

面向单晶SiC原子级表面制造的等离子体辅助抛光技术

目前Si基半导体由于其自身材料特性的限制,已经越来越难以满足高速发展的现代电力电子技术对半导体器件的性能要求.SiC作为新一代半导体材料具有显著的性能优势,但由于其属于典型的难加工材料,实现SiC晶圆的高质量与高效率加工成为了推动其产业化应用进程的关键.本综述在回顾近年来SiC超精密加工技术研究进展的基础上,重点介绍了一种基于等离子体氧化改性的SiC高效超精密抛光技术,分析了该技术的材料去除机理、典型装置、改性过程及抛光效果.分析结果表明,该技术具有较高的去除效率,能够获得原子级平坦表面,并且不会产生亚表面损伤.同时针对表面改性辅助抛光技术加工SiC表面过程中出现的台阶现象,探讨了该台阶结构的产生机理及调控策略.最后对等离子体辅助抛光技术的发展与挑战进行了展望.     

硝化甘油在α-Al_2O_3(0001)和γ-Al_2O_3(110)表面吸附的理论计算

选取硝化甘油(NG)和氧化铝(Al_2O_3)分别作为推进剂中的含能增塑剂和燃料表面的模型,研究了含硝酸酯类增塑剂与推进剂中燃烧剂表面的微观作用机理.采用基于密度泛函理论的第一性原理方法和全电子双数值基组研究了NG在α-Al_2O_3(0001)和γ-Al_2O_3(110)表面的吸附作用.计算结果表明,NG可以在α-Al_2O_3(0001)和γ-Al_2O_3(110)表面发生强烈化学吸附;吸附导致相应的O—NO_2键被明显拉长并断裂,无能垒自发产生NO_2自由基,该解离过程放出大量的热,吸附能高达约175.7 kJ/mol;NG在完全羟基化的α-Al_2O_3(0001)和γ-Al_2O_3(110)表面上的吸附明显减弱,从强烈的化学吸附转变成以氢键作用为主的物理吸附,吸附能只有约50.0 kJ/mol;而在部分羟基化的α-Al_2O_3(0001)和γ-Al_2O_3(110)表面上可以同时发生物理吸附和化学吸附,且两种机制并不存在明显的协同或催化作用.     

PDMS-Au复合基底上多环芳烃分子的表面增强拉曼光谱

利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)对有机物的富集功能,通过在金纳米粒子单层膜(Au MLF)表面旋涂薄层PDMS膜制备PDMS-Au MLF复合表面增强拉曼光谱(SERS)基底.研究了SERS增强性能与旋涂液浓度及稀释溶剂间的关系,考察了复合基底增强活性的均匀性.研究发现,采用叔丁醇为稀释溶剂,浓度为2%(质量分数)的旋涂液时所得复合基底表面多环芳烃(PAHs)的SERS信号强度最高,且此基底SERS信号强度偏差小于10%.分别以PDMS-Au MLF复合材料和Au MLF作为基底,对比研究了对萘、蒽、菲和芘4种多环芳烃的SERS检测能力.结果表明,PDMS-Au MLF复合基底对以上4种有机物的检出限分别为10~(-6),10~(-7),10~(-8)及10~(-7)mol/L,相比于单一Au MLF基底,其检测限至少降低了1个数量级,这主要源自于PDMS对PAHs的富集作用,且此类复合基底可用于多种多环芳烃混合物的特征识别.