AlN/InN和AlN/GaN超晶格能带结构研究

利用Krönig-Penney 模型和形变势理论,从理论上探讨了纤锌矿型AlN/InN和AlN/GaN超晶格系统的能带结构及不同应变模式对能带结构的影响,计算得到了能带结构随各亚层参量变化的一般性规律、超晶格的能量色散关系、应变造成的影响以及不同亚层厚度的系统禁带宽度和导带第一子禁带宽度.研究发现,通过改变亚层厚度可以从不同形式设计能带结构,应变会改变系统禁带宽度,使带阶和子能带明显窄化,价带结构趋于复杂甚至生成准能带结构.与实验结果对比后发现,该模型适于模拟窄势阱结构超晶格,而对于宽势阱则必须 关键词： AlN/InN和AlN/GaN超晶格 Krönig-Penney模型 应变 子能带     

Optical and structural investigation of a-plane GaN layers on r-plane sapphire with nucleation layer optimization

Nonpolar a-plane GaN epilayers are grown on several r-plane sapphire substrates by metal organic chemical vapour deposition using different nucleation layers:(A) a GaN nucleation layer deposited at low temperature(LT);(B) an AlN nucleation layer deposited at high temperature;or(C) an LT thin AlN nucleation layer with an AlN layer and an AlN/AlGaN superlattice both subsequently deposited at high temperature.The samples have been characterized by Xray diffraction(XRD),atomic force microscopy and photoluminescence.The GaN layers grown using nucleation layers B and C show narrower XRD rocking curves than that using nucleation layer A,indicating a reduction in crystal defect density.Furthermore,the GaN layer grown using nucleation layer C exhibits a surface morphology with triangular defect pits eliminated completely.The improved optical property,corresponding to the enhanced crystal quality,is also confirmed by temperature-dependent and excitation power-dependent photoluminescence measurements.     

基于AlN声表面波滤波传感器器件的有限元仿真

声表面波器件是一种利用压电材料的压电效应与逆压电效应工作电子器件, 文章首先详细描述了声表面波器件的设计与仿真过程,运用有限元分析的方法分别计算了利用声表面波的 SAW 器件与利用体波的 BAW 器件的性能与各项参数,对相关的器件进行了计算分析,分别用上述方法研究了基于 AlN 薄膜的声表面波器件和悬臂梁结构的体波器件,推导得出了器件的电学导纳与频率之间的关系, 通过分析器件的导纳-频率曲线,推导出器件内部声波的模式以及合适的工作频率,最终得出在 IDT 周期为 8 微米的情况下,SAW 器件的理想工作频率是 0.7-1.95GHz,BAW 器件的理想工作频率在 0.6-3.2GHz 的结果。     

高压下Ti_2AlX(X=C,N)的结构、力学性能及热力学性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算研究了压力对Ti_2AlC与Ti_2AlN结构、力学性能的影响.研究发现压力的增大会使体系的体积比降低,Ti_2AlC压缩性较Ti_2AlN好.力学性能研究发现,压力的增大使材料抵抗变形能力增强,体系的延展性有了很大的提升,当压力超过40 GPa后,Ti_2AlC与Ti_2AlN从脆性材料转变为延性材料,体模量与剪切模量的比值达到1.75,延展性有了很大的提升.通过准谐德拜模型,分析了压力与温度对Ti_2AlC与Ti_2AlN体模量、热容及热膨胀系数的影响.结果表明,随着温度的升高,Ti_2AlN与Ti_2AlC的体模量下降.定容热容与定压热容的变化趋势相同,但在高温下,定容热容遵循Dulong-Petit极限,温度对热容的影响效果较压力明显.温度与压力对Ti_2AlN与Ti_2AlC线膨胀系数的影响主要发生在低温区域.     

溅射Al对AlN的“润湿”与钎焊

由于润湿性不佳, 难以实现金属钎料对陶瓷的无过渡层直接钎焊, 本文在研究了溅射Al薄膜对AlN的“润湿”作用的基础上, 通过磁控溅射的方法在AlN表面沉积Al基薄膜作为钎料, 在真空条件下对AlN陶瓷进行了直接钎焊. 采用高景深光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线能量分散谱表征了钎焊接头和剪切断口的组织及形貌. 结果表明, 高能量溅射Al粒子对AlN的撞击可以形成只有850 ℃以上高温才可获得的Al-N化学键, 实现Al对AlN的“润湿”, 使Al基薄膜钎料能够在较低的温度(≥ 510 ℃)对AlN直接钎焊. 此方法获得的Al/AlN接头的剪切强度达到104 MPa, 含3.8 at.% Cu的Al合金钎料接头强度可进一步提高到165 MPa, 它们的剪切断裂都产生于钎缝金属之中; 增加钎料中的Cu含量至9.1 at.%后, Cu在钎缝与陶瓷界面的偏聚使接头的剪切强度降低为95 MPa. Al-20 at.% Ge合金可以将钎焊温度降低至510 ℃, 但Ge在钎缝与陶瓷界面的偏聚使接头在48 MPa发生断裂.     

N空位对Cu掺杂AlN电磁性质的影响的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法研究了N空位对Cu掺杂AlN的电子结构和磁学性质的影响。结果表明,与Cu最近邻的N原子更易失去形成N空位。N空位的引入减小了Cu掺杂AlN体系的半金属能隙;减弱了Cu及其近邻N原子的自旋极化的强度以及Cu3d与N2p轨道间的杂化,因而减小了体系的半金属铁磁性。因此,制备Cu掺杂AlN稀磁半导体时应尽可能地避免产生N空位。     

Effect of high-temperature buffer thickness on quality of AlN epilayer grown on sapphire substrate by metalorganic chemical vapor deposition

The effect of an initially grown high-temperature AlN buffer (HT-AlN) layer's thickness on the quality of an AlN epilayer grown on sapphire substrate by metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) in a two-step growth process is investigated. The characteristics of AlN epilayers are analyzed by using triple-axis crystal X-ray diffraction (XRD) and atomic force microscopy (AFM). It is shown that the crystal quality of the AlN epilayer is closely related to its correlation length. The correlation length is determined by the thickness of the initially grown HT-AlN buffer layer. We find that the optimal HT-AlN buffer thickness for obtaining a high-quality AlN epilayer grown on sapphire substrate is about 20 nm.     

Electron mobility in the linear region of an AlGaN/AlN/GaN heterostructure field-effect transistor

We simulate the current-voltage （I-V） characteristics of AlGaN/AlN/GaN heterostructure field-effect transistors （HFETs） with different gate lengths using the quasi-two-dimensional （quasi-2D） model. The calculation results obtained using the modified mobility model are found to accord well with the experimental data. By analyzing the variation of the electron mobility for the two-dimensional electron gas （213EG） with the electric field in the linear region of the AlGaN/AlN/GaN HFET I-V output characteristics, it is found that the polarization Coulomb field scattering still plays an important role in the electron mobility of AlGaN/AlN/GaN HFETs at the higher drain voltage and channel electric field. As drain voltage and channel electric field increase, the 2DEG density reduces and the polarization Coulomb field scattering increases, as a result, the 2DEG electron mobility decreases.     

Cr掺杂浓度对AlN半金属性影响的第一性原理研究

本文基于密度泛函理论的第一性原理方法, 在广义梯度近似(GGA)下计算了掺杂过渡金属Cr原子后AlN晶体自旋极化的能带结构、分态密度等性质. 结果表明, 半金属能隙随着掺杂浓度的增大而减小. 文中以掺杂浓度为12.5%的Cr-AlN(2×2×1)为例, 分析了其自旋极化的能带结构、分态密度和磁矩等性质, 发现Cr-3d电子对自旋向下子带导带底的能量位置起决定作用. 随着掺杂浓度的增大, Cr原子间相互作用增强, Cr-3d能带向两边展宽, 导致自旋向下子带导带底的能量位置下降, 从而半金属能隙变窄.     

MgO(111)上NbN和AlN薄膜的生长研究

在制备NbN/AlN/NbN隧道结的工艺过程中,为了获得具有优质单晶结构的NbN薄膜,我们在MgO(111)基片上探索了直流溅射法制备NbN薄膜的生长工艺条件,XRD研究分析表明,我们获得了单晶结构良好的NbN薄膜;为了支持作为上电极的NbN薄膜的生长,也需要良好的AlN薄膜用作势垒层,我们采用射频磁控溅射设备和纯净的Al靶对AlN薄膜进行了制备研究.实验结果表明,所获得的AlN薄膜具有六方c-轴取向,并讨论了衬底和薄膜界面处可能的结构情况.