Chemical Composition Dependent Elastic Strain in AlGaN Epilayers

Systematic investigations are performed on a set of AlxGa1-xN/GaN heterostructures grown by metalorganie chemical vapor deposition on sapphire （0001）. The Al composition x is determined by Rutherford backseattering. By using high resolution x-ray diffraction and the channeling scan around an off-normal （1213） axis in {1010} plane of the AlGaN layer, the tetragonal distortion eT csused by the elastic strain in the epilayer is determined. The results show that eT in the high-quality AlGaN layers is dramatically influenced by the Al content.     

玻璃基底上平衡态液滴接触角特性

为了了解玻璃基底上平衡态液滴接触角特性,采用实验和理论相结合的方法分析了玻璃基底表面水滴平衡时应满足的热力学条件,得到了液滴汽-液界面形状以及平衡态接触角大小。分析发现,玻璃基底上平衡态液滴接触角是与三相接触线压力相关的热力学参数,当三相接触线曲率一定时,平衡态液滴接触角随三相接触线处压比的增加而增大.同时,考虑到固-液界面吸附特性,根据平衡态时系统亥姆霍兹自由能最小这一热力学判据可以预测出液滴平衡接触角大小,结果和实验值吻合。     

蒸汽滴状冷凝液滴表面温度分布及演化

利用红外热成像技术研究了蒸汽滴状冷凝中液滴合并过程表面温度分布及演化机制,并基于此分析了不同尺寸液滴表面温度随传热通量变化的分布规律。实验结果表明:与蒸汽在微小液滴表面发生连续冷凝不同,液滴合并过程中蒸汽通过四个阶段实现在大液滴表面的周期性冷凝传热;其中,在液滴吸收蒸汽冷凝放热阶段和向壁面传热阶段之间存在一个平衡,高热通量时,蒸汽向液滴表面传热过程占主导,液滴表面温度随尺寸增加而升高;低热通量时,液滴向冷凝壁面传热过程占主导,液滴表面温度随尺寸增加而降低。液滴运动引起的蒸汽在大液滴表面直接冷凝过程为强化低压蒸汽冷凝传热提供了新思路。     

水洗去除单乙醇胺气体和颗粒数值模拟

本文分两部分研究水洗对于单乙醇胺(MEA)的去除作用,一是吸收MEA气体,二是捕捉MEA液相颗粒,这两部分都从单一水滴的捕获机制开始,进而分析喷淋液滴群的吸收捕捉过程。模型计算结果表明,液滴粒径对于MEA气体吸收和颗粒捕获这两方面的影响是不同的,存在最佳的液滴粒径,使得联合脱除气体和颗粒的效率达到最高。喷淋初始速度对气体吸收和颗粒捕获过程的影响规律截然不同。在颗粒粒径0.5~10μm的范围内,颗粒越小越难脱除。     

Molecular dynamics simulations of the nano-droplet impact process on hydrophobic surfaces

Large-scale molecular dynamics simulations are used to study the dynamic processes of a nano-droplet impacting on hydrophobic surfaces at a microscopic level. Both the impact phenomena and the velocity distributions are recorded and analyzed. According to the simulation results, similar phenomena are obtained to those in macro-experiments. Impact velocity affects the spread process to a greater degree than at a level of contact angle when the velocity is relatively high. The velocity distribution along the X axis during spread is wave-like, either W- or M-shaped, and the velocity at each point is oscillatory; while the edges have the highest spread velocity and there are crests in the distribution curve which shift toward the edges over time. The distribution along the Y axis is 〈- or 〉-shaped, and the segments above the middle have the lowest decrease rate in the spreading process and the highest increase rate in the retraction process.     

In插入层对硅衬底外延InN晶体质量和光学特性的影响

在Si（111）衬底上分别预沉积0,0.1,0.5,1 nm厚度的In插入层后,采用等离子辅助分子束外延法制备了纤锌矿结构的InN材料,结合X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、吸收谱及光致发光谱研究了不同厚度的In插入层对外延InN晶体质量和光学特性的影响。XRD和SEM的测试结果表明,在Si衬底上预沉积0.5 nm厚的In插入层有利于改善外延InN材料的形貌,提高材料的晶体质量。吸收谱和光致发光谱测试表明,0.5 nm厚In插入层对应的InN样品吸收边蓝移程度最小,光致发射谱半峰宽最窄,并且有最高的带边辐射复合发光效率。可见,引入适当厚度的InN插入层可以改善Si衬底上外延InN材料的晶体质量和光学特性。     

氧化锌基材料、异质结构及光电器件

Ⅱ-Ⅵ族直接带隙化合物半导体氧化锌(ZnO)的禁带宽度为3.37 eV,室温下激子束缚能高达60 meV,远高于室温热离化能(26 meV),是制造高效率短波长探测、发光和激光器件的理想材料。历经10年的发展,ZnO基半导体的研究在薄膜生长、杂质调控和器件应用等方面的研究获得了巨大的进展。本文主要介绍了以国家"973"项目(2011CB302000)研究团队为主体,在上述方面所取得的研究进展,同时概述国际相关研究,主要包括衬底级ZnO单晶的生长,ZnO薄膜的同质、异质外延,表面/界面工程,异质结电子输运性质、合金能带工程,p型掺杂薄膜的杂质调控,以及基于上述结果的探测、发光和激光器件等的研究进展。迄今为止,该团队已经实现了薄膜同质外延的二维生长、硅衬底上高质量异质外延、基于MgZnO合金薄膜的日盲紫外探测器、可重复的p型掺杂、可连续工作数十小时的同质结紫外发光管以及模式可控的异质结微纳紫外激光器件等重大成果。本文针对这些研究内容中存在的问题和困难加以剖析并探索新的研究途径,期望能对ZnO材料在未来的实际应用起到一定的促进作用。     

电极熔蚀导致的气体开关绝缘子性能劣化

气体开关导通时,电极材料熔融或汽化并从电极表面移出,导致开关绝缘子被染污,并可能诱发开关内绝缘闪络事故,直接影响气体开关寿命和脉冲功率系统稳定性。在开关内嵌入有机玻璃圆环,收集黄铜电极熔蚀产物,并研究其对开关绝缘子表面形貌和沿面绝缘强度的影响。实验结果表明,电极熔蚀会产生大量金属蒸汽和溅射液滴,且熔蚀产物具有明显的轴向分布特性,其中,金属蒸汽冷凝并附着在绝缘子表面,形成细微的金属粉末;溅射液滴轰击绝缘子表面,在局部区域形成密集的表面裂纹和金属颗粒嵌入物。在两种电极熔蚀产物的共同作用下,开关绝缘子表面绝缘电阻下降,闪络场强降低;同时,绝缘子表面轴向不同区域的绝缘电阻差别很大,引起绝缘子表面电压分布不均和局部电场增强,最终导致开关绝缘子闪络电压降低,闪络概率增大。     

半导体所在纳米线量子结构材料研究方面取得新进展

<正>中国科学院半导体研究所超晶格国家重点实验室研究员牛智川课题组近年来深入系统地研究了In(Ga)As量子点、量子环、纳米线中量子点、纳米线中量子环的自组织外延生长、液滴外延生长方法。最近,课题组查国伟、喻颖等在研究中发现:通过优化GaAs纳米线侧壁淀积Ga液滴成核温度与晶化条件等参数,可以生长出密度与形貌可控量子点、量子环等新奇量子结构,首次发现单根纳米线侧壁形成单个"方形"量子环且具有高品质发光特性。(Nanoscale,10.1039(2013))。他们进一步生长了GaAs/AlGaAs纳米线中的GaAs量子点,以及置于AlGaAs量子环中心并覆盖AlGaAs     

Effects of V/III ratio on a-plane GaN epilayers with an InGaN interlayer

The effects of V/Ill growth flux ratio on a-plane GaN films grown on r-plane sapphire substrates with an InGaN interlayer are investigated. The surface morphology, crystalline quality, strain states, and density of basal stacking faults were found to depend heavily upon the V/III ratio. With decreasing V/III ratio, the surface morphology and crystal quality first improved and then deteriorated, and the density of the basal-plane stacking faults also first decreased and then increased. The optimal V/III ratio growth condition for the best surface morphology and crystalline quality and the smallest basal-plane stacking fault density of a-GaN films are found. We also found that the formation of basal-plane stacking faults is an effective way to release strain.