MOCVD水平式反应器中热泳力对沉积过程中反应前体浓度分布的影响分析及数值模拟

在MOCVD反应器中,针对GaN生长中的TMGa分子,推导出热泳力、热泳速度以及扩散速度的计算公式.在低温区,热泳速度大于扩散速度;在高温区则相反.影响热泳力的主要因素为温度梯度和分子直径.水平式反应器内,粒子同时受到热泳速度和扩散速度的影响.在只考虑组分输运以及包括化学反应等两种情况下,通过改变反应器上壁面温度,模拟得到水平式反应器中热泳力对沉积速率以及反应物粒子浓度分布的影响.并与文献中的实验数据对比,验证了模拟结果的正确性.结果显示,由于热泳力的影响,在相同操作条件下高温区H2等小直径粒子的质量分数增大、TMGa和NH3等大分子粒子的质量分数减小.从提高生长速率的角度,需减小上下壁面温度梯度;从沉积均匀性的角度,应使到达下游的反应粒子数增多,故需增大上下壁面温度梯度.     

Oxygen vacancy-induced room-temperature ferromagnetism in D-D neutron irradiated single-crystal TiO2 （001） rutile

Remarkable room temperature ferromagnetism in pure single-crystal rutile TiO2 （001） samples irradiated by D-D neutron has been investigated. By combining X-ray diffraction and positron annihilation lifetime, the contracted lattice has been clearly identified in irradiated TiO2, where Ti4＋ ions can be easily reduced to the state of Ti3＋. As there were no magnetic impurities that could contaminate the samples during the whole procedure, some Ti3＋ ions reside on interstitial or substituted sites accompanied by oxygen vacancies should be responsible for the ferromagnetism.     

Observation of Room Ferromagnetism in Cu-Implanted Crystal ZnO

Ion implantation technique is used to study the magnetic properties of Cu-dopecl ZnO. The room temperature ferromagnetism in the Cu-implanted ZnO samples is observed. From the photoluminescence spectrum of implanted samples we observe a broad green emission around 510nm, which is related to defects in the samples. X-ray photoelectron spectroscopy measurement shows that Cu ions are in the mixed oxidation state of 4-1 or ＋2 and substitute for the Zn^2＋ ions of the ZnO matrix. We argue that the ferromagnetism is related to these defects, and the substitution of Cu^2＋ into Zn^2＋ sites in crystal ZnO could contribute to the observed ferromagnetism.     

一种多喷淋头式MOCVD反应器的设计与数值模拟

提出了一种多喷淋头式MOCVD反应器.针对新型反应器,对GaN生长的MOCVD过程进行了数值模拟,模拟考虑了热辐射和化学反应,计算了反应器内流场、温场和浓度场,导流(筒)壁面的寄生沉积以及GaN生长速率,并分析了反应室几何因素对生长均匀性的影响.模拟结果显示,衬底表面大部分区域具有均匀的温场和良好的滞止流.通过对浓度场和GaN生长速率的分析,得出MMGa是薄膜生长的主要反应前体.通过对反应器高度H、导流筒与托盘间距h、导流筒半径R等参数的优化,给出了提高薄膜生长速率和均匀性的条件.     

切向喷射式MOCVD反应器的设计与数值模拟

本文提出一种新的切向喷射式MOCVD反应器,反应气体从均匀分布于内壁的切向进口喷管喷入反应器,尾气从位于反应器中心的上方或下方出口排出.通过切向喷射,使气体发生人工可控的螺旋流,在水平方向逐渐旋转与加速,从而补偿反应物浓度从边缘进口到中心出口的沿程损失,以便获得均匀的薄膜沉积.针对新的反应器设计,结合GaN的MOCVD生长进行了三维数值模拟,确定了喷管夹角、喷管数目和反应器高度对生长区的温场、流场和浓度场的影响,优化了参数组合,并与传统的垂直喷射式反应器作了对比.此外,这款新型反应器能够摆脱复杂的托盘旋转系统.     

多片式热壁 MOCVD 反应器的设计与数值模拟分析

本文提出一种多反应腔并联的水平热壁 MOCVD 反应器,反应器上下(左右)壁面都采用高温,减少了热泳力的排斥作用,提高了衬底上方的 TMG 浓度.由于取消了传统反应器的冷壁,减少了寄生产物的凝结,提高了反应前体的利用率和 GaN 的生长速率.可以多个反应腔并联生长,从而实现反应器的扩容.针对这种热壁式反应器,结合 GaN 的 MOCVD 生长进行了二维数值模拟,计算了不同流速、高度、长度和压力时反应器内流场、温场、浓度场分布以及生长速率,发现存在一个最佳的气体流速、反应器高度和长度条件,在此条件下,反应前体的产生与沉积达到平衡,从而有效抵消反应前体的沿程损耗,实现均匀的 GaN 生长.     

Co+离子注入单晶TiO2铁磁性来源与微结构研究

在室温下,将能量为80 keV, 注量分别为1×1016和1×1017ions/cm2的Co+离子注入到10 mm×10 mm×0.5 mm的单晶TiO₂样品。在氮气保护下, Co+离子注量为1×1017 ions/cm2时样品在温度为900 ℃的条件下退火30 min。 利用超导量子干涉仪 （SQUID）测量样品磁性, 并应用X射线衍射（XRD）和扩展边X射线吸收精细结构谱（EXAFS）研究Co+离子注入后样品的微观结构。 样品磁性测量结果表明:Co+离子注入后的样品具有室温铁磁性, 并且其饱和磁化强度的大小与Co+离子注量及样品是否经退火处理有关。 EXAFS研究表明: Co元素在Co+离子注量为1×1017ions/cm2的样品中主要以团簇形式存在;样品经退火处理后, Co团簇消失, 并发现Co部分替代TiO₂单晶中的Ti。Co+离子注入后, 在样品中形成Co团簇与否受离子注量的影响。 阐述了样品微观结构与铁磁性来源之间的关系。 At room temperature, monocrystalline plates of rutile (TiO₂) were implanted with cobalt ions of an energy of 80 keV to fluences of 1×1016 and 1×1017 ions/cm2 respectively . The 1×1017 ions/cm2 Co implanted samples were annealed in nitrogen at 900 ℃ for 30 min. The magnetic properties of Co implanted samples were measured with a superconducting quantum interference device magnetometer (SQUID) at room temperature. Furthermore, the X ray diffraction (XRD) and Extended X ray Absorption Fine Structure (EXAFS) were applied to investigate the structural and compositional properties of Co implanted samples. The magnetic measurements of samples showed that the size of the saturation magnetization of the Co implanted samples were related to the fluence of ions, and the saturation magnetization of the sample after annealed decreased significantly. The EXAFS measurements showed the presence of cobalt metallic clusters in the sample implanted to ion fluence of 1×1017 ions/cm2. The Co metallic clusters disappeared in the sample after annealed, and resulted in the oxidized Co, which is presumed to substitute into the Ti site. The formation of Co clusters or not was determined by the ion fluence. The relation between ferromagnetic behavior and microscopic structure of the Co implanted samples is discussed.     

聚合物热解合成类金刚石薄膜的结构及摩擦学性能研究

合成了一种新型的碳基阶梯聚合物－聚碳苯，将其涂于氮化硅陶瓷上，在常压、惰性气氛条件下经１０００￣１２００℃热处理，在氮化硅底材上合成出类金刚石薄膜。利用扫描电子显微镜、喇曼光谱和Ｘ射线衍射等技术对类金刚石薄膜的表面形貌和结构进行了分析，并且对其磨擦学性能进行了考察。结果表明：类金刚石薄膜是由金刚石、石墨碳等相组成，具有较高的硬度、较低的摩擦系数和良好的耐磨损性能。