基于Al_2O_3介质的Ga_2O_3 MOSFET器件制备研究

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法在Fe掺杂半绝缘(010)Ga_2O_3同质衬底上外延得到n型β-Ga_2O_3薄膜材料,材料结构包括600 nm未掺杂的Ga_2O_3缓冲层和200 nmSi掺杂沟道层。对掺杂浓度为3.0×10~(17)和1.0×10~(18) cm~(–3)的样品进行了高温合金欧姆接触实验,在掺杂浓度为3.0×10~(17) cm~(–3)的样品上难以实现良好的欧姆接触,掺杂浓度为1.0×10~(18) cm~(–3)的样品实现了欧姆接触最低值(9.8W×mm)。基于掺杂浓度为1.0×10~(18) cm~(–3)的n型β-Ga_2O_3薄膜材料,采用原子层沉积的Al_2O_3作为栅下绝缘介质层,研制出Ga_2O_3金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。栅压为2 V时,器件漏源饱和电流达到108 mA/mm,器件峰值跨导达到17 mS/mm。由于栅漏电特性较差,器件的三端击穿电压仅为23 V@V_(gs)=–12 V。采用高介电常数的HfO_2或者Al_2O_3/HfO_2复合结构作为栅下介质能够改善栅漏电特性,提升器件的击穿性能。     

Atomic-layer-deposited (ALD) Al_2O_3passivation dependent interface chemistry,band alignment and electrical properties of HfYO/Si gate stacks

In this work, the effects of atomic-layer-deposited(ALD) Al_2O_3 passivation layers with different thicknesses on the interface chemistry and electrical properties of sputtering-derived HfYO gate dielectrics on Si substrates have been investigated. The results of electrical measurements and X-ray photoelectron sepectroscopy(XPS) showed that 1-nm-thick Al_2O_3 passivation layer is optimized to obtain excellent electrical and interfacial properties for HfYO/Si gate stack. Then, the metal-oxide-semiconductor capacitors with HfYO/1-nm Al_2O_3/Si/Al gate stack were fabricated and annealed at different temperatures in forming gas(95% N_2+5% H_2). Capacitance-voltage(C-V) and current density-voltage(J-V) characteristics showed that the 250℃-annealed HYO high-k gate dielectric thin film demonstrated the lowest border trapped oxide charge density(-3.3 × 10~(10) cm~(-2)), smallest gate-leakage current(2.45 × 10~(-6) A/cm~2 at 2 V)compared with other samples. Moreover, the annealing temperature dependent leakage current conduction mechanism for Al/HfYO/Al_2O_3/Si/Al MOS capacitor has been investigated systematically. Detailed electrical measurements reveal that Poole-Frenkle emission is the main dominant emission in the region of low and medium electric fields while direct tunneling is dominant conduction mechanism at high electric fields.     

五氧化二钽薄膜的I—V特性

采用直流脉冲反应磁控溅射方法制备了高介电常数五氧化二钽(Ta_2O_5)薄膜。利用Ta/Ta_2O_5/Ta的MIM电容结构分析了Ta_2O_5的电学性能,研究了上电极面积对I-V特性的影响、I-V曲线的对称性和零点偏移以及薄膜缺陷和基底粗糙度对MIM电学性能的影响。结果表明,随着上电极面积增大,电容的漏电流密度增大,击穿场强减小。氧化钽薄膜中缺陷的存在和粗糙度增大容易引起漏电流增大,击穿强度降低。当上电极直径为1mm时,MIM电容的性能最佳:击穿强度为2.22MV/cm,漏电流密度低于1×10~(-8)A/cm~2。     

水性纳米Al_2O_3/聚硅氧烷杂化镁合金防腐涂层的制备及性能

以水性纳米Al_2O_3溶胶、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)和甲基三甲氧基硅烷(MTMS)为原料,采用溶胶凝胶法,制备了水性纳米Al_2O_3/聚硅氧烷杂化镁合金防腐涂层。采用电化学交流阻抗技术、动电位极化曲线等手段研究了纳米Al_2O_3/(GPTMS+MTMS)摩尔比对涂层的耐腐蚀性能的影响。结果表明,涂层的耐腐蚀性能随着摩尔比的增大呈现先增强后下降的趋势,其中摩尔比为1∶5的杂化涂层耐腐蚀性能最佳,在3.5%Na Cl溶液中浸泡75 h后的交流阻抗值为6.68×10~6Ω/cm~2,腐蚀电流密度为4.19×10~(-9)A/cm~2,比裸露AZ31B基板的腐蚀电流密度降低了4个数量级。另外,涂层的扫描电镜照片显示,纳米Al_2O_3粒子均匀分散于涂层之中,粒子与有机物粘连紧密,无明显的团聚现象。     

SrHfON高κ栅介质薄膜的漏电特性研究

采用射频反应磁控溅射法在p-Si(100)衬底上成功制备出SrHfON高k栅介质薄膜,并研究了Au/SrHfON/Si MOS电容的漏电流机制及应力感应漏电流(SILC)效应.结果表明,MOS电容的漏电流密度随N2流量的增加而减小.在正栅压下,漏电流主要由Schottky发射机制引起;在负栅压下,漏电流机制在低、中、高栅电场区时分别为Schottky发射、F-P发射和F-N隧穿机制.同时,Au/SrHfON/Si MOS电容表现出明显的SILC效应,经恒压应力后薄膜在正栅压下的漏电流由Schouky发射和F-P发射机制共同作用,且后者占主导地位.     

溶剂蒸汽辅助制备超薄PVP栅介质膜及性能研究

使用溶剂蒸汽辅助制备超薄PVP栅介质膜,得到了低漏电流密度(E=1 MV/cm时,为1.12×10-9A/cm2;E=2 MV/cm时,为5.42×10-9A/cm2)、膜厚为10 nm的超薄PVP栅介质膜,其单位面积栅电容达到了566 nF/cm2。此外,AFM测试表明溶剂蒸汽辅助退火使薄膜表面粗糙度由0.36 nm降到了0.21 nm,空间电荷限制电流法(SCLC)的分析结果表明薄膜体内陷阱密度减少了26%。     

复合电解质SrCe_(0.9)Yb_(0.1)O_(3-α)-NaOH-KOH的低温制备及其中温燃料电池性能

选择具有优良质子导电性的SrCe_(0.9)Yb_(0.1)O_(3-α)与NaOH-KOH共熔体进行复合,制备所用的温度(400℃)比单一铈酸锶材料显著降低。采用电化学工作站研究了复合电解质在400~600℃下干燥氮气气氛中的电导率。结果表明,温度为600℃时,复合电解质在干燥氮气气氛中的电导率达到最大值7.8×10~(-2)S/cm,远高于单一SrCe_(0.9)Yb_(0.1)O_(3-α)材料在相同条件下的电导率1.2×10-3 S/cm。H_2/O_2燃料电池性能测试表明复合电解质在600℃最大输出功率密度为80.7mW/cm~2,远高于单一SrCe_(0.9)Yb_(0.1)O_(3-α)材料在700℃的最大输出功率密度16mW/cm~2。     

保护气氛下反应烧结MoSi_2/Al_2O_3复合陶瓷

以金属Mo粉、Si粉和Al粉为原料,采用反应烧结法制备MoSi_2/Al_2O_3陶瓷复合材料,有效增强其室温韧性和强度,并揭示其电阻率随烧结温度变化规律。利用XRD和SEM分析不同温度烧结后MoSi_2/Al_2O_3复合材料试样的物相组成和微观结构;研究不同烧结温度下试样的力学和电学性能。结果表明:在氩气保护气氛下1 200℃时,MoSi_2/Al_2O_3陶瓷复合材料的各项性能较好,其显气孔率为20.7%,体积密度为4.8g/cm~3,断裂韧性值为9.72MPa·m1/2,电阻率为6.0×10~(-2)Ω·cm。所制备的MoSi_2/Al_2O_3陶瓷复合材料物相结构主要由Al_2O_3包覆MoSi_2形成的连续包覆相组成,组织结构均匀。烧结温度为1 200℃时,MoSi2导电相由弥散分布变成相互连接的网络状分布,且Al_2O_3包覆MoSi_2导电相的包覆层变薄,包裹的MoSi_2颗粒之间易于突破包覆相而互相连通,有助于降低电阻率。     

均匀密度等离子体柱中螺旋波径向场型分布及能量分布数值研究

本文考察在高密度、强磁化径向密度均匀等离子体柱中,在径向等离子体密度量级及轴向静磁场数值不断增大的情况下,等离子体柱内右旋螺旋波与左旋螺旋波的电磁场幅值分布特性及径向模式能量分布特性。采用数值方法,求解基于m=-1方程组的耦合波方程组,得到2×10-2~9×10-2T磁场变化区间与1×10~(13)~9×10~(13)cm~(-3)径向等离子体密度量级变化条件下等离子体柱内右旋螺旋波与左旋螺旋波的场幅值及其径向能量分布情形。计算结果表明,轴向静磁场B0增大(2×10~(-2)~9×10~(-2)T),左旋螺旋波(LH-wave)场幅值减小,右旋螺旋波(RH-wave)场幅值增大,RH-wave与LH-wave径向能量幅值均减小;径向密度n_0增大,LH-wave场幅值增大,RH-wave场幅值减小,RH-wave与LH-wave径向能量幅值均增大;LH-wave能量峰值位置在距等离子体柱中心轴1/5半径处,而RH-wave能量峰值位置出现在中心轴附近处;B0约为几百高斯、n_0约为10~(13)cm~(-3)量级条件下,RH-wave总是较LH-wave在场幅值与能量沉积过程中占主导地位。     

等离子喷涂法制备Al/TiB2复合电极及电化学性能研究

采用等离子喷涂法制备出Al/TiB_2电极。运用SEM、XRD表征复合电极界面的组织形貌和物相结构,研究在相同送粉电位、喷涂距离条件下不同喷涂功率对复合电极界面电阻率及电化学性能的影响。结果表明:等离子喷涂法制备的Al/TiB_2复合电极表面涂层的物相组成为TiB_2。喷涂后的TiB_2可均匀致密地涂在Al基体表面,但并未与Al发生界面反应,而是形成机械式结合。当喷涂功率、送粉电位和喷涂距离分别为34kW、12V、10cm时试样界面电阻率最小为1.22×10~(-6)Ω·cm,较Ti/Al电极降低66%,腐蚀电流密度(1.47×10~(-4) A/cm~2)较Ti/Al电极降低81%,腐蚀电压(-0.579V)较Ti/Al电极增加35%,其耐腐蚀性能达到最好。     

聚氯乙烯/液晶/氟碳三元复合膜的氧气选择渗透特性

制备了聚氯乙烯(PVC)/N-(4-乙氧基亚甲基)-4~-丁基苯胺(EBBA)/全氟三丁胺(PFTA)三元复合膜,并对其氧气的选择透过性进行了研究。在这种膜体系中,PFTA 包含在 A-B-A 型嵌段共聚物(L44)的表面活性剂所形成的胶束中。含 PFTA的三元复合膜的氧渗透系数P_(0_2)大于不含PFTA 的双元膜。三元复合膜的P_(0_2)是10~(-9)～10~(-8)cm~3(STP)-cm~(-1)-sec~(-1)-cmHg~(-1),而分离系数 P_(O_2)/P_(N_2),在EBBA的各向同性或向列型温度范围内约为3.5～4.0。加入 PFTA能引起 P_(O_2)的增加,说明:PFTA 增加了氧在复合膜表面的溶解度,三元复合膜的 P_(O_2)/P_(N_2)—P_(O_2)关系表现出独特趋向,即P_(O_2)/P_(N_2)与 P_(O_2)是同时增加的。     

NH3和N2混合等离子体预处理对锗MOS器件性能的影响

对锗衬底进行NH3和N2混合等离子体(V/(NH3)∶V/(N2)= 5∶1)原位预处理,其自然氧化层GeOx反应生成GeOyNz.XPS结果显示,随着预处理时间的延长,GeOyNz厚度稍有增加.结构为500 nm Al/20 nm Ti/10 nm HfO2/Ge的锗MOS电容样品,在1 V的偏压下,未经过原位等离子体预处理的样品的漏电流密度为10-4A/cm2量级,而120sNH3/N2混合等离子体预处理后的样品的漏电流密度减小到10-5A/cm2量级;所有等离子体预处理样品的C-V曲线不存在明显的翘曲变形,表明样品的界面陷阱电荷密度较低;通过C-V曲线计算可得,NH3/N2混合等离子体预处理60s后样品的等效电容约为17,小于理想HfO2的介电常数值,说明预处理条件下仍有不可忽略的层间电容.与其他预处理方法相比,NH3/N2混合等离子体原位预处理锗衬底可以更加有效地提高锗衬底上原子层沉积HfO2层间界面的质量,抑制Ge向HfO2的扩散,对界面的陷阱电荷有重要的限制作用.在提高锗MOS器件的性能方面,NH3和N2混合等离子体原位预处理的方法在工业生产中更具有潜在优势.     

水性纳米Al_2O_3/聚硅氧烷杂化镁合金防腐涂层的制备及性能EI北大核心CSCD

以水性纳米Al_2O_3溶胶、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)和甲基三甲氧基硅烷(MTMS)为原料,采用溶胶凝胶法,制备了水性纳米Al_2O_3/聚硅氧烷杂化镁合金防腐涂层。采用电化学交流阻抗技术、动电位极化曲线等手段研究了纳米Al_2O_3/(GPTMS+MTMS)摩尔比对涂层的耐腐蚀性能的影响。结果表明,涂层的耐腐蚀性能随着摩尔比的增大呈现先增强后下降的趋势,其中摩尔比为1∶5的杂化涂层耐腐蚀性能最佳,在3.5%Na Cl溶液中浸泡75 h后的交流阻抗值为6.68×10~6Ω/cm^2,腐蚀电流密度为4.19×10^(-9)A/cm^2,比裸露AZ31B基板的腐蚀电流密度降低了4个数量级。另外,涂层的扫描电镜照片显示,纳米Al_2O_3粒子均匀分散于涂层之中,粒子与有机物粘连紧密,无明显的团聚现象。     

液晶／聚合物复合膜的性能及其富氧效果

随着高分子材料科学的飞跃发展,人们期望着Po_2、αo_2/N_2值均优良的膜材料出现。液晶/聚合物复台膜首先由日本科学家KAJIYAMA使用苄叉类液晶与PVC(聚氯乙烯)共混后制成二元复合膜,Po_2达5.75×10~(-10)cm~3·cm·cm~2·sec~1·cmHg~1、αo_2/N_2达到2.95。清华大学化学系王良御、杨诚用苯基环乙烷类液晶与PVC共混制成的复合膜在北京氧气厂试验时Po_2达到134.7×10~(10)cm~3·cm·cm~2·sec~1·cmHg~1,α达到4.45,普通空气经过分离后可以得到含O_2 42％的富O_2空气。实际分离系数α’o_2/N_2=2.27。通过对不同含O_2量的原料气的渗透试验证明,复合膜的α’对浓度不同的原料气有不同的值。     

循环冷却水含铁细菌对20碳钢管壁腐蚀行为的影响

目前,有关循环冷却水中铁细菌对常用材料20碳钢管壁的腐蚀性报道较少。采用电化学测试技术和表面分析技术,研究了循环冷却管常用材料20碳钢在有无铁细菌循环冷却水中的腐蚀行为。结果表明:在含铁细菌的水中,20碳钢自腐蚀电流密度先由2.965×10~(-4)A/cm~2减小至1.420×10~(-4)A/cm~2再增大至1.653×10~(-4)A/cm~2,浸泡第10 d自腐蚀电流密度较无菌水中增加了1.3倍;有菌水中20碳钢的极化电阻呈先增大后减小的趋势,浸泡第10 d时的极化电阻比无菌水中小111.56Ω·cm~2,与极化曲线的变化呈相同的趋势;在有菌水中20碳钢表面有一些明显的腐蚀裂缝,较无菌水中严重;循环冷却水中铁细菌的存在导致20碳钢自腐蚀电位减小、自腐蚀电流增大、极化电阻明显减小,明显影响其元素成分的含量,从而加速了腐蚀进程。     

超疏水复合涂层的制备和性能研究

采用大气等离子喷涂工艺(APS)制备了双层Al_2O_3/PTFE复合涂层和单层Al_2O_3-PTFE复合涂层两种涂层结构体系的疏水复合涂层,使用扫描电子显微镜(SEM)、3D表面形貌仪、显微硬度计、接触角测试仪和摩擦磨损试验机分别表征了复合涂层的微观形貌、相组成、粗糙度、硬度、疏水性能以及耐磨性能。评价复合涂层的性能并进而研究了Al_2O_3陶瓷作为粘结层和硬质颗粒填充相以及工艺参数对复合涂层的疏水性能和耐磨性能的影响。结果表明:无论Al_2O_3陶瓷作为粘结层还是硬质填充相添加到涂层中,都显著提高了单一PTFE涂层的摩擦学性能。Al_2O_3-PTFE复合涂层的耐磨性能优于Al_2O_3/PTFE复合涂层,两复合涂层的磨损率和摩擦系数依次为2.84×10~(-5)mm~3/N·m、9.97×10~(-5)mm~3/N·m和0.51、0.38;复合涂层的表面都具有良好的疏水性能,与水的静态接触角分别为155.4°和148.9°。良好的疏水性能源于表面粗糙的微纳米级突起结构和表面存在密集分布的低表面能氟化物的协同作用。进行摩擦磨损试验后表面的突起结构受到一定的破坏,涂层的疏水性能有所下降,但是Al_2O_3/PTFE复合涂层仍然具有超疏水性。     

In_(0.53)Ga_(0.47)As/InP量子阱中的Rashba自旋-轨道耦合

利用k·p方法研究了In0.53Ga0.47As/InP窄禁带半导体量子阱结构中的Rashba自旋-轨道效应及其栅电压调控规律。随着栅电压Vg从-0.35V增加到0V,电子浓度ne从0.99×1011cm-2线性增大至9.20×1011cm-2,Rashba自旋-轨道耦合参数α从2.38×10-11eV·m减小到0.19×10-11eV·m,零场自旋分裂能Δ0高达4.63meV。结果表明通过栅电压可以有效调控样品中的自旋-轨道耦合强度,证明该结构是制备自旋场效应晶体管(SpinFET)的理想材料。     

双层复合栅介质膜的制备及电学性能研究

介电常数分别为2.6的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)及介电常数为16的偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物(P(VDF-TrFE))两种不同的有机绝缘材料,通过溶液旋涂的方法在P型硅衬底上制备了不同结构的复合栅介质膜并测试了它们的高频C-V特性及漏电特性。实验结果表明Si-PMMA-P(VDF-TrFE)-Ag结构绝缘膜上单位面积电容达到了35nF/cm2,40V电压下漏电流随着扫描次数的增加逐渐由7.29×10-7 A/cm2降低至3.44×10-7 A/cm2。而Si-P(VDF-TrFE)-PM-MA-Ag结构栅介质膜测得的单位面积电容仅为15nF/cm2,在相同电压下的单位面积漏电流为1.93×10-8 A/cm2。在此基础上分析了电子陷阱以及电场强度对双层栅绝缘膜C-V、I-V特性的影响。     

EP/Al_2O_3叠层复合膜的微弧氧化-液料喷涂制备及其耐蚀性

铝合金微弧氧化膜表面封闭可有效改善其耐蚀性及表面粗糙度,目前采用涂料溶液封闭浸泡方式的研究不多。采用微弧氧化-液料喷涂方法在6061铝合金表面制备了环氧树脂(EP)/氧化铝(Al_2O_3)叠层复合膜,着重探讨了液态封闭料中EP浓度对复合膜耐蚀性的影响。通过接触角测试表征了EP液料在Al_2O_3多孔层表面的润湿性,并借助涡流测厚仪、光学显微镜、电化学工作站及盐雾试验研究了复合膜的厚度、表面形貌及耐蚀性。结果表明:当EP浓度为20%(体积分数)时,EP液料在Al_2O_3多孔层表面具有良好润湿性,接触角约为22.7°;制备出的EP/Al_2O_3叠层复合膜的厚度约为15.1μm,其腐蚀电流密度低至1.303 nA/cm~2,腐蚀电位可达-693.3 mV,且经过144 h盐雾试验后未出现腐蚀。     

Sn_(0.95)Al_(0.05)P_2O_7/PTFE复合电解质的制备及其中温电性能

合成了有机-无机复合电解质5%(摩尔分数)铝掺杂的焦磷酸锡(Sn_(0.95)Al_(0.05)P_2O_7)/聚四氟乙烯(PT-FE)(简称SAPO/PTFE)。XRD测试表明,SAPO和PTFE复合没有发生反应生成新物质,热分析表明样品稳定性良好;SEM图表明样品致密性良好。采用电化学工作站对SAPO/PTFE的中温电性能(50~250℃)进行了研究。结果表明,SAPO/PTFE电导率在湿润氮气气氛中175℃达到最大值2.8×10~(-2)S/cm。湿润氧气气氛下的水蒸汽浓差电池说明质子导电性在复合电解质中存在。H_2/O_2燃料电池性能测试表明,在0.64V时对应最大输出功率密度为39.8mW/cm~2。