激光辐照引起Ge2Sb2Te5非晶态薄膜的电/光性质变化

研究了激光辐照引起Ge₂Sb₂Te₅非晶态薄膜的电/光性质变化, 当激光功率为580mW时薄膜的方块电阻有四个数量级(10⁷～10³Ω/□)的突变; 对电阻发生突变前、中、后的三个样品进行了XRD测试, 结果表明, 随着激光功率的增大,薄膜由非晶态向晶态转变,用椭偏仪测试了结构转变前、中、后三个样品的光学常数, 在可见光范围内薄膜的光学常数在波长相同情况下有: n_非晶态>n_中间态>n_晶态, k_晶态>k_中间态>k_非晶态, α_晶态>α_中间态>α_非晶态, 结合电阻变化曲线和XRD图谱讨论了激光辐照Ge₂Sb₂Te₅非晶态薄膜的电/光性质变化同激光功率和结构转变之间的关系.     

基于石墨烯的太赫兹可调谐宽带超材料吸收器

本文提出了一种太赫兹可调谐宽频段完美超材料吸收器,该吸收器由开缝金属图案层-石墨烯-聚酰亚胺介质-金属底板4层构成.通过调节石墨烯的费米能级,该结构可实现动态调谐带宽吸收特性.仿真研究发现,随着石墨烯费米能级由0.1 eV变为0.5 eV,吸收率高于90%的吸收带宽由1.93 THz～3.18 THz变为2.78～3.90 THz,低频移动范围为0.85 THz,高频移动范围为0.72 THz.而且,该吸收器具有偏振角和入射角不敏感的特性.本文提出的吸收器结构简单,在检测器、传感器、滤波器等太赫兹器件方面有潜在的应用.     

自旋太赫兹源发展及其在生物医学的应用前景分析

太赫兹(terahertz,THz)辐射的光子能量极低,不会对分子、晶格造成有害的电离,且生物大分子的振动和转动频率均在THz波段,因而THz在生物医学上的应用引起了广泛的关注.然而,目前的商用THz源无法兼顾室温工作、低成本、小型化等生物医学应用方面的需求.白旋THz源辐射效率高,可实现THz偏振调谐,有望打破生物医...     

可调谐手征超表面电磁特性研究进展

手征超表面是由具有特定电磁响应的平面手征单元结构构成的超薄超材料,由于其具有自由控制电磁波的奇异能力而引起了极大的关注.通过在超表面设计中加入可调谐材料,可以实现其功能受外部激发控制的可调谐或可重构的超器件,为动态调谐电磁波开辟了新的道路.本文介绍了可调/可重构手征超表面电磁特性的一些理论基础,当线偏振光进入可调谐手征...     

高效光学可调谐介质超表面研究进展

自超表面(超薄亚波长厚度超材料)被提出之后,其基础材料经历了从金属、混合介质再到全介质材料的更迭.传统超表面功能单一,在实际应用中存在局限性,因此,研究者们把目标放在了动态可调谐的超表面上.本文介绍了具有高效光传输特性的混合介质和全介质的可调谐超表面的一些理论基础,并对近期的研究进展进行了综述,全介质型可调谐超表面又分为材料调谐和物理调谐两部分.在红外和太赫兹波段,主要介绍了锗-锑-碲化合物(Ge2 Sb2 Te5,GST)、VO2、石墨烯、液晶、砷化镓等一些常用材料的可调谐超表面的研究进展,最后,给出了对可调谐超表面未来发展的一些个人看法.     

基于任意整数的多重调谐质量阻尼器

由于中心自振频率的设置,至今研究的多重调谐质量阻尼器器(MTMD)都是由奇数个调谐质量阻尼器 (TMD)所组成。放弃中心自振频率的设置,提出了基于任意整数的多重调谐质量阻尼器。多重调谐质量阻尼器可由任意奇数个或偶数个调谐质量阻尼器组成。使用建立的结构MTMD系统传递函数,定义了结构和MTMD的动力放大系数(DMF)。MTMD最优参数和有效性的评价准则于是可定义为结构最大动力放大系数的最小值的最小化(MIN．MIN． MAX．DMF)。而MTMD冲程的评价准则定义为MTMD中每个TMD最大动力放大系数的最大值。根据定义的评价准则,评价了基于任意整数MTMD的控制性能(包括MTMD的冲程评价)。     

电沉积Ni-W合金在NaCl溶液中的腐蚀行为

通过电沉积的方法制备了Ni-W晶态合金与Ni-W非晶态合金.采用极化曲线与电化学阻抗谱测试了Ni-W合金在0.5mol/L NaCl溶液中的腐蚀行为.结果表明,Ni-W非晶态合金在0.5mol/L NaCl溶液中的极化曲线与Ni-W晶态合金相比,腐蚀电位较正,且钝化区间明显.Ni-W非晶态合金在0.5mol/L NaCl溶液中的电化学阻抗谱容抗弧半径远远大于Ni-W晶态合金,并且随着浸泡时间的延长Ni-W非晶态合金的表面生成一层钝化膜,容抗弧半径变化较小,而Ni-W晶态合金的容抗弧半径随浸泡时间的延长而越来越小,表面腐蚀越来越严重.总体来说,Ni-W非晶态合金的耐蚀性能要远远优于Ni-W晶态合金.     

基于各向异性二维Ge Se的无偏振器偏振图像传感器

偏振是光的一个重要信息,偏振探测可以把信息量从三维(光强、光谱和空间)扩充到七维(光强、光谱、空间、偏振度、光偏振等),为成像物体提供关键的视觉信息(如表面粗糙度、几何形状或方向),因此偏振成像技术在目标检测等领域有着巨大的潜力.然而这些领域往往需要复杂的偏振编码,现有的复杂透镜系统和偏振器限制了集成成像传感器的小型化能力.本文通过二维各向异性α-Ge Se半导体,成功实现了无偏振器的偏振敏感可见-近红外光电探测器/成像仪.作为传感器系统的关键部件,该原型Au/GeSe/Au光电探测器具有灵敏度高、光谱响应宽、响应速度快(~10³A W^-1, 400–1050 nm, 22.7/49.5μs)等优点.此外,该器件在690–1050 nm光谱范围内表现出独特的偏振灵敏度,并且对沿y方向的偏振光吸收最强,这一点通过分析α-Ge Se的光跃迁行为也得到了证实.最后,将2D-Ge Se器件应用到成像系统中进行偏振成像,在808 nm近红外波段处,在不同的偏振方向上,辐射目标的对比度为3.45.这种成像仪在没有偏振器的情况下,能够在场景中感知双频偏振信号,为偏振成像传感器阵列的广泛应用奠定了基础.     

水热合成法制备非晶态α-Fe2O3薄膜及其光吸收性能

以K9玻璃为基片,在柠檬酸存在的碱性体系内,采用水热合成法制备了非晶态α-Fe2O3薄膜,并对样品进行了XRD、SEM、FT-IR、UV-Vis表征。研究结果表明,随着反应体系初始pH值升高及Fe3+初始质量浓度增大,所得样品的结晶度略有增大。水热反应体系初始pH值从9.5升高至10.5,薄膜表面沉积颗粒增大,薄膜逐渐致密。但当pH值继续升高至11时,沉积颗粒减小,且存在较大孔隙。水热体系中Fe3+初始质量浓度增大至1.2g/L时,薄膜表面沉积颗粒最大,颗粒间孔隙较大。Fe3+质量浓度继续增大,颗粒减小,薄膜表面致密、均匀。反应体系初始pH值较低时,有少量柠檬酸随非晶态α-Fe2O3沉积,反应过程中非晶态α-Fe2O3与玻璃基底有化学键力的结合。水热反应初始pH值为11时,薄膜对紫外光的吸光度最大。当Fe3+初始质量浓度为1.5g/L时,薄膜对紫外光的吸光度最高,当Fe3+初始质量浓度为1.2g/L时,薄膜对可见光的吸光度最低,反射率最高。     

四方相BaTiO3薄膜的自组装制备与表征

以(NH₄)₂TiF₆、 Ba(NO₃)₂ 和H₃BO₃为主要原料, 采用自组装单层膜(SAMs)技术, 以三氯十八烷基硅烷(octadecyl-trichloro-silane, OTS)为模版, 在玻璃基片上制备了四方相钛酸钡晶态薄膜. 改性基板的亲水性测定与原子力显微镜（AFM）测试表明, 紫外光照射使基板由疏水转变为亲水, 能够对OTS-SAM起到修饰作用. 金相显微镜观察结果显示,OTS单分子膜指导沉积的薄膜样品表面均匀, 表明OTS SAM对钛酸钡薄膜的沉积具有诱导作用; X射线衍射（XRD）与扫描电镜（SEM）表征显示, 空气中600℃下保温2h实现了薄膜由非晶态向四方相BaTiO₃晶态薄膜的转化过程, 制备的钛酸钡薄膜在基板表面呈纳米线状生长, 线长约在500～1000nm之间, 相互连接的晶粒大小约为100nm. 文章同时对自组装单层膜和钛酸钡薄膜的形成机理进行了探讨.     

一种基于光敏半导体的多功能交叉沙漏型超表面

提出一种基于光敏半导体的多功能超表面,该超表面具有双峰吸收、宽频和双频极化转换3种模式.在没有泵浦光照射时,超表面工作在双峰吸收模式,在2.25 THz和2.75 THz两个峰处的吸收率分别为95.1%和94.4%;当超表面处于1 550 nm泵浦光照射条件下,可工作在宽频极化转换模式,在1.32 THz～2.15 THz频段的极化转换率达到90%以上,相对带宽为47.8%;当超表面处于800 nm泵浦光照射条件下,超表面工作于双频极化转换模式,在1.09 THz～1.23 THz和2.12 THz～2.23 THz两个频段的极化转换率均超过90%.此外,通过分析磁场和表面电流分布,解释了不同工作模式的物理机制.本文所提出的超表面有望应用于未来的多功能太赫兹设备.     

CVI制备C/Si3N4复合材料及其表征

以SICl₄-NH₃-H₂为反应体系,采用化学气相渗透法CVI)制备C/Si₃N₄复合材料.渗透产物的能谱和X射线衍射表明渗透产物为非晶态Si₃N₄,经1350℃真空热处理后,产物仍然为非晶态Si₃N₄;经1450℃真空热处理后,产物已经发生晶型转变,由非晶态转变为晶态的α-Si₃N₄和β-Si₃N₄.渗透温度、渗透时间、气体流量对试样致密化、增重及微观结构的影响研究表明渗透温度为900℃、SiCl4流量为30mL/min、H2流量为100mL/min、NH₃流量为80mL/min、渗透时间120h、系统压力1000Pa时,气体渗透进入碳布预制体后,在预制体内反应均匀,制备的复合材料较均匀.     

第十七讲薄膜与表面技术基础

(止接2011年第2期88页) 3.2理想的表面结构 固体材料在自然界中通常是以晶态和非晶态的形态存在.因此,我们以晶态物质作基础,从二维结晶学来看理想的表面结构.     

波前可控的全硅太赫兹超构起偏器（英文）

直接从非偏振波中产生偏振波并同时操纵波前的超材料器件可用于先进的光学系统.然而,传统的波前可控偏振转换超表面(PCMs)依赖于具有特定偏振状态的入射波,而不是非偏振波.少数经特殊设计的超构起偏器虽然已经从非偏振波中获得了偏振波,但没有同步地实现波前操控.本文报道了基于全硅材料的波前可控的太赫兹超构起偏器,它比传统的超构起偏器和波前可控PCMs具有更高的集成特性.这种太赫兹超构起偏器将特定相位分布融入超构原子的波束干涉中,直接从非偏振太赫兹波产生偏振太赫兹波,并同步实现波前操控,有望为太赫兹波操控领域带来新的影响.     

AgInSbTe相变薄膜的热刻蚀腐蚀特性

研究了AgInSbTe相变薄膜作为一种新的热刻蚀材料的腐蚀特性。采用射频磁控溅射的方法在室温下制备了非晶态AgInSbTe薄膜, 经真空加热退火晶化. 以氢氧化钠溶液作为腐蚀剂, 研究了退火温度、腐蚀剂浓度、腐蚀时间对晶态、非晶态 AgInSbTe薄膜腐蚀特性的影响. 结果表明: 以非晶态形式存在的沉积态AgInSbTe薄膜在0.001 mol/L氢氧化钠溶液中腐蚀速度小于0.04 nm/min, 退火晶化后, 薄膜的腐蚀速度大幅度提高, 晶态和非晶态薄膜的腐蚀选择比随退火温度的升高而增大. 当腐蚀时间为20 min时, 经300℃真空退火的晶态AgInSbTe薄膜比相应非晶态的腐蚀速度高45倍以上. 腐蚀后薄膜表面质量良好(粗糙度＜1 nm, 10 μm×10 μm区域). 并对AgInSbTe相变薄膜的腐蚀机理进行了讨论.     

复合结构Ni-P 非晶态镀层在H2S/ CO2环境中的耐腐蚀性能

通过在同一镀液中改变温度、p H 值和施加电流完成化学镀和电镀过程, 在普通碳钢基体上得到电位差高于160 mV 的复合结构的非晶态Ni- P 合金镀层。采用SEM、电化学测试设备及专门的腐蚀环境试验箱, 研究了该复合镀层在H₂S/ CO₂ 腐蚀气氛中的耐腐蚀行为。结果表明: 所制备的复合结构Ni- P 非晶态镀层在H₂S/CO₂腐蚀环境中, 100 h 后镀层表面出现均匀的硫化物腐蚀膜, 300 h 后镀层表面出现腐蚀裂纹, 并沿着与基体表面平行的方向扩展、剥离, 在电镀层剥离处磷元素的相对含量增加。所制备的12μm 厚的复合叠加结构Ni- P 非晶态镀层的耐腐蚀性能优于25μm 厚的普通化学Ni-P 非晶态合金镀层。      

Electrochemical properties of amorphous Ni-S-Co alloy in alkaline medium

用电沉积方法制备非晶态Ni-S-Co合金镀层, 研究了镀层的电化学性能. 结果表明,与非晶态Ni--S合金相比, Co的引入可提高镀层中S的含量.在析氢反应中非晶态Ni--S--Co合金电极具有很高的电化学活性,电流密度为150 mA×cm-2时其析氢过电位仅为70 mV,比非晶态Ni-S合金低20 mV.在长时间电解过程中S发生溶出反应有助于提高电极的表面粗糙程度, 是提高电极析氢活性的重要原因之一. 在析氢过程中,非晶态Ni--S--Co合金电极吸附大量的H原子, 使反应的活化能降低,这是其析氢活性高的主要原因. 非晶态Ni--S--Co合金镀层的析氢机理为电化学脱附机理,即一快速的Volmer反应(电化学步骤)和一较慢的Heyrovsky反应(电化学脱附步骤).     

非晶态Ni-S-Co合金的制备和电化学性能

用电沉积方法制备非晶态Ni-S-Co合金镀层,研究了镀层的电化学性能.结果表明,与非晶态Ni-S合金相比,Co的引入可提高镀层中S的含量.在析氢反应中非晶态Ni-S-Co合金电极具有很高的电化学活性,电流密度为150 mA·cm-2时其析氢过电位仅为70 mV,比非晶态Ni-S合金低20 mV.在长时间电解过程中S发生溶出反应有助于提高电极的表面粗糙程度,是提高电极析氢活性的重要原因之一.在析氢过程中,非晶态Ni-S-Co合金电极吸附大量的H原子,使反应的活化能降低,这是其析氢活性高的主要原因.非晶态Ni-S-Co合金镀层的析氢机理为电化学脱附机理,即-快速的Volmer反应(电化学步骤)和一较慢的Heyrovsky反应(电化学脱附步骤).     

硅片上集成高介电调谐率的柱状纳米晶BaTiO3铁电薄膜

钛酸钡(BaTiO₃)具有优异的介电、铁电、压电和热释电等性能, 在微电子机械系统和集成电路领域具有广泛的应用。降低BaTiO₃薄膜的制备温度使其与现有的CMOS-Si工艺兼容, 已成为应用研究和技术开发中亟需解决的问题。本研究引入与BaTiO₃晶格常数相匹配的LaNiO₃作为缓冲层, 以调控其薄膜结晶取向, 在单晶Si(100)基底上450 ℃溅射制备了结构致密的柱状纳米晶BaTiO₃薄膜。研究表明：450 ℃溅射温度在保持连续柱状晶结构和(001)择优取向的前提下, 能获得相对较大的柱状晶粒(平均晶粒直径27 nm), 一定残余应变也有助于其获得了较好的铁电和介电性能。剩余极化强度和最大极化强度分别达到了7和43 μC·cm^-2。该薄膜具有良好的绝缘性, 在 0.8 MV·cm^-1电场下, 漏电流密度仅为10^-5 A·cm^-2。其相对介电常数ε_r展现了优异的频率稳定性：在1 kHz时ε_r为155, 当测试频率升至1 MHz, ε_r仅轻微降低至145。薄膜的介电损耗较小, 约为0.01~0.03 (1 kHz ~ 1 MHz)。通过电容-电压测试, 该薄膜材料展示出高达51%的介电调谐率, 品质因子亦达到17(@1 MHz)。本研究所获得的BaTiO₃薄膜在介电调谐器件中有着良好的应用前景。     

Fe25 Co25 Ni25 Cr5 P10 B10高熵块体非晶态合金磁热效应的研究

利用Fluxing提纯处理和J-Quenching技术相结合的方法成功制备了最大尺寸为1.2 mm的Fe_(25)Co_(25)-Ni_(25)Cr_5P_(10)B_(10)高熵块体非晶态合金,并对它的磁热性能进行的表征和研究,以探讨高熵效应对非晶态合金磁热性能的影响。目前的高熵块体非晶态合金的居里温度为572 K。在外加磁场为1.5和5 T时,它的最大等温磁熵变和制冷能力的值分别为0.66 J/(kg·K),42.9 J/kg和1.88 J/kg,136.1 J/(kg·K)。与其它非晶态合金磁热性能的对比显示,高熵效应对非晶态合金磁熵变似乎并没有明显影响,但高熵非晶态合金磁熵变随温度变化曲线显示了较大的半高宽温度区间。