低温生长的Ge／Si超晶格界面结构的X射线散射研究

低温下用MBE方法生长了Ge／Si超晶格。X射线近边吸收限精细结构研究表明，Ge与Si再Ge／Si界面处存在化学混合。X射线反射及横向散射研究表明，Ge亚层上下表面的粗糙度呈反对称，下表面大的粗糙度来源于Ge向Si亚层中扩散形成SiGe混合组分结构：这种组分结构可以用一平均成份的SiGe合金层加以拟合，从而使得各亚层均有一个合理的粗糙度。旋转样品进行的X射线散射研究表明，这种SiGe的混合是各向同性的，这与透射电子显微镜的研究结构相一致。     

SiGe/Si(100)外延薄膜材料的应变表征研究

如何表征SiGe／Si异质外延薄膜中的应变对提升SiGe器件的性能至关重要。本文详细介绍了卢瑟福背散射／沟道效应(RBS／C)、高分辨率X射线衍射(HRXRD)和拉曼(Raman)谱等技术表征SiGe薄膜中应变的原理。通过这些实验技术,研究了SiGe／Si外延薄膜在氧气和惰性气体氛围下高温退火前后应变弛豫及离子注入Si衬底上外延生长的SiGe薄膜应变状态。     

分子束外延生长ZnO薄膜及性能研究

用分子束外延（MBE）和氧气氛方法，并改变束源炉和衬底生长温度，在Si(100)衬底上，采用Zn作缓冲层以解决ZnO层与衬底间的晶格失配问题，生长得到ZnO薄膜。在ZnO/Zn/Si(100)薄膜样品的X射线衍射（XRD）谱中，观测到ZnO的（100）、（200）、（101）和（103）等衍射峰；用原子力显微镜（AFM）观测ZnO薄膜的表面形貌，为直径约80－90mm的量子点，表明已得到具有纳米结构的ZnO薄膜。用同步辐射EXAFS技术研究了ZnO薄膜的局域结构，得到有关的几个结构参数。     

同步辐射X射线驻波实验技术研究半导体超薄异质外延层

利用双晶单色器和精密二圆衍射仪,在北京同步辐射装置建立了同步辐射X射线驻波实验技术,并用这一实验技术结合X射线衍射方法,研究了Si晶体中外延生长的超薄Ge原子层的微结构。实验结果表明,由于Ge原子的偏析,在Si晶体样品中形成了共格生长的GexSi1-x合金层,浓度平均值为X=0．13;650℃退火会使Ge原子向表面扩散,Si晶体中的合金层消失,在晶体表面形成接近纯Ge的单原子层。     

U-10Mo/Al-2Si扩散层性质研究

采用热压扩散偶方法研究了U-10Mo/Al-2Si的扩散层性质.实验在真空热压炉中完成,温度550～570℃.时间5～21 h.结果表明:扩散层随时间的延长和温度的提高而增厚;U-Mo侧生成了抑制U-Mo/Al的扩散反应,Si含量高达47.4%(原子分数)的富Si层.从U-Mo侧到Al-2Si侧,U和Mo的含量递减而A...     

膨润土-砂混合物缓冲层轴向热传导性研究

膨润土-砂混合物作为高放废物处置库缓冲材料,在高放废物衰变释热作用下,其物理力学性能对处置库的稳定和安全性具有重要影响。本研究采用自行设计的装置,对按比例缩小后的不同干密度、含水率、掺砂率试样进行热传导模拟试验,并对缓冲层热-力耦合过程进行数值模拟分析,得到了缓冲层温度、应力和应变的变化及分布情况,重点分析了温度的影响。结果表明,增大试样干密度、含水率和掺砂率均可提高其导热性,应变也随之增大,应力受温度影响较早达到平衡;缓冲层靠近热源的位置温度、应力和应变最大,沿轴向方向递减,初始时刻变化明显。     

同步辐射X射线反射技术及其在测量δ掺杂晶体中原子表层深度分布的应用

X射线低角反射实验技术是测定固体材料表层中杂质原子深度分布的有效手段。利用同步辐射X射线反射技术和近年来发展的由反射实验数据逆向求解原子深度分布的分层逼近法，研究了不同温度下分子束外延生长的δ掺杂（Sb)Si晶体样品，成功地测量了样品中几个纳米范围内的Sb原子深度分布，所得结果表明，300℃以下是用分子束外延方法在Si晶体中生长Sb原子δ掺杂结构的合适温度。     

分子束外延生长ZnO薄膜的XAFS研究

利用同步辐射广延X射线吸收精细结构(EXAFS),研究在不同条件下分子束外延制备的ZnO薄膜,如分别在蓝宝石(0001)、Si(100)衬底上,生长温度为200℃或300℃下得到样品的局域结构。发现这些ZnO薄膜的EXAFS函数(k^2x(k))谱形状相似,说明各个样品都具有较为相近的基本局域结构。对生长温度为200℃的ZnO／Al2O3(0001)和ZnO／Si(100)样品,其Zn-O第一配位峰的无序度仃。分别为0．0054A^2和0．0080A^2,当生长温度从200℃提高到300℃时,ZnO／Al2O3(0001)样品的Zn-O第一配位峰的无序度仃。降为0．0039A^2。结果表明衬底与ZnO的晶格失配度和生长温度对ZnO薄膜的配位数、Zn-O键长影响不大,但较小的晶格失配度和较高的生长温度下得到的ZnO薄膜局域有序性较高;且样品的局域结构越有序,相应的配位峰幅度也越高。     

硅上异质外延氧化铝的X射线测试分析

高剂量X射线粉末衍射测试说明升高温度有利于γ－Al2O3/Si外延生长，单晶衍射法证明应用低压CVD和高真空外延技术在我们的实验室生长出γ－Al2O3/Siuj单晶薄膜。它们的结晶关系是（100）γ－Al2O3/／Si，[010]γ－Al2O3//[010]Si。     

镍增进无定形硅低温固相外延生长

离子注入形成的无定形硅在可形成硅化物杂质镍作用下，促使无定形层硅在低温时发生了固相外延生长。注入杂质镍浓度为１×１０＾１２－２．５×１０＾１７Ｎｉ／ｃｍ＾２，卢瑟福背散射和沟道测量表明，６个量级剂量注入并经４３０℃退火后的样品都发生了不同程度的固相外延生长，且比通常固相外延生长约加快了二个数量级，其外延生长速度与镍浓度相关。     

带有AlN插入层的GaN薄膜的结构及应变研究

利用金属有机化学汽相沉积（MOCVD）法在硅衬底上生长具有AlN插入层的GaN外延膜，采用高分辨X射线衍射（HRXRD）和卢瑟福背散射/沟道（RBS/Channeling）技术研究分析其结构和应变性质。从RBS<0001>沟道谱可知，该外延膜具有良好的结晶品质，χ_min=2.5%。利用不同方位角上XRD摇摆曲线测量，可得出GaN（0001）面与Si（111）面之间的夹角β=1.379°。通过对GaN（0002）和GaN（1015）衍射面的θ-2θ扫描，可以得出GaN外延膜在垂直方向和水平方向的平均弹性应变分别为-0.10%±0.02%和0.69%±0.09%。通过对{1010}面内非对称<1213>轴RBS角扫描可得出由弹性应变引起的四方畸变e_T在近表面处为0.35%±0.02%。外延膜弹性性质表明GaN膜在水平方向具有张应力(e∥>0)、在垂直方向具有压应力(e^⊥<0)，印证了XRD的结果。四方畸变是深度敏感的，通过对不同深度的四方畸变计算可知，AlN插入层下面的GaN外延膜弹性应变释放速度比AlN层上面的GaN层弹性应变释放快，说明AlN层的插入缓解了应变释放速度。     

基于微液层模型的单汽泡生长数值模拟研究

核态沸腾换热在传热传质方面有着重要的作用,其发生机理和传热传质过程仍是研究的重点。随着实验手段的提高,微液层模型得到了广泛的关注。通过对微液层中传热传质的分析,建立了微液层厚度与热流密度和气化率之间的关系。利用界面扩散法对汽液相界面进行追踪,并在汽泡与加热壁面之间构建微液层模型,研究在核态沸腾条件下,微液层的变化对汽泡生长和加热壁面温度分布的影响。结果表明,数值模拟得到的汽泡生长过程和加热壁面温度分布与实验结果吻合得很好,初步验证了模型的正确性。并通过数值模拟,进一步分析了汽泡生长过程中微液层、干性区域和汽泡底部半径的变化规律以及壁面温度的分布情况。     

U-10Mo/Al-Si固体扩散行为

采用扩散偶方法研究U-10Mo合金与Al-xSi(x＝0,1,2,5,7,9,质量分数)合金的固体扩散行为。实验在真空热压炉中完成,退火温度为555、570、580、590和595℃,时间为5～10h。实验结果表明：退火条件对扩散行为有显著影响,580℃是U-10Mo/Al-xSi扩散行为的重要分界点;当温度低于580℃热压退火处理时,扩散层厚度随Si含量的增加先急剧减小然后缓慢增大;当温度高于580℃时,扩散层的厚度随Si含量的增加而增加。Si含量较高(≥2%)的扩散偶扩散层厚度比低Si含量的小,扩散层呈3层结构,靠近Al-Si侧出现贫Si区。成分分析显示：Si含量较高的扩散偶,靠近U-Mo侧的扩散薄层中出现Si的富集,其成分为(U,Mo)(Al,Si)_x (x≤3);靠近Al-Si合金侧的扩散层成分为(U,Mo)(Al,Si)_x (x＞3)。     

分子束外延生长硅薄膜缺陷性质的单能慢正电子束研究

用慢正电子束流作为探针,测量了不同温度下用分子束外延生长的硅薄膜的正电子湮没Ｓ参数,讨论了外延层质量与生长温度及膜层厚度的关系,所得结论为：对于几百纳米厚度的分子束外延生长层,５００℃左右是一个比较合适的生长温度范围。温度过低,膜中将会含有大量的空位型缺陷;温度太高,杂质在材料中会有明显的扩散行为,对产品性能发生较大影响。     

用正电子湮没方法研究氦离子等离子体辅助分子束外延InP(InGaAsP)/InP结构

用氦离子等离子体辅助分子束外延（PAMBE）方法生长了InP(InGaAsP)/InP结构。研究结果发现,PAMBE外延层具有很高的电阻率和很快的光反应特性。用慢正电子湮没方法研究了这一外延层,测量结果说明这些特性与等离子体造成的缺陷及缺陷随温度变化有直接关系。     

钝化层结构对氚辐伏电池转换性能的影响

在辐射伏特效应同位素电池(辐伏电池)中,器件的辐伏转化性能不仅受限于换能器件所用的半导体材料、结构或加载放射源的种类,还受换能器件表面钝化层结构的影响。为在氚化钛源加载的平面单晶硅PN结辐伏电池(氚辐伏电池)中得到最佳的钝化效果,本文设计了3种不同的钝化层结构,考察其初始输出性能和抗辐射性能,并单独研究了氚化钛源出射的X射线对单晶硅换能器件的辐射损伤。结果显示:在辐伏电池初始输出性能方面,Si/SiO2/Si3N4结构Si/B-Si glass/Si3N4结构Si/Si3N4结构;在抗氚化钛源辐射损伤方面,Si/Si3N4结构Si/B-Si glass/Si3N4结构Si/SiO2/Si3N4结构,Si/B-Si glass/Si3N4结构具有最佳的抗X射线辐射衰减性能。氚化钛源出射的X射线对辐射损伤效应起主要作用,XPS结果显示,X射线长时间辐照造成了单晶硅表面平整性的破坏。     

用正电子湮没方法研究氦离子等离子体辅助分子束外延InP(InGaAsP)/InP结构

用氦离子等离子体辅助分子束外延方法生长了ＩｎＰ（ＩｎＧａＡｓＰ）／ＩｎＰ结构。结果发现,ＰＡＢＭＥ外延层具有很高的电阻率和很快的光反应特征。用慢正电子湮没方法研究了这一外延层。测量结果说明这些特性与等离子体造成的缺陷及缺陷随温度变化有直接关系。     

PZT薄膜的晶格常数与其厚度的关系

对磁控溅射法在YBa2Cu3O7-δ缓冲层及SrTiO3(001）衬底上生长的Pb(Zr0.52Ti0.48）O3薄膜材料，应用X射线散射倒空间作图法研究了薄膜在垂直（a⊥）和平行（a||）于表面方向的晶格常数与其厚度的关系。研究结果表明，随着PZT厚度的增加，a⊥增加，而a||减小。这种晶格常数的变化，不能用一般的薄膜弹性畸变来解释，我们归结为晶体的尺寸效应起了很大的作用。X射线衍射的测量结果表明，随着PZT厚度的增加，其晶粒尺寸也增加。     

立方相GaN外延层的X射线四圆衍射分析

本采用多功能四圆X射线衍射仪测绘出立方相GaN/GaAs(001）外延层的极图和倒易空间mapping,研究了六角相GaN和立方相微孪晶的取向、晶粒形状和极性等特征。结果表明外延层中片状六角相与立方相之间的取向关系为：（111）／／（0001）、＜112＞／／＜1010＞。由于（111）Ga面的外延速度远高于{111}N面,导致较多六角相和立方相微孪晶在[110]或[110]方向上的（111）Ga面和(111)Ga面上形成,而在[110]或[110]方向上六角相和立方相微孪晶含量较低。外延层中立方相微孪晶的含量明显低于六角相,表明六角相的形成可以更有效的释放局部应力集中。     

电子辐照SiGe HBT和Si BJT的直流特性分析

研究了1MeV不同剂量电子辐照前后SiGe异质结晶体管(HBT)的直流特性,并与Si双极晶体管(BJT)进行了比较。结果表明辐照后SiGe HBT的IB基本不变,Ic和β都下降;随电子辐照剂量的增加,Ic和β都减小。对si BJT而言,IB和Ic与在相同辐照剂量辐照后的SiGe HBT相比都增大很多,β下降幅度也很大。这说明SiGe HBT具有比Si BJT更好的抗辐照性能。对电子辐照后器件电学性能的变化机制进行了初步分析。