三氧化二铁外延薄膜的制备及贯穿位错表征

氧化物薄膜中贯穿位错的类型和密度对其物理与化学性质具有重要影响。本文利用脉冲激光沉积技术在Al₂O₃(0001)和SrTiO₃(111)衬底上分别生长了α-Fe₂O₃外延薄膜，并利用X射线衍射、原子力显微镜和透射电子显微术对不同温度下生长的薄膜其相结构、结晶度、表面形态和位错类型等进行了系统的表征。结果表明：生长温度对Al₂O₃衬底上薄膜的质量影响很小，而对SrTiO₃衬底上薄膜的质量影响显著，Al₂O₃衬底上薄膜的结晶度和表面平整度普遍优于SrTiO₃衬底上的薄膜；Al₂O₃衬底上薄膜中的贯穿位错为■刃型不全位错，而SrTiO₃衬底上薄膜中的贯穿位错不仅包含■刃型不全位错，还有■混合型全位错。     

亚稳相Ga2O3异质外延的研究进展

作为一种新兴的超宽禁带半导体材料,氧化镓(Ga₂O₃)被认为是下一代高功率电力电子器件领域的战略性先进电子材料。相较于热稳定的β-Ga₂O₃,亚稳相Ga₂O₃表现出更为新颖的物理性质,逐渐受到关注。通过异质外延生长高质量的亚稳相Ga₂O₃单晶薄膜是实现亚稳相Ga₂O₃基功率电子、微波射频和深紫外光电信息感知器件的重要前提。重点阐述了亚稳相Ga₂O₃的晶体结构、电子能带结构以及相关物理性质,总结了近年来亚稳相Ga₂O₃异质外延和能带工程的研究进展,并对未来亚稳相Ga₂O₃材料和器件的发展趋势进行了展望。     

具有界面依赖光致发光的双层WS2/Ga2O3异质结的能带工程(英文)

利用垂直WS₂/Ga₂O₃异质结构中异质界面诱导了反常的光致发光(PL)发射。垂直堆栈的WS₂/Ga₂O₃异质界面使其形成了II型能带结构,导致与Ga₂O₃层接触的底层WS₂的PL强度下降。而异质界面的强耦合作用也影响了双层WS₂中的同质层间相互作用,使得上层WS₂出现反常的PL增强。这种堆栈新型二维异质结构为定制目标能带结构并控制其光子和电子行为提供一种新的手段。     

(110)取向BiFeO3薄膜界面诱导结构特性研究

在正交(010)取向的GdScO₃衬底上设计并生长了(110)取向BiFeO₃薄膜和PbTiO₃/BiFeO₃双层膜,并利用像差校正扫描透射电子显微镜对其界面结构进行了细致的研究。发现在BiFeO₃/GdScO₃界面以上两个单胞范围内BiFeO₃的极化消失,可能形成了正交结构,第3～4个单胞范围的BiFeO₃极化由于界面效应而受到一定的抑制;同时发现在PbTiO₃/BiFeO₃界面附近的PbTiO₃面外晶格参数有所减小,这可能与其极化方向转向面内方向有关。     

增强型β-Ga2O3/4H-SiC异质结VDMOS的设计与研究

由于β-Ga₂O₃材料难以形成P型掺杂，目前β-Ga₂O₃功率器件大多为无结耗尽型。为了解决β-Ga₂O₃器件难以形成增强型的问题，提出了一种具有β-Ga₂O₃/4H-SiC异质结的纵向双扩散金属-氧化物-半导体场效应晶体管(VDMOS)。添加P型4H-SiC后，利用形成的PN结的单向导通性得到了正阈值电压，实现了增强型器件。使用Sentaurus TCAD仿真软件模拟了器件结构并研究了其电学特性，通过调节SiC厚度、SiC沟道浓度、外延层厚度和外延层浓度四个重要结构参数，对器件的功率品质因数进行优化设计。优化后的器件具有1.62 V的正阈值电压、39.29 mS/mm的跨导以及5.47 mΩ·cm²的比导通电阻。最重要的是器件的关态击穿电压达到了1838 V,功率品质因数高达617 MW/cm²。结果表明，该β-Ga₂O₃/...     

汽车用AZ91D合金的表面激光熔覆与性能研究

通过激光熔覆技术在AZ91D合金表面制备Al-TiC和Al-TiC-Y₂O₃熔覆层，研究Al∶TiC质量比和Y₂O₃添加量对熔覆层截面形貌、物相、硬度和耐腐蚀性能的影响。结果表明：不同Al∶TiC质量比的Al-TiC熔覆层和不同Y₂O₃添加量的Al-TiC-Y₂O₃复合熔覆层都与AZ91D合金基体实现了良好的冶金结合；Al-TiC熔覆层的主要物相为Ti₃AlC、TiC、Mg₂Al₃和Al₃Mg₂,加入Y₂O₃后的Al-TiC-Y₂O₃熔覆层中新产生了Al₃Y和Al₄MgY相；当Al∶TiC质量比为8∶1、4∶1和2∶1时，相应的Al-TiC熔覆层的硬度约为AZ91D合金的2....     

B2O3对BaZrO3微波介质陶瓷材料性能的影响

以分析纯的BaCO₃、ZrO₂、B₂O₃为原料,采用传统固相法制备了添加x%B₂O₃(质量分数x=0.5～5.0)的BaZrO₃微波介质陶瓷。运用扫描电子显微镜、矢量网络分析仪和X线衍射仪等实验手段研究了不同B₂O₃添加量对BaZrO₃陶瓷微观结构、相组成及微波介电性能的影响。结果表明,随着B₂O₃添加量的增加,材料致密烧结温度降低,介电常数减小,介电损耗降低。当B₂O₃添加量超过1%时,有BaZr(BO₃)₂相析出。在B₂O₃添加量为3%,烧结温度为1 300℃时,BaZrO₃陶瓷获得优异的微波介电性能：介电常数ε_r=33.02,品质因数与频率之积Q×...     

Bi2O3掺杂Ba0.85Ca0.15(Zr0.1Ti0.88Mn0.02)O3压电陶瓷及微型气泵的制备与性能研究

采用固相法制备了Bi₂O₃掺杂的Ba_0.85Ca_0.15(Zr_0.1Ti_0.88Mn_0.02)O₃压电陶瓷，研究了体系的微观结构，以及Bi₂O₃掺杂量对体系压电性能的影响；将体系最优性能的样品装配成微型气泵，并与日本村田的MZB1001T02微型泵进行了性能对比。研究表明，Bi₂O₃掺杂Ba_0.85Ca_0.15(Zr_0.1Ti_0.88Mn_0.02)O₃的无铅压电陶瓷呈单一的钙钛矿结构，少量的Bi₂O₃掺杂使体系保持了三方-四方相共存的特性。当掺杂量(质量分数)为0.05%时，样品晶粒分布均匀，介电和压电性能最优，即ε^T_33...     

超宽禁带半导体α-Ga2O3肖特基二极管仿真研究

氧化镓(Ga₂O₃)作为一种新型的超宽禁带半导体材料,与目前常用的半导体材料SiC和GaN相比,具有更大的禁带宽度、更高的击穿场强等优良特性。设计了一种基于α-Ga₂O₃的垂直型肖特基二极管(SBD),采用场板终端结构降低阳极边缘电场强度,研究了不同绝缘材料下阳极附近的电场分布,并探讨了场板结构与长度对其击穿特性的影响。仿真结果表明,在选取HfO₂作为α-Ga₂O₃垂直型SBD场板结构的绝缘材料时,场板结构可以增大该器件的反向击穿电压,最大反向击穿电压可达约1 100 V,对于现实中制备α-Ga₂O₃ SBD具有非常重要的参考意义。     

Nd2O3含量对宽带激光熔覆生物活性稀土梯度涂层生物相容性的影响

针对目前生物活性陶瓷涂层存在的问题,设计了一种梯度涂层,采用宽带激光熔覆技术,通过加入不同含量的稀土氧化物Nd₂O₃来提高激光熔覆生物陶瓷涂层的生物相容性,在Ti-6Al-4V合金表面制备了含HA+β-TCP的稀土活性梯度陶瓷涂层。利用SEM、XRD对活性涂层组织结构进行了研究。采用体外人成骨细胞与材料共培养的方法,对梯度活性陶瓷涂层进行了细胞形态实验。结果表明:Nd₂O₃含量的不同,对涂层催化效果不一样,使得复合涂层呈现形态各异的表面特征,但涂层表面都具有一定的粗糙度,将增加生物陶瓷涂层与骨组织的生物相容性;稀土氧化物Nd₂O₃在激光熔覆生物陶瓷过程中具有催化合成HA+β-TCP的作用,当w（Nd₂O₃）=0.6%时,诱导合成HA+β-TCP的数量最多;含稀土氧化物Nd₂O₃的涂层对成骨细胞无毒副作用,当w（Nd₂O₃）=0.6%时染色呈正常梭形状态的细胞数目最多,具有最佳的生物相容性。     

基于MIS电容器的Al2O3与In0.74Al0.26As的界面特性

采用In_0.74Al_0.26As/In_0.74Ga_0.26As/In_xAl_1-xAs异质结构多层半导体作为半导体层,制备了金属-绝缘体-半导体（MIS）电容器。其中,SiN_x和SiN_x/Al₂O₃分别作为MIS电容器的绝缘层。高分辨率透射电子显微镜和X射线光电子能谱的测试结果表明,与通过电感耦合等离子体化学气相沉积生长的SiN_x相比,通过原子层沉积生长的Al2_O3可以有效地抑制Al₂O₃和In_0.74Al_0.26As界面的In₂O₃的含量。根据MIS电容器的电容-电压测量结果,计算得到SiN_x/Al₂O₃/In...     

易回收型Ag/BiOCl/Bi2O3/CNF异质结光催化剂的制备及降解性能研究

针对传统粉体光催化剂难以回收的问题,以电纺碳纤维(CNF)为基底,通过两步溶剂热法和光还原反应,制备了Ag/BiOCl/Bi₂O₃/CNF异质结光催化剂。BiOCl/Bi₂O₃异质结可有效提升光生载流子的分离能力,Ag修饰增强了电荷传输,使复合光催化剂对有机污染物的降解性能大幅提升。通过吸附-降解协同作用,Ag/BiOCl/Bi₂O₃/CNF对10 mg·L^-1罗丹明B (RhB)经光照120 min后的移除率高达91.1%,对20 mg·L^-1盐酸四环素(TCH)经光照160 min后的移除率达85.3%。Ag/BiOCl/Bi₂O₃/CNF不仅可快速处理有机污染物,还具有循环稳定、便捷回收的特点,可克服现有粉体光催化剂难以重复利用的缺点,具有实际应用潜力。     

自供能Bi2O2Se/TiO2异质结紫外探测器的制备与光电探测性能

采用一步水热法合成了不同质量分数的Bi₂O₂Se/TiO₂异质结构,对其进行了X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜表征,并基于Bi₂O₂Se/TiO₂异质结制备了紫外探测器。实验结果表明：在365 nm紫外光的照射下,Bi₂O₂Se的质量分数为60%时,Bi₂O₂Se/TiO₂异质结探测器的光电探测性能最好,光电流高于Bi₂O₂Se探测器,是TiO₂探测器的7倍;响应时间约为30 ms,是TiO₂探测器的1/6。Bi₂O₂Se/TiO₂异质结探测器的响应度和探测率分别为10^-3A/W、1.08×10⁷cm·Hz^1/2/W,均比...     

La2O3和Nb2O5掺杂对SrTiO3氧敏特性及半导化影响

研究Nb和La双施主掺杂对SrTiO₃陶瓷氧敏性能及半导化的影响,采用固相法合成了La、Nb复合掺杂的钛酸锶Sr_1-xLa_xTi_1-xNb_xO₃(x=0,0.001,0.01,0.03,0.05,0.1)钙钛矿复合系氧化物。研究不同的La,Nb掺杂量对氧敏材料灵敏度、电导率的影响,对合成氧敏元件在高温下的氧敏性能、电导性进行了测定。结果表明,双施主掺杂不仅可促进SrTiO₃陶瓷半导化,而且对氧敏元件灵敏度有重要影响,x=0.3 时呈现出理想的氧敏特性。     

Sm3+掺杂(Na0.2Bi0.2Ba0.2Sr0.2Ca0.2)TiO3高熵粉体的制备及其荧光性能研究

采用固相法制备了稀土Sm³⁺(0～0.10 mol)掺杂的(Na_0.2Bi_0.2Ba_0.2Sr_0.2Ca_0.2)TiO₃高熵荧光粉。研究发现,随着Sm³⁺掺杂量的增加,(Na_0.2Bi_0.2Ba_0.2Sr_0.2Ca_0.2)TiO₃高熵粉体逐渐出现了Sm₂Ti₂O₇杂相,其发光强度发生明显变化。当Sm³⁺掺杂量为0.04 mol时,(Na_0.2Bi_0.2Ba_0.2Sr_0.2Ca_0.2)TiO₃高熵粉体具有单一的钙钛矿结构,且各元素组分分布均匀,并表现出最佳的荧光性能。当...     

基于核壳结构二氧化钛纳米棒/甲基氨铅氯钙钛矿高性能的紫外光电探测器

利用甲氨铅氯(CH₃NH₃PbCl₃)钙钛矿薄膜直接包覆在垂直二氧化钛纳米棒(TiO₂NRs)阵列上的方法,研制了一种灵敏的紫外光电探测器。光响应分析表明,所制备的TiO₂NRs阵列/CH₃NH₃PbCl₃钙钛矿核壳异质结对紫外辐射非常敏感,峰值灵敏度在365nm左右,但对波长大于400nm的光照几乎不敏感。在365nm的光照以及2V的偏压下,其响应度和比探测率分别为～50mA/W和～5.39×10¹⁰ Jones。此外,该器件表现出良好的环境稳定性。根据我们的理论模拟,相对较好的器件性能与核壳异质结阵列独特的几何结构的显著地光限制效应有关。结果表明,基于TiO₂NRs阵列/CH₃NH₃PbCl₃钙钛矿核壳异质结的紫外光电探测器在未来的紫外光电系统中有着潜在的应用前景。     

微波辅助烧结Al掺杂ZnO陶瓷的缺陷和光学性能研究

采用微波辅助烧结法在空气气氛中以1100℃烧结20 min制备出不同Al₂O₃掺杂量（摩尔分数0%～6%）的ZnO陶瓷。通过XRD、SEM、霍尔实验、UV-Vis光谱、Raman光谱、PL光谱的表征,研究了Al₂O₃掺杂量的变化对微波辅助烧结ZnO陶瓷的物相结构、微观组织、电学性能、光学性能的影响。实验结果表明,Al₂O₃掺杂并没有改变ZnO陶瓷的六方纤锌矿结构,随着Al₂O₃掺杂量的增加,在ZnO晶界处逐渐形成ZnAl₂O₄尖晶石相,ZnO晶粒尺寸逐渐减小;微波辅助烧结所制备ZnO陶瓷的室温电阻率和光学带隙随Al₂O₃掺杂量的增加呈先减小后增加的趋势;当Al₂O₃掺杂量为摩尔分数4%时,所制备ZnO陶瓷的综合性能最好,样品的室温电阻率为1783Ω·cm,光学带隙为3.04 eV;随...     

Al2O3-SiO2/纤维素复合气凝胶的制备及其阻燃性能

针对纤维素气凝胶隔热性能差、易燃烧等问题,基于液氮定向冷冻及真空冷冻干燥技术,以低成本、环境友好的微晶纤维素为原材料,Al₂O₃-SiO₂溶胶为阻燃剂,去离子水为溶剂,加入硼酸作为催化剂控制共水解进程,制备出隔热阻燃性能良好的Al₂O₃-SiO₂/纤维素复合气凝胶。采用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、热重分析仪、锥形量热仪等研究了Al₂O₃-SiO₂溶胶含量对材料结构与性能的影响,并分析了复合气凝胶的阻燃机制。结果表明,随着Al₂O₃-SiO₂溶胶含量的增加,Al₂O₃-SiO₂/纤维素复合气凝胶从蜂窝状结构向多孔三维网络结构转变,孔径减小。Al₂O₃-SiO₂溶胶与微晶纤维素溶液体积比为2...     

氧化镓基肖特基势垒二极管的研究进展

Ga₂O₃是一种新型宽禁带半导体材料,禁带宽度约为4.8 eV,临界击穿电场理论上可高达8 MV/cm, Baliga优值超过3 000,因此在制作功率器件方面有很大的潜力。Ga₂O₃是继SiC和GaN之后制作高性能半导体器件的优选材料,近年来受到了广泛的关注。介绍了Ga₂O₃材料的基本物理性质,分析了Ga₂O₃基肖特基势垒二极管(SBD)的优势及存在的问题。重点从器件工艺、结构和边缘终端技术等角度评述了优化Ga₂O₃基SBD性能的方法,并对Ga₂O₃基SBD的进一步发展趋势进行了展望。     

阳极刻蚀提升Ga2O3肖特基势垒二极管击穿特性

提出了一种采用阳极刻蚀提升Ga₂O₃肖特基势垒二极管(SBD)击穿特性的新方法。基于氢化物气相外延(HVPE)法生长的Ga₂O₃材料制备了Ga₂O₃纵向SBD。在完成阳极制备后，对阳极以外的Ga₂O₃漂移区进行了不同深度的刻蚀，刻蚀完成后，在器件表面生长了SiO₂介质层，随后制备了场板结构。测试结果显示，刻蚀后器件的比导通电阻小幅上升，而反向击穿电压均大幅提升。刻蚀深度为300 nm的β-Ga₂O₃ SBD具有最优特性，其比导通电阻(R_{on, sp})为2.5 mΩ·cm²,击穿电压(V_br)为1 410 V,功率品质因子(FOM)为795 MW/cm²。该研究为高性能Ga₂O₃ SBD的制备提供了一种新方法。