Ga在SiO2-Si复合结构中的热分布研究

用H2和Ga2O3的高温反应形成元素Ga的恒定表面源，通过SiO2-Si复合结构实现了Ga在Si中的高均匀性掺杂；利用二次离子质谱分析(SIMS)、扩展电阻(SRP)、四探针测试等方法，对P型杂质Ga在SiO2薄膜、SiO2-Si两固相接触的内界面、近Si表面的热分布进行分析；揭示出开管方式扩散Ga的实质是由SiO2薄膜对Ga原子的快速输运及其在SiO2-Si内界面分凝效应两者统一的必然结果；并对该过程Ga杂质浓度分布机理进行了分析和讨论。     

SiO2-Si界面实现Ga掺杂的研究

通过原子力显微镜（AFM）、二次离子质谱（SIMS）、扩展电阻（SRP）等方法对Ga在SiO2薄层、SiO2-Si界面的扩散特性进行测试表征与机理分析。其结果表明：源于H2和Ga2O3高温反应新生成的元素Ga，经SiO2薄层的快速吸收和输运，到达SiO2-Si的界面，其吸收-输流量在确定的扩散条件下正比于掺杂时间；Ga在SiO2-Si界面按照固-固扩散原理和凭借在Si内有较高溶解度特性实现了Si体内有效扩散；上述两者的有机结合，使Ga原子通过理想表面扩入硅体，从而得到高均匀性、高重复性的扩散结果。     

Ga近硅表面连续低浓度分布特性分析

为进一步揭示Ga在SiO2／Si系统下的完整扩散特性和分布行为，利用扩展电阻(SRP)分析方法，对恒定源、限定源，二次氧化(指磷扩散的再分布过程)不同温度和气氛，Ga在近硅表面微区域浓度连续性变化状态进行了系统研究。结果表明，恒定源掺杂过程有Ga的低浓度区形成；限定源再分布过程Ga出现反扩散特性：二次氧化过程Ga产生异常分凝特性。上述分布行为的综合效果，导致近硅表面Ga的浓度处于耗尽状态。对Ga的表面耗尽，可通过适当的工艺方法给予补偿，因此Ga基区晶体管的电学性能仍然优于同类产品。     

Ga杂质分布对晶体管V-I特性的影响

利用低浓度掺杂-结深推移-高浓度掺杂设计方法形成Ga基区，制备出NPN晶体管样品。实验结果与理论分析表明：Ga的线性缓变分布和SiO2薄膜覆盖下的扩散，大幅度提高了器件耐压水平与综合电学性能：IC-VCE中的负阻效应是由Ga原子表面浓度经二次氧化变为耗尽状态所致，对此，可采用Si3N4/SiO2／Si复合结构加以改善；总之，开管扩镓是一种制备高压器件不可比拟的新途径。     

TiO2/O''''-Sialon界面反应过程

以反应烧结的O'-Sialon和金红石型TiO2为研究对象,设计制备了TiO2/O'-Sialon扩散偶,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及电子探针微区分析(EPMA)等方法,对扩散偶的扩散界面及垂直于界面的断面进行了物相分析、形貌观察及元素面分布分析,并在此基础上探讨了TiO2/O'-Sialon界面反应过程.XRD结果表明:TiO2与O'-Sialon在界面处发生反应生成TiN和SiO2,但在1 200℃时扩散反应程度微弱,界面处存在Sm2O3偏析,并且与SiO2生成Sm2Si2O7;SEM照片显示TiO2/O'-Sialon界面处存在不规则硅酸盐熔融层;EPMA元素面分布分析表明Ti、Si等元素富集于硅酸盐熔融层内,只有微量元素扩散至基体内.综合分析结果得出,TiO2/O'-Sialon界面反应过程可分为三个阶段:物理接触阶段、熔融层形成及元素富集阶段、熔融层增长阶段.     

异步轧制硅钢表面纳米结构稳定性与渗硅行为

对3%无取向硅钢进行异步轧制以实现表面纳米化,分别在真空和渗硅条件下进行不同参数的热处理,研究显微组织、物相和成分的演变.结果表明:经过速比为1.31,轧制道次为20,总压下量为91%的异步轧制后,板材表面形成了尺寸为10~20 nm,取向呈随机分布的纳米晶;在真空下升温,表面纳米晶的再结晶温度明显提高;在渗硅剂(Si粉+1%(质量分数)卤化物)中升温,表面纳米晶的再结晶温度因外部Si原子沿着缺陷的快速扩散而进一步提高,使得纳米晶界面能够在更高的温度下(750℃)发挥扩散通道作用,促进Si原子的扩散,并在显著地降低保温时间和(作为催化剂的)卤化物含量的同时获得致密的渗Si层.     

Ga在裸Si系的扩散模型及掺杂效应分析

依据Ga在Si中的扩散行为、开管扩Ga系统的特征及扩Ga样品的XPS、EPMA和R<,s>的测试结果分析,提出了Ga在裸Si系的扩散模型,并从机理上分析了Ga的掺杂效应.结果表明:Ga在裸Si系下扩散,易产生合金点、腐蚀坑和"白雾"等缺陷,并造成R<,s>值不均匀.扩Ga产生的缺陷与硅片的导电类型、电阻率大小、晶向和表面光洁度无关.     

TiO_2/O-′Sialon界面反应过程

以反应烧结的O-′Sialon和金红石型TiO2为研究对象,设计制备了TiO2/O-′Sialon扩散偶,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及电子探针微区分析(EPMA)等方法,对扩散偶的扩散界面及垂直于界面的断面进行了物相分析、形貌观察及元素面分布分析,并在此基础上探讨了TiO2/O-′Sialon界面反应过程。XRD结果表明:TiO2与O-′Sialon在界面处发生反应生成TiN和SiO2,但在1200℃时扩散反应程度微弱,界面处存在Sm2O3偏析,并且与SiO2生成Sm2Si2O7;SEM照片显示TiO2/O-′Sialon界面处存在不规则硅酸盐熔融层;EP-MA元素面分布分析表明Ti、Si等元素富集于硅酸盐熔融层内,只有微量元素扩散至基体内。综合分析结果得出,TiO2/O-′Sialon界面反应过程可分为三个阶段:物理接触阶段、熔融层形成及元素富集阶段、熔融层增长阶段。     

用Al作中间层的Si3N4陶瓷的扩散焊接

在温度为600℃，压强为30MPa和保温2h的条件下，成功地实现了Si3N4／Al／Si3N4试样的直空扩散连接，用SEM和EPMA方法进行的连接机理分析表明，Si3N4和Al的连接是通过有限的原子相互扩散实现的。用SEM和EDXA方法研究了Si3N4／Al界面的断口。结果表明，Si3N4／Al界面的断裂模式属于界面脆性剥离。     

气压浸渗制备Al-Si-Al结构中硅的溶解及控制

采用气压浸渗法制备了Al-Si-Al三明治结构的复合材料来研究硅的溶解及控制.光学显微镜观察显示:在没有SiO2的情况下,硅片被铝合金溶解,其界面失去平直而变成波纹的形状；采用高温氧化的方法是硅片表面生成一层SiO2,这可有效防止硅的溶解,其界面保持平直.SEM及EDS分析表明,A1-Si界面结合良好,界面处富含氧元素,最终界面反应产物为MgAl2O4、A12O3.     

Self-diffusion and impurity diffusion in silicon dioxide

We present experimental and simulation results of silicon (Si) self-diffusion and boron (B) diffusion in silicon dioxide (SiO₂), and examine the effect of nitrogen (N) on diffusion in SiO₂. To elucidate the point defect that mainly governs the diffusion in SiO₂, the diffusion of implanted ³⁰Si in thermally grown ²⁸SiO₂ is investigated. The experimental results show that Si self-diffusivity increases with decreasing distance between the ³⁰Si and Si-SiO₂ interface. We propose a model in which SiO molecules generated at the interface and diffusing into SiO₂ enhance Si self-diffusion, and the simulation results fit the experimental results. The B diffusivity also increases with decreasing the distance, which indicates that B diffusion is enhanced by SiO. In addition, we investigate the effects of B and N on SiO diffusion in SiO₂. We show that the existence of B increases SiO diffusivity and hence decreases the viscosity of SiO₂. On the other hand, the incorporation of N decreases SiO diffusivity, which reduces B diffusion in SiO₂ and increases the viscosity.     

熔盐电解CuO/SiO2制备铜硅合金

以质量比为1∶1的CuO、SiO2混合氧化物为反应原料,熔融的CaCl2-NaCl为电解液,在槽电压2.8 V、电解温度700℃下,电解5 h制备得到Cu3Si/Si复合物。热力学计算结果表明,在700℃下,CuO优先被电解还原生成单质Cu,SiO2在SiO2/CaCl2-NaCl电解质/Cu三相反应界面进行电解还原,生成的单质Si与Cu自发进行合金化反应,生成Cu3Si。新生成的Cu3Si合金作为新的导电集流体,推进SiO2的电解反应。电解产物Cu3Si/Si的微观形貌为粒径在0.1~1.9μm之间的多孔颗粒堆积,Si颗粒覆盖在Cu3Si合金颗粒表面。     

Ti/Cu/Ti部分瞬间液相连接Si_3N_4的界面反应和连接强度

用Ti/Cu/Ti多层中间层在 12 73K进行氮化硅陶瓷部分瞬间液相连接 ,实验考察了保温时间对连接强度的影响。用SEM ,EPMA和XRD对连接界面进行微观分析 ,并用扩散路径理论 ,研究了界面反应产物的形成过程。结果表明 :在连接过程中 ,Cu与Ti相互扩散 ,形成Ti活度较高的液相 ,并与氮化硅发生反应 ,在界面形成Si3N4 /TiN/Ti5Si3 Ti5Si4 TiSi2 /TiSi2 Cu3Ti2 (Si) /Cu的梯度层。保温时间主要是通过影响接头反应层厚度和残余热应力大小而影响接头的连接强度     

Ti／Cu／Ti部分瞬间液相连接Si3N4的界面反应和连接强度

用Ti/Cu/Ti多层中间导在1273K进行氮化硅陶瓷部分瞬间液相连接,实验考察了保温时间对连接强度的影响,用SEM,EPMA和XRD对连接界面进行微观分析,并用扩散路径理论,研究了界面反应产物的形成过程,结果表明：在连接过程中,Cu与Ti相互扩散,形成Ti活度较高的液相,并与氮化硅发生反应,在界面形成Si3N4/TiN/Ti5Si3 Ti5Si4 TiSi2/TiSi2 Cu3Ti2(Si)/Cu的梯度层,保温时间主要是通过影响接头反应层厚度和残余热应力大小而影响接头的连接强度。     

SiO2与Mg—Li合金熔体反应动力学分析

基于液淬试样组织观察的结果， 对ＳｉＯ２ 与ＭｇＬｉ 合金熔体反应动力学进行了分析。建立了ＳｉＯ２与ＭｇＬｉ 熔体反应的动力学模型， 提出了控制粒子尺寸及其在熔体分布的措施。得出了ＳｉＯ２ 与ＭｇＬｉ 熔体反应的速度表达式， 确定了Ｍｇ２Ｓｉ 的形成位置。结果表明： ＳｉＯ２ 与ＭｇＬｉ 合金熔体的反应是分两步进行的， 即首先在界面处反应生成ＭｇＯ 与Ｓｉ， 而后Ｓｉ 与Ｍｇ 反应生成Ｍｇ２Ｓｉ。     

Surface morphology and impurity distribution of electron beam recrystallized silicon films on low cost substrates for solar cell absorber

A line shaped electron beam recrystallised polycrystalline silicon film on the low cost substrate was investigated for the use of the solar cell absorber. The applied EB energy density strongly influences the surface morphology of the film system. Lower EB energy density results in droplet morphology and the rougher SiO2 capping layer due to the low fluidity. With the energy increasing, thecapping layer becomes smooth and continuous and less and small pinholes form in the silicon film. Tungstendisilicide (WSi2) is formed at the interface tungsten/silicon but also at the grain boundaries of the silicon. Because of the fast melting and cooling of the silicon film, the eutectic of silicon and tungstendisilicide mainly forms at the grain boundary of the primary silicon dendrites. The SEM-EDX analysis shows that there are no chlorine and hydrogen in the area surrounding a pinhole after recrystallization because of outgassing during the solidification.