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关键词： 金属学与热处理   合金固溶度   Hume-Rothery法则   Darken-Garry图   原子半径   电负性   电离能  

摘要： Darken-Garry图以原子半径-电负性为判据预测合金固溶度,但电负性导致预测正确率低,为此本文提出创建A(原子半径)-I(电离能)图的方案.选择有代表性的,如Mg、Al、Cu、Ti等20个元素作溶剂组元,若干已知固溶度的元素作溶质,组成796个合金系对D-G图和A-I图的预测效果进行比较.研究表明,平均正确率:对可溶元素D-G图约为51%,A-I图约为73%;对不溶元素D-G图约为89%,A-I图约为84%.A-I图比D-G图在提高预测正确率方面拥有优势,对于副族元素尤为显著,电离能比电负性更胜任预测合金固溶度判据的角色.

关键词： 推进剂燃速   模拟计算   稳态燃烧模型   国防科技大学   分形理论   表征方法   价电子   燃烧理论  

摘要： 《复合推进剂燃速模拟计算》是原国防科技大学田德余教授的新著,该书是首本推进剂燃速模拟计算方面的专著,提出了具有独立知识产权的燃烧理论与实际相结合的价电子燃烧模型,全书共分7章,第1章和第2章概述了燃烧、燃速研究的历程、有代表性稳态燃烧模型及计算方法;第3章介绍了创新的价电子燃烧(化学)机理、物理和数学模型的建模过程及推进剂燃速计算与实验值的对比;第4章~第6章分别概述了分形理论、维数及其表征方法,用分形理论改进和完善了价电子燃烧模型,并用该模型编制的程序对各类推进剂进行燃速计算研究;第7章叙述了推进剂燃速温度敏感系数的概念、模拟计算结果及图形表征。

关键词： Athena工艺仿真器   Atlas器件仿真器   实际生产   PN结  

摘要： 半导体器件物理与工艺课程主要让学生掌握半导体基本理论,器件基本结构、物理原理、特性及主要工艺技术对器件性能的影响。为了简化课程教学难度,提高教学质量,引入TCAD综合性实验设计。基础实验设计部分不仅能让学生更形象、直观的看到器件形貌、获取器件各参数,而且可以结合课程相关理论知识分析半导体工艺条件及器件结构参数对器件性能的影响,促进知识的转移、转化。创新性实验设计部分,学生根据已有的器件模型,自主设计其它性能器件,激发学生的学习兴趣,培养学生综合设计及创新能力。

关键词： 原创试题   金刚石   碳原子   价电子   共价键   焰色反应   元素周期表   石墨烯  

摘要： 笔者从事教辅编写后,了解到一些报社和出版社对于原创试题的原创度会有一定比例的要求,对于这些原创试题的编写源头有经典的高考题,也有新闻热点,当然更不可或缺的是本年度的诺贝尔奖或者国家的科技进步奖等。

关键词： 氮化镓(GaN)   HFET   PN结   击穿电压   MOS  

摘要： 功率开关晶体管是电力电子系统的核心器件。氮化镓（GaN）因其具有禁带宽度大、临界击穿电场高、电子饱和速度大等优势,使之在电力电子系统具有巨大的应用潜力。因此,设计具有高阈值电压、低导通电阻、低反向泄漏电流、高击穿电压的高性能GaN功率开关器件具有重要价值。本文针对传统AlGaN/GaN HFET存在的问题（阈值电压低、电场分布不均匀、反向阻断能力弱等）,分别提出了具有埋层结势垒的横向AlGaN/GaN BJB-HFET新结构和具有GaN/AlGaN/GaN双异质结的纵向功率DH-VMOS新结构。主要研究内容如下:（1）提出一种具有结势垒埋层的高压增强型HFET器件新结构（Buried-Junction-Barrier for Breakdown Improvement and Threshold-Voltage Modulation,BJB-HFET）。BJB-HFET的特点为:1、通过在栅极下方区域引入平行于二维电子气（2-DEG）沟道的结势垒埋层（BJB）。BJB结构一方面会在buffer层中引入电子阻挡层,从而有效降低器件在耐压时buffer层的反向泄漏电流。另一方面,BJB-HFET反向耐压时,PN结的耗尽区会随着反偏电压的增大而向漏极扩展。因此,BJB结构能够调控沟道电场重新分布从而降低器件体内电场（REduce BULk Field-REBULF）,尤其是降低栅漏边缘附近的电场峰值。仿真表明,与没有BJB结构相比,栅漏间距为5μm的BJB-HFET的最大电场峰值降低了60%,且其buffer层反向泄漏电流降低了约5个数量级(VDS=383 V),击穿电压提升约211%。2、由于位于栅极下方的BJB结构起到背势垒的作用能够抬升其上方异质结能带,因此BJB-HFET也获得了更高的阈值电压（3.4 V）。（2）提出了具有GaN/AlGaN/GaN双异质结的纵向功率MOSFET新结构（A Novel Enhancement-Mode GaN Vertical MOSFET with Double Hetero-Junction for Threshold Voltage Modulation,DH-VMOS）。DH-VMOS的特点为:1、在纵向GaN漂移区之上设计横向GaN-top/AlGaN/GaN双异质结。通过改变GaN-top层的厚度来调节双异质结的极化效应,进而实现对器件阈值电压大范围灵活的调控。仿真结果表明,将GaN-top层的厚度从5 nm增加到40 nm,DH-VMOS新结构的阈值电压相应地从+2.9 V增大到+4 V。2、存在于AlGaN/GaN下异质结界面处的2-DEG沟道是器件电流沟道的主要组成部分,高迁移率的2-DEG有助于减小DH-VMOS器件的导通电阻。3、在纵向GaN漂移区引入P-GaN来优化电场从而实现高耐压。此外,本工作也着重研究了浮空P-GaN的关键参数（如物理尺寸、掺杂浓度）对器件电学特性的影响,而这些研究结果对材料生长、器件设计起到重要的参考作用。

关键词： GEM   TPC   韧致辐射   Λ超核   磁矩   超子  

摘要： 时间投影室(TPC)室一种能同时给出粒子三维径迹,动量和能损信息的高精度探测器。鉴于其出色的粒子鉴别能力,在很多核物理实验中得到广泛应用。为了更好的研究强子物理与核子结构,近代物理研究所将与匈牙利维格纳研究中心合作研发新一代探测器,即基于GEM膜的TPC探测器。为论文工作提供了一个很好的实验平台。本文设计与测试了以GEM探测器为端盖读出器的时间投影室。GEM-TPC以其工作原理简单,位置、时间分辨率高,能够提供粒子的三维径迹等优势,经常用于粒子鉴别或研究强子结构的实验。本文内容主要从以下三个方面进行展开,第一部分是对GEM-TPC结构与原理的介绍,并对电子学系统的读出进行解释。第二个部分是实验仪器的搭建,阐述了测试过程中的实验流程。第三个部分则是对探测器性能的分析,给出了每次运行的漂移时间、计算漂移速度、重建粒子径迹,并拟合出GEM电压与信号大小的关系。经过分析发现,探测器工作稳定,各项性能良好,与在匈牙利用放射源测量时的性能一致。说明该探测器在束流的情况下也能稳定工作。本次实验对于进一步优化GEM-TPC的设计和性能有至关重要的作用。GEM-TPC的读出板设计也为提高探测器的位置分辨率提供了一个新的思路。除此之外,该探测器也可以应用于超核韧致辐射实验。本文关于韧致辐射理论还进行如下研究;文章为实验提供了一个新的思路来研究超核的性质,那就是,通过分析核反应过程中由于韧致辐射发出的光子来了解超核的性质。提出了新的韧致辐射模型,得到了适用于α衰变的考虑多体问题及磁矩的韧致辐射光谱表达式。通过分析正常核210Po及超核211ΛPo α衰变的韧致辐射光谱,发现超核211ΛPo的辐射要大于正常核210Po的辐射,尽管二者差距不大。为了证明是否所有的正常核及其同位素超核(相互作用势最接近)都具有这种差异,对正常核106Te、108Te和超核107ΛTe、109ΛTe α衰变的辐射光谱进行拟合,发现超核的光谱要大于正常核的光谱。造成这种现象的原因可以用超核中超子的磁矩对全韧致辐射谱有贡献来解释。此外,为了探究韧致辐射模型对于重超核和轻超核是否具有同样的适用性,拟合出正常核9Be 9B及超核10ΛBe、10ΛB的辐射光谱,发现超子的磁矩对轻超核辐射光谱的影响要大于对重超核的影响。在确定了α衰变中超子的磁矩会对韧致辐射光谱有影响后,可以通过这种方式找到超核。通过对韧致辐射光谱的分析,为实验上通过韧致辐射研究超核性质提供了新的可能性。

关键词： 可见光电探测器   磁控溅射技术   Cu2O/ZnO   pn结   透明薄膜   量子点  

摘要： 光电探测器,因其能够将光信号转换为电信号而在信号处理、显示等领域得到广泛应用。尤其是可见光探测器,在图像传感、激光通信、工业自动控制等领域有着广泛应用。在众多材料中,ZnO基材料因其原料丰富、价格低廉、易于制备等优点而备受光电探测器的青睐,然而,作为一种宽禁带（3.2-3.37 eV）半导体材料,ZnO基材料大多被应用于紫外光电探测器,该特性极大地限制了ZnO基材料的应用。为了拓展ZnO基材料的的光电响应范围,使其可应用于可见光探测领域,本文通过磁控溅射技术制得ZnO薄膜,并将其与p型材料Cu2O进行复合,从而使其在可见光范围内实现光电响应,随后通过碳量子点、半导体CdS量子点以及贵金属等修饰手段进一步提高其光电响应能力。主要研究内容及成果如下:1、电子注入型Cu2O/C QD/ZnO异质结的制备及其光敏性的研究采用磁控溅射技术、水热法和液相还原法分别制备出了ZnO薄膜、C QDs和Cu2O,然后将C QDs和Cu2O引入ZnO薄膜表面,从而制备了电子注入型Cu2O/C QD/ZnO结构的透明光敏薄膜,并对该薄膜的透光性与光敏性进行了研究。通过研究表明,C QDs和Cu2O与ZnO薄膜结合良好,相较于未改性的薄膜,该薄膜的光敏性展现出明显的提高,其主要原因为Cu2O/ZnO的p-n结结构以及C QDs的上转换荧光性能。2、Ag改性的Cu2O/ZnO异质结透明器件的制备及其光电转换性能的研究通过简单的磁控溅射技术制备了Ag改性的Cu2O/ZnO结构的p-n结型透明薄膜,并对该薄膜的透光性与光电转换性能进行了研究。通过研究可知,与未修饰的异质结相比,该薄膜具有明显的光电转换增强作用（其光电转换效率为0.48%,是未修饰异质结的10倍）。通过分析发现,该薄膜的光电转换性能的增强主要是由于Cu2O/ZnO的pn结结构和Ag纳米颗粒作为光电子的供体及其表面增强等离子体吸收性能。3、CdS QDs敏化Cu2O/ZnO异质结透明器件的制备及光电转换性能的研究采用磁控溅射技术、水热法和循环离子吸附法分步制备了CdS QDs敏化的Cu2O/ZnO结构的透明薄膜,并对该薄膜的透光性与光电转换性能进行了研究。研究表明,相较于未修饰的异质结,CdS QDs敏化的异质结对于可见光的光电转换性能有了明显的提高,其主要原因为CdS QDs对于可见光的充分利用,阶梯状的能带结构能够有效降低电子-空穴的复合,以及有序ZnO纳米阵列可以提高光能利用率,从而提高该薄膜的光电转换性能。

关键词： 氧化锌   薄膜晶体管   稳定性   碘化亚铜   PN结   电阻率  

摘要： 薄膜晶体管(TFTs)是新型平板显示技术的核心器件,随着显示技术的不断创新与突破,对TFTs的性能要求也日益增高。硅基TFTs已经无法满足市场的需求,氧化物薄膜晶体管具有透明、廉价、低温工艺、高迁移率等优势,被广泛用于平板显示行业。ZnO-TFTs电学性能优良、成本低廉、无污染、可见光透明,成为应用于透明电子学最有潜力的n型器件之一。然而ZnO-TFTs的稳定性成为制约其实用化的重要因素。本论文用原子层沉积(ALD)的方法生长氧化锌薄膜,研究了 ZnO生长过程中前驱体剂量与生长温度对ZnO-TFTs性能的影响,在此基础上确定了最优的制备工艺。器件的电学性能优异:载流子饱和迁移率高达36.4 cm2/Vs、开关比为2.86×109,开启电压为-0.98 V。其次对器件的稳定性进行了系统的测试与分析,包括:偏压稳定性、光敏性、重复性、均匀性等。我们的工艺制备出的ZnO-TFTs在正栅压应力、负栅压应力、热载流子应力、自加热应力等阈值电压均偏移很小,表现出了很高的稳定性。连续1500次进行转移特性测试,开启电压偏移量不超过0.1 V,器件能够很好的抵抗空气中的水汽和氧气对它的影响。不同批次或同一批次制备的器件电学性能也相差无几,使ZnO-TFTs的良品率也有了很好的保证。基于ZnO-TFTs的计数器也有良好的稳定性,在连续运行15000 s时,输出频率曲线依然没有偏移。此部分的研究内容为ZnO-TFTs走向实用化打下了基础。我们已经制备出了高性能稳定的ZnO-TFTs,在一系列研究工作中,我们充分认识到尽管全N型集成电路已经可以实现一定的基本功能,但要进一步提高电路性能,CMOS电路必不可少,也就是说需要同时有稳定的N型和P型薄膜晶体管。碘化亚铜(γ-CuI)是带隙为3.1eV的本征P型半导体,相对于其他P型半导体,碘化亚铜具有生长温度低,霍尔迁移率高,薄膜可见光下透明等优点,成为我们首选的P型半导体材料。参考了几种CuI的生长方式,热蒸发方法被我们选用。我们用热蒸发法制备出了透明的CuI薄膜,并对其薄膜进行电学性能测试,其次研究了惰性气体退火温度对于碘化亚铜薄膜的电导率及霍尔迁移率的影响。我们在此基础上摸索了基于P-CuI/N-ZnO的异质结制备工艺与CuI-TFTs的器件制备工艺。PN结已具备初步的整流效果,整流比达到了 1.5×103,我们制备的CuI-TFTs已展现出P型器件特性,但是器件在0V附近电压难以关断,有待后续优化。

关键词： 合金碳化物   第一性原理   磁矩   形成能   自由能  

摘要： 合金碳化物的稳定性决定了耐热钢在中、高温条件下的服役寿命。本文利用第一性原理计算合金碳化物（Fe,Mo）3C、（Fe,W）6C、（Fe,Si）6C在0K、0Pa的磁学性质;利用热力学相图平衡软件模拟计算合金碳化物（Fe,Mo）3C、（Fe,W）6C随温度变化的化学自由能改变量;利用Weiss分子场理论计算合金碳化物（Fe,Mo）3C、（Fe,W）6C、（Fe,Si）6C在12特斯拉强磁场下磁化强度随温度变化规律,进而得出磁自由能改变量。主要研究成果如下:1、合金碳化合物（Fe,Mo）3C、（Fe,W）6C、（Fe,Si）6C在0K、0Pa的磁矩是由不同Wyckoff位置的Fe原子提供。在（Fe,Mo）3C中8d位置的Fe原子对磁矩的影响要大于4c位置;在（Fe,W）6C和（Fe,Si）6C中48f位置的Fe原子对碳化物磁矩的贡献最大。在Mo、W、Si元素分别取代合金碳化合物（Fe,Mo）3C的8d、4c位置,（Fe,W）6C和（Fe,Si）6C的16d、32e、48f位置的过程中,会降低合金碳化物的磁矩。2、在0K、0Pa的条件下,合金碳化合物（Fe,Mo）3C中Fe2MoC和Mo3C的形成能为负,合金碳化合物（Fe,W）6C中Fe3W3C（W at 48f）和Fe2W4C的形成能为负,合金碳化物（Fe,Si）6C中Fe4Si2C和Fe5SiC的形成能为负。表明了Fe2MoC、Mo3C、Fe3W3C（W原子在48f）、Fe2W4C、Fe4Si2C和Fe5SiC都是热力学稳定结构。3、合金碳化物（Fe,Mo）3C、（Fe,W）6C的化学自由能改变量随温度变化总体上呈先减小后增大的趋势。在同一温度下,Mo或W原子含量越高,合金碳化物的化学自由能改变量越小。4、合金碳化物（Fe,Mo）3C、（Fe,W）6C、（Fe,Si）6C在12特斯拉强磁场条件下的磁自由能改变量随温度变化整体上呈现增大的趋势。合金碳化物（Fe,Mo）3C中磁自由能改变量大小排序为FeMo2C>Fe2MoC>Fe3C。合金碳化物（Fe,W）6C中磁自由能改变量大小排序为Fe2W4C>Fe3W3C（W at 48f）>FeW5C>Fe4W2C>Fe3W3C-2（Fe at 48f）>Fe5WC>Fe6C。合金碳化物（Fe,Si）6C的磁自由能改变量排序为Fe6C>Fe5SiC>Fe3Si3C（Si at 48f）>Fe4Si2C>Fe3Si3C-2（Fe at 48f）>FeSi5C>Fe2SiC。

关键词： ZnO薄膜   液相沉积   pn结   光电性能  

摘要： 氧化锌(ZnO)是一种宽禁带直接带隙氧化物半导体,室温下禁带宽度为3.37eV,由于本征缺陷存在而显n型。ZnO具有高室温激子结合能、高电子饱和漂移速度以及高化学稳定性。ZnO薄膜及其他各种形式的材料在发光、紫外探测、光催化、透明电极、压电、薄膜晶体管等领域都有应用前景。本文立足于ZnO薄膜:1)首先开发了一种基于低温液相的薄膜沉积方法,制备了本征ZnO和掺铝ZnO薄膜,采用XRD、SEM、UV-vis光谱、光致发光光谱对样品的物相、表面形貌及光学性质进行了研究。结果表明,此法制备的薄膜样品物相较纯,Al离子掺杂时机的不同会影响晶粒的生长;接着采用化学浴沉积法制备了硫化镉(CdS)薄膜,与ZnO薄膜于p型掺硼单晶Si片上构成了(Al)ZnO/(CdS)/Si异质结,研究了CdS层以及铝掺杂对该异质结性能的影响。结果表明CdS的引入降低了pn结的势垒,有利于优化异质结的载流子输运,提升其理想因子。2)采用液相沉积法制备本征、掺铝及掺铟ZnO配合Si片的高温氧化处理,构成Ag/ZnO/SiO/Si/Ag的背栅型薄膜晶体管,从输出曲线得出本征及掺铝ZnO的薄膜晶体管呈现出耗尽型特性,掺铟ZnO呈现出增强型特性。3)采用溶胶凝胶-旋涂法于玻璃衬底上制备了Al-N共掺的ZnO薄膜并对其光学性能进行了研究。结果表明该法制备的薄膜样品在可见光波段有大于80%的透过率,随着N掺杂量的提升,ZnO薄膜的光学禁带宽度随之增大。4)采用液相沉积法辅之以不同的MEA/Zn比例(0.5,1.0,1.5,2.0)制备掺氮ZnO薄膜,采用XRD、SEM、Raman光谱、光电流响应对样品的物相、表面形貌以及光电性质进行了研究。结果发现当MEA/Zn=1.5时,ZnO薄膜有最好的光电流响应性能(最大的明暗电流比、最小的暗电流、最快的响应速度)。随后,在FTO衬底上制备了Al:ZnO/ZnO:N同质结,研究其紫外探测性能,结果表明该结构具有比较快的响应时间(上升时间2ms,恢复时间22ms)、较低的暗电流(1V偏压下达10A)。5)采用液相沉积法制备本征ZnO薄膜构成BGZO/i-ZnO/CdS/Ag-CuInS/ITO结构的太阳能电池,并与磁控溅射本征ZnO进行了比较,发现液相沉积ZnO薄膜在CuInS太阳能结构中适配度较低,需进一步优化。