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关键词： 磁荷观点   磁偶极子   电偶极子   类比思想   磁矩  

摘要： 鉴于磁偶极子与电偶极子之间存在相似性,将磁偶极子模型的磁感应强度、磁力矩、磁势能等类比电偶极子模型的相关内容。基于磁荷观点视角分析磁场相关问题,深化学生对磁场相关概念与规律的理解与运用。

关键词： 毫米波频段   pn结   耗尽区串联电阻   传输线理论   参数解析提取  

摘要： 为了精确表征毫米波频段pn结二极管的特性,提出了一种基于传输线理论的pn结二极管小信号模型。该模型包括表征pn结的本征部分和寄生部分。以量化的pn结耗尽区串联电阻作为中间项,通过非线性传输线理论近似方法,推导出全新的pn结二极管小信号模型的拓扑结构。通过导纳参数和阻抗参数的参数解析提取方法,提取等效电路中各元件参数值。使用某磷化铟(InP)工艺线加工所得2×3μm、8×8μm、4×16μm二极管的散射参数数据进行验证。结果表明,在1~110 GHz频率范围内,不同偏压的模型仿真结果与测试结果均吻合较好,同时也能表明模型在毫米波频段内有良好的适用性。

关键词： 磁各向异性   管壁   屈服失效   第三强度理论   能量最低原理   能量守恒定律   磁化率   应力集中区域  

摘要： 针对应力集中导致管壁发生屈服失效的问题,提出了利用磁各向异性检测管壁应力集中区域的方法。从能量角度出发,研究了应力导致管壁产生磁各向异性的机理,建立了管壁当量应力与磁各向异性探头输出电压信号的数学模型,通过计算管壁的当量应力判断其是否发生屈服失效,搭建了应力检测实验平台。实验结果表明,应力会导致管壁产生磁各向异性,磁各向异性检测方法能够检测出管壁当量应力的变化趋势和主应力方向所在延长线的角度,进而判断管壁是否产生应力集中区域。

关键词： β-Ga_(2)O_(3)薄膜   金属有机化学气相沉积   p-Si/n-Ga_(2)O_(3)   PN结   晶体质量   电学特性  

摘要： 本实验采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺,在p(111)型Si衬底上制备了p-Si/n-Ga_(2)O_(3)结构的PN结。通过X射线衍射仪、原子力显微镜等对样品进行了晶体结构、表面形貌、表面粗糙度等的表征分析;通过磁控溅射与蒸镀方法在样品上生长Ti/Au电极并进行I-V特性曲线、开启电压、开关电流比、反向饱和电流、理想因子、零偏压下的势垒高度等结特性测试,研究了掺杂浓度与薄膜厚度对PN结特性的影响,并对其原因进行了分析;通过二步生长法和缓冲层温度优化实验,减少了Si衬底与β-Ga_(2)O_(3)之间的晶格失配与热失配带来的影响,对薄膜与器件特性进行了优化。最终获得了表面粗糙度最低可达到4.21 nm的高质量n型β-Ga_(2)O_(3)薄膜,以及具有较低理想因子(42.1)的PN结。

关键词： 二元稀土金属玻璃   双团簇模型   空间利用率   价电子  

关键词： PN结   地表反射率   发电增益  

摘要： 随着经济与技术的共同发展，人们对于能源的需求越来越大，使得目前对于能源的消耗量逐渐增长，清洁能源发展速度也越来越快。太阳能电池光伏组件也从多晶硅逐步发展为转换效率更高的单晶硅组件、从单面单玻光伏组件逐步发展成为双面双玻光伏组件。双面双玻光伏组件不仅正面可以发电，其背面也可利用地面的反射光、散射光进行发电，在背面发电的加持下，光伏发电系统发电效率增加，企业收益也随之增加。本文就双面双玻光伏组件背面发电量的影响因素进行研究与分析，从而促进双面双玻光伏组件合理运用、最大发挥发电效益。

关键词： 二维材料   磁各向异性能   应变   磁矩   居里温度   磁存储  

摘要： 随着微电子技术的迅猛发展,以高速度、高密度、低功耗和低成本著称的电子芯片的集成及工作频率亦势必攀升。但随着摩尔定律的终结,仅仅依靠对电荷属性操控的传统电子学已无法满足电子器件的需要。而具有电荷和自旋双重自由度的二维铁磁性材料无疑是解决这个问题的首选材料。此外,随着密度泛函理论的完善以及高性能计算机科学的兴起,理论上有计划地设计更高密度、非易失性和低能耗的二维材料来指导实验合成已趋于常态。因此设计具有大的磁各向异性能(MAE)和高居里温度(TC)的二维材料对于高密度非易失性磁存储器件至关重要。本文以Mn、Cr基二维铁磁材料为研究对象,研究材料的居里温度、磁各向异性以及应力对这些性能的调控,为寻找室温下非易失性高密度自旋电子器件的开发提供理论支撑和设计方案。本论文的主要结论如下: (1)基于第一性原理计算,系统地研究了 Janus CrXY(X,Y=S,Se and Te,X≠Y)材料的磁性以及应变对磁性能和居里温度的调控。CrXY单层为本征铁磁材料且每个单胞的磁矩约为3 μB,主要由Cr原子贡献。在无应变下,计算测的CrSSe和CrSTe单层分别具有0.26 meV和0.36 meV的垂直磁各向异性能,而CrSeTe单层具有0.389 meV的面内磁各向异性能。对Janus CrSSe、CrSTe和CrSeTe单层施加5%的拉伸应力时,其MAE可增加到1.53 meV、0.74meV和2.03 meV。此外,适当的拉伸应变可以使CrSeTe单层的磁各向异性从面内磁各向异性(IMA)转变为垂直磁各向异性(PMA),更有利于高密度磁信息存储。通过分析CrSSe单层的Se原子、CrSTe单层的Te原子和CrSeTe单层的Te原子对MAE的轨道贡献,发现CrXY单层的MAE主要是由Se/Te原子的px和py轨道通过自旋-轨道耦合相互作用提供。基于二阶微扰理论,详细地分析了非金属Se/Te原子的分波态密度图,应变对MAE的调控机理主要是通过改变配体场分裂能或交换分裂能。当施加5%的拉伸应变时,蒙特卡洛(MC)模拟结果表明CrSSe、CrSTe和CrSTe单层的居里温度分别从275 K增加到305 K、从295 K增加到400 K以及从310 K增加到360 K。CrXY单层的居里温度可以通过应变达到室温或高于室温。因此,Janus CrXY单层具有铁磁性、高居里温度和大的磁各向异性能等优异特性,是一种有前景的自旋电子器件候选材料。 (2)基于密度泛函理论和蒙特卡洛模拟,研究了在双轴应变作用下MnX(X=P and As)的电子结构和磁性性能。本文构建了 2×2×1超胞并且考虑MnX单层中5种可能的磁性构型:1种铁磁(FM)构型和4种反铁磁(AFM)构型,计算结果证实MnX单层的磁基态均为铁磁态。通过探究MAE随磁化方向的角度变化规律,发现MnX单层在x-y平面上属于磁各向同性,而在x-z平面上属于磁各向异性。为了进一步测试体系在实际应用中的应力稳定性,分别对MnP和MnAs单层进行了双轴应变测试。基于dMn-Mn和dMn-P/As在施加应变下的不同行为,铁磁态稳定性的增强可以通过两种不同的竞争机制(超交换相互作用和直接交换相互作用)进行解释。MnP和MnAs单层的磁各向异性能分别可达到229.7 ueV和669.1 ueV,MnX单层均为垂直磁各向异性材料。MnX单层的居里温度分别为560 K(MnP)和745 K(MnAs)。施加5%的拉伸应变时,MnP和MnAs的磁各向异性能分别增加46%和72%,居里温度也得到了进一步提高。以上研究表明MnX单层材料在室温下高密度磁信息存储中具有巨大的潜力。

关键词： PN结   Silvaco Tcad   同或逻辑门   MOS电容  

摘要： 集成电路在信息技术产业中扮演着十分重要的地位,成为了现代社会中不可缺少的一部分。半导体器件作为集成电路的基本组成部分也被提出了新的要求,但是随着器件尺寸的不断减小,摩尔定律难以适用,改变器件结构设计成为了一种新的发展方向。为了提升器件使用的便利性,在实现同或逻辑功能时操作简单,本文首次提出了基于栅控内嵌反偏PN结的单器件同或门电路（GPN-XNOR）。 GPN-XNOR门电路在只用一个器件且保持漏源偏压为正偏就可以实现同或逻辑功能,既解决了CMOS逻辑电路在实现同或（XNOR）逻辑功能时,需要多个晶体管的问题;又解决了双掺杂源漏单晶体管同或逻辑门（DDSD-XNOR）在实现同或逻辑时,虽然只用一个晶体管,但是要根据工作模式转换漏极电压的极性的问题,所以新器件具有更好的便利性以及更高的集成度。 本文先对GPN-XNOR门电路的结构和相关参数进行了介绍,以及对工作状态从MOS电容、载流子分布以及能带角度进行了分析。使用Silvaco TCAD软件对器件进行模型建造与仿真分析研究,通过Devedit3D对器件结构进行建模,在Deck Build中调用结构进行电学特性仿真,使用Origin软件对GPN-XNOR门电路的仿真结果整理分析。通过与DDSD-XNOR逻辑门进行性能对比,分析GPN-XNOR门电路的优越性。为更进一步探究GPN-XNOR门电路的性能,通过分别改变两个栅极的极性与大小,观察器件的正向导通电流、反向泄漏电流的变化,以及分析了在相同工作模式时,选择不同的控制栅极对器件性能的影响。由于GPN-XNOR门电路的漏极电压的极性不用改变,观察改变漏极电压的大小对器件电流的影响。同时从能带以及载流子浓度的角度,分析了栅极与漏极对器件影响的机理。 最后,对器件的结构与参数进行了优化。在比较栅氧化层材料时,选择Si O2与Hf O2进行性能对比;选择最优掺杂浓度时,比较1019cm-3、1020cm-3、5×1020cm-3、1021cm-3四种掺杂浓度对器件性能的影响;通过变化中央控制栅极下方P区与N区的位置,分别观察掺杂浓度为1021cm-3、1020cm-3时,器件电学性能的变化;通过改变中控制栅极的结构,将原来中央控制栅极下方隔离层材料用栅极材料代替,简化了工艺流程。并且对以上每一种优化方案之间的差距从载流子浓度、能带分布等角度进行了分析。

关键词： 电催化固氮   金属硫化物   氮气活化   磁矩   功函数  

摘要： 随着经济的发展,对氨的需求呈现持续增长的趋势。电催化有望实现温和条件固氮,引起了人们广泛关注。基于密度泛函理论的第一性原理计算从原子、电子层次出发,为理解催化机理和电催化过程提供了重要的支持,已经成为设计筛选催化剂,探索催化机理的重要手段。本文采用第一性原理的计算方法,以二维金属硫化物材料作为载体,设计了具有良好稳定性、电催化合成氨性能较好的单原子催化剂和双原子催化剂;探讨了它们的氮气还原活性、催化机理、衬底与中心原子的相互作用。研究内容如下: 第一,以易于制备、低成本、环境友好的单层SnS2为基底,通过负载一系列过渡金属原子（Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Mo、Ru、Hf、Ta、W、Os）构造单原子催化剂;采用三步筛选法进行高通量的筛选。我们的研究表明,负载在SnS2的Sn原子顶部的单个W原子（W@SnS2）具有最佳的催化活性,沿远端途径的过电位为0.42V,远低于其他SnS2催化剂的报道值。此外,W@SnS2对氮气的吸附远优于对氢原子的吸附,可以有效抑制竞争副反应。该研究结果有助于设计基于SnS2单层的电催化固氮催化剂。 第二,以MoSSe为基底,探讨了单层MoSSe负载过渡金属二聚体（V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni）所构建的双原子催化剂（TMs@MoSSe）在电催化固氮领域的应用潜力。结果表明,负载双Cr原子的MoSSe单层（Cr2@MoSSe）表现出非凡的催化活性,在酶途径中表现出0.17 V的极低过电位。由于双原子的协同作用,有利于氮气的桥位吸附,使得电荷转移和N-N键长都较单原子催化显著增加,增强了氮气分子的活化。过渡金属原子的磁矩与其价电子数的乘积(μTM·dTM)表现出与过电位有倒火山关系。此外,体系的功函数和过电位有线性相关性。这些发现可以为实验上双原子催化剂的设计、描述符的建立提供一些思路。 该论文能够为实验上设计高效、稳定的单原子催化剂和双原子催化剂提供参考。

关键词： β-Ga2O3   MOCVD   掺杂   pn结   工艺优化  

摘要： Ga2O3是一种新型半导体材料,具有多种同分异构体。其中最稳定的β-Ga2O3结构具有较大的禁带宽度和击穿电场、较低的导通电阻和稳定的物理化学性质。这些特性使得β-Ga2O3在日盲紫外探测器、射频器件、功率器件等领域具有极大的应用潜力。近年来随着β-Ga2O3相关研究的不断深入,相关研究成果不断涌现。综合来看,目前大部分β-Ga2O3器件都是基于结特性工作的,而pn结是其重要的组成部分,具有十分重要的意义。此外,Si作为传统的半导体材料具有导热性强,成本低,工艺成熟等优点,是目前应用最为广泛的半导体材料。为了充分发挥β-Ga2O3材料的特点,并结合Si材料成熟的产业化优势,我们在p型Si衬底上,采用MOCVD工艺生长了β-Ga2O3薄膜,进而形成了p-Si/n-Ga2O3结构。在此基础上,采用光刻、蒸镀等工艺进行了电极制备,并对pn结特性进行了深入研究与分析。具体研究内容如下: 1.β-Ga2O3薄膜生长条件的优化。我们通过改变薄膜的生长条件,如生长温度,氧气流量等,在Si衬底上生长了不同的β-Ga2O3薄膜样品。我们对各样品进行了AFM,XRD等表征测试,获得样品的晶体质量、表面形貌等参数,从而得到最优的薄膜生长条件。此外,我们还进行了Si衬底晶向的选择,研究了Si衬底晶向对于β-Ga2O3薄膜的影响。 2.p-Si/n-Ga2O3结特性研究。在最优的生长条件下,我们通过调节生长参数,生长了两组p-Si/n-Ga2O3结构的pn结样品。第一组样品通过调节施主掺杂源SiH4流量,控制样品的掺杂浓度。第二组样品通过调节薄膜的生长时间,控制样品的薄膜厚度。我们对这两组样品进行表征测试后,在两组样品上制作了电极用于测量电学特性。通过对上述样品的性能分析,我们得到了电子浓度、薄膜厚度等生长参数对于p-Si/n-Ga2O3pn结的特性影响。 3.p-Si/n-Ga2O3结构的优化改进。根据以上实验数据,我们分析了影响结特性的物理机理:由于Si与β-Ga2O3之间存在着较大的晶格失配,所以Si衬底与β-Ga2O3之间存在着较大的应力,在生长过程中会对薄膜产生较大影响,导致晶格质量较低,薄膜位错密度高,严重影响器件性能。针对该问题我们采用了薄膜的二步生长法对晶体质量进行优化:先在低温条件下生长一层缓冲层以吸收衬底与薄膜之间的应力与位错,再进行常规生长。我们通过调节缓冲层的生长温度生长了一组样品,通过电学特性测试与晶体质量表征,最终获得了具有较高晶体质量的薄膜与较大开关整流比的pn结型二极管。