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加热器结构对轻掺磷超低氧直拉单晶硅氧杂质分布的影响
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作者 商润龙 陈亚 +4 位作者 芮阳 王黎光 马成 伊冉 杨少林 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第5期801-808,共8页
绝缘栅双极晶体管(IGBT)是能源转换与传输的核心器件,广泛应用于轨道交通、智能电网、航空航天及电动汽车等领域。作为IGBT芯片的衬底材料,轻掺磷超低氧硅晶圆的品质对IGBT芯片的性能起着至关重要的作用。由于直拉(Czochralski, Cz)单... 绝缘栅双极晶体管(IGBT)是能源转换与传输的核心器件,广泛应用于轨道交通、智能电网、航空航天及电动汽车等领域。作为IGBT芯片的衬底材料,轻掺磷超低氧硅晶圆的品质对IGBT芯片的性能起着至关重要的作用。由于直拉(Czochralski, Cz)单晶硅拉制的过程中需要用到含氧的石英坩埚,生长的单晶硅氧含量通常达到4×10^(17)~9×10^(17)atoms/cm^(3),远高于IGBT用硅片所需的小于2.5×10^(17)atoms/cm3的氧含量需求。为解决上述问题,本文通过对应用32英寸(1英寸=2.54 cm)热场的单晶硅生长进行数值模拟,设计出新式加热器来制备满足IGBT衬底需求的超低氧单晶硅棒。模拟结果显示,当采用分体式加热器时,石英坩埚壁和固液界面附近硅熔体的流速会减弱。这一现象有助于减少熔体中的氧含量及氧杂质向固液界面的传输,进而有效降低晶棒中整体的氧含量。此外,由于采用了分体式加热器,固液界面处晶棒的轴向温度梯度相较于常规加热器显著降低,这一优势也有利于减少硅棒中的氧含量。实验结果进一步证实了模拟结果,在分体式加热器下拉制的单晶硅棒的氧含量更低,且整体保持在2.5×10^(17)atoms/cm^(3)以下,完全符合IGBT衬底的要求。 展开更多
关键词 Cz法 超低氧单晶硅 分体式加热器 氧含量
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热屏结构对300 mm半导体级单晶硅生长过程温度分布影响的数值模拟
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作者 倪浩然 陈亚 +7 位作者 王黎光 芮阳 赵泽慧 马成 刘洁 张兴茂 赵延祥 杨少林 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2024年第7期1196-1211,共16页
半导体级单晶硅是芯片的基础核心材料,不仅要求控制杂质浓度,还对晶体的缺陷有很高的要求。原生点缺陷浓度作为衡量晶体品质的重要指标之一,需要通过热场的优化、晶体生长温度场的调整、晶体生长过程中晶棒温度分布的控制,以及V/G值(拉... 半导体级单晶硅是芯片的基础核心材料,不仅要求控制杂质浓度,还对晶体的缺陷有很高的要求。原生点缺陷浓度作为衡量晶体品质的重要指标之一,需要通过热场的优化、晶体生长温度场的调整、晶体生长过程中晶棒温度分布的控制,以及V/G值(拉速与晶棒内轴向温度梯度比值)的优化来调控。本文采用ANSYS软件中流体计算模块Fluent的有限体积分析法,研究了不同热屏结构对300 mm半导体级直拉单晶硅温度分布的影响。针对二段式热屏,模拟了不同热屏角度下拉晶初期(400 mm)、中期(800和1400 mm)和末期(2000 mm)三个等径阶段的温度分布、固液界面轴向温度梯度和V/G值。通过分析各阶段V/G值的变化,在相对较大的温度梯度下,寻找到了一种V/G值更接近临界值ζ且径向均一性更优的热屏结构,为控制缺陷的浓度提供更好的条件。通过对晶棒热历史的讨论,优化热屏结构以缩短降温周期,为控制缺陷的尺寸提供更好的条件。模拟计算结果表明,热屏夹角为110°、热屏下段厚度为70 mm、热屏内壁与晶棒间距为30 mm时,其结构设计能够提供低缺陷单晶硅生产的温度分布条件。 展开更多
关键词 半导体级单晶硅 有限体积分析 热屏结构 温度场 流场 V/G值 缺陷
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高镍三元正极材料LiNi_(0.82)Co_(0.15)Mn_(0.03)O_(2)的制备及电化学性能研究 被引量:4
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作者 王泽晶 吴建栋 +1 位作者 沙思淼 卢辉 《电源技术》 CAS 北大核心 2022年第8期854-858,共5页
采用共沉淀法制备了LiNi_(0.82)Co_(0.15)Mn_(0.03)O_(2)(NCM821503)正极材料,并研究了煅烧时间对其微观形貌、晶体结构和电化学性能的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)表征了样品的微观形貌和晶体结构,利用X射线光电... 采用共沉淀法制备了LiNi_(0.82)Co_(0.15)Mn_(0.03)O_(2)(NCM821503)正极材料,并研究了煅烧时间对其微观形貌、晶体结构和电化学性能的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)表征了样品的微观形貌和晶体结构,利用X射线光电子能谱(XPS)对样品表面元素价态进行分析,并利用蓝电电池测试仪和电化学工作站研究了其电化学性能。结果表明,煅烧18 h制备的NCM821503正极材料层状结构有序程度最高,阳离子混排程度最低,电化学性能最好。 展开更多
关键词 锂离子电池 高镍三元正极材料 共沉淀法 电化学性能
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Sn-MOF衍生的多相复合材料的制备及储锂性能 被引量:1
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作者 田光梅 魏润源 +1 位作者 王尧尧 王北平 《电源技术》 CAS 北大核心 2024年第6期1062-1068,共7页
作为锂离子电池负极材料,金属锡及锡氧化物随锂离子的嵌入与脱出会产生巨大的体积变化,导致循环过程中储锂容量及循环性能急剧衰减。以氯化亚锡(SnCl_(2))和对苯二甲酸为原料,通过水热法制备了Sn-MOF衍生的金属氧化物@C复合材料。研究... 作为锂离子电池负极材料,金属锡及锡氧化物随锂离子的嵌入与脱出会产生巨大的体积变化,导致循环过程中储锂容量及循环性能急剧衰减。以氯化亚锡(SnCl_(2))和对苯二甲酸为原料,通过水热法制备了Sn-MOF衍生的金属氧化物@C复合材料。研究结果表明,SC-1样品中的主相SnO_(2)及少量的SnO均匀分布在具有丰富介孔结构的无定形碳基体中,相较于其他两个样品,表现出更好的容量性能、高倍率充放电性能和电化学结构稳定性。SC-1样品在0.1 A/g下充电比容量达到1092.4 mAh/g,在2 A/g下充电比容量仍达到308.9 mAh/g,经过100次循环后容量保持率为56.8%。 展开更多
关键词 锂离子电池 金属氧化物复合材料 水热法 电化学性能
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基于ZnO电子传输层钙钛矿太阳能电池的研究进展 被引量:1
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作者 卢辉 温谦 +8 位作者 王佳棋 沙思淼 王康 孙伟东 吴建栋 马金福 侯春平 盛之林 冯伟光 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2023年第2期208-219,共12页
作为新一代低成本、高效率的光伏器件,以有机卤化铅CH3NH3PbX3(MAPbX3,X=Br、I、Cl)为光吸收层的钙钛矿太阳能电池(PSCs)相比于其他类型的光伏器件,具有原料丰富、工艺简单等特点。在较短的时间内,该类电池效率已由3.8%迅速攀升至25.7%... 作为新一代低成本、高效率的光伏器件,以有机卤化铅CH3NH3PbX3(MAPbX3,X=Br、I、Cl)为光吸收层的钙钛矿太阳能电池(PSCs)相比于其他类型的光伏器件,具有原料丰富、工艺简单等特点。在较短的时间内,该类电池效率已由3.8%迅速攀升至25.7%,几乎可以媲美商用硅太阳能电池,成为能源应用领域的一颗新星。氧化锌(ZnO)因其具有材料易于加工、电子迁移率高、制造成本低廉且形貌结构多样等优点,被作为该类电池较为重要的一种电子传输层(ETL)而被广为研究。本文主要以不同结构的ZnO纳米薄膜ETL作为研究对象,对其在PSCs中的应用进行了总结,详细介绍了基于不同形貌ZnO纳米结构PSCs的研究进展,分析了该类电池面临的主要问题与解决处理方式,并对未来的发展趋势进行了展望。 展开更多
关键词 钙钛矿太阳能电池 ZNO 电子传输层 纳米结构 CH3NH3PbX3 光电转换效率
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表面活性剂对LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)_O_(2)正极材料形貌和储锂性能的影响
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作者 刘正科 杜浩 +1 位作者 王尧尧 王北平 《中国有色冶金》 CAS 北大核心 2022年第5期8-14,共7页
表面活性剂在材料合成时具有形貌控制方面的重要作用,为提高镍三元正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)_O_(2)的综合电化学性能,本文通过在正极材料前驱体Ni_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)(OH)_(2)合成过程中加入不同的表面活性剂来控制三元材... 表面活性剂在材料合成时具有形貌控制方面的重要作用,为提高镍三元正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)_O_(2)的综合电化学性能,本文通过在正极材料前驱体Ni_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)(OH)_(2)合成过程中加入不同的表面活性剂来控制三元材料的形貌,并对煅烧后所得的高镍三元产物材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)_O_(2)进行形貌和电化学性能分析,结果表明:利用表面活性剂合成的产物材料有着更加规整的形貌和晶体结构稳定性;分别添加十二烷基苯磺酸钠、蔗糖、十六烷基三甲基溴化铵以及聚乙二醇之后,首次充电比容量分别可以达到232.2 mAh·g^(-1)、248.1 mAh·g^(-1)、231.3 mAh·g^(-1)以及216.1 mAh·g^(-1),其中十六烷基三甲基溴化铵的样品首次放电比容量达到193.9 mAh·g^(-1),且循环性能良好,这表明表面活性剂的辅助合成有利于材料的形貌控制与电化学性能的提高。 展开更多
关键词 锂离子电池 三元正极材料 表面活性剂 十二烷基苯磺酸钠 蔗糖 十六烷基三甲基溴化铵 聚乙二醇 电化学性能
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水杨酸的添加对全无机锡铅混合钙钛矿太阳能电池的影响
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作者 卢辉 李彤 +6 位作者 温谦 沙思淼 马思敏 薛晓洋 王康 盛之林 马金福 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2022年第8期1387-1395,共9页
全无机钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其优异的光电转换效率和高的环境稳定性而被广大学者关注,但Pb元素的使用对环境危害较大限制了其进一步应用。尽管科研人员目前在努力寻找一种危害较小的元素替代铅,但无铅钙钛矿仍然比含铅钙钛矿更易分... 全无机钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其优异的光电转换效率和高的环境稳定性而被广大学者关注,但Pb元素的使用对环境危害较大限制了其进一步应用。尽管科研人员目前在努力寻找一种危害较小的元素替代铅,但无铅钙钛矿仍然比含铅钙钛矿更易分解,性能也更低。本文采用Sn部分取代Pb制备得到全无机锡铅混合钙钛矿薄膜,并通过添加一定量的水杨酸从而抑制Sn^(2+)氧化为Sn^(4+),达到稳定相态提升电池光电转换效率的目的。结果表明随着水杨酸的添加量由2 mg·mL^(-1)增加至6 mg·mL^(-1),器件的光电转换效率先增大后降低。通过SEM、XRD、XPS等测试结果发现,当添加量为4 mg·mL^(-1)时,薄膜相稳定性最好,与不添加水杨酸的器件相比,其短路电流密度(J_(sc))从14.7 mA·cm^(-2)显著提高至15.1 mA·cm^(-2),光电转换效率由5.8%提高至6.5%。此外,最优器件在空气环境中存放5 d后,初始光电转换效率仍可保持原有效率的50%,进一步表明水杨酸的添加对锡铅混合钙钛矿相稳定性的提升具有一定的促进作用。 展开更多
关键词 锡铅混合 全无机钙钛矿 太阳能电池 水杨酸 相稳定性 光电性能 光电转换效率
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