半导体碳化硅衬底的湿法氧化

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作者 鲁雪松 王万堂 +2 位作者 王蓉 杨德仁 皮孝东 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2024年第2期181-193,共13页

半导体碳化硅(4H-SiC)材料具有硬度高、脆性大、化学性质稳定等特点,一般使用化学机械抛光工艺来加工4H-SiC以获得超光滑平坦表面。湿法氧化作为单晶4H-SiC化学机械抛光的重要过程,直接影响着化学机械抛光的速率和表面质量。本文综述了... 半导体碳化硅(4H-SiC)材料具有硬度高、脆性大、化学性质稳定等特点,一般使用化学机械抛光工艺来加工4H-SiC以获得超光滑平坦表面。湿法氧化作为单晶4H-SiC化学机械抛光的重要过程,直接影响着化学机械抛光的速率和表面质量。本文综述了目前单晶4H-SiC湿法氧化的研究现状,讨论了4H-SiC湿法氧化工艺所选用的氧化剂,如KMnO_(4)、H_(2)O_(2)、K_(2)S_(2)O_(8)等。在此基础上,进一步总结了常用的氧化增效方法,如光催化辅助氧化、电化学氧化、芬顿反应等,并从理论计算的角度分析了单晶4H-SiC湿法氧化的机理,最后展望了4H-SiC湿法氧化未来的研究方向。 展开更多

关键词 碳化硅 半导体 加工 湿法氧化 化学机械抛光 材料去除率

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电子辐照对4H-SiC MOS材料缺陷的影响 被引量：1

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作者 刘帅 熊慧凡 +3 位作者 杨霞 杨德仁 皮孝东 宋立辉 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2024年第9期1536-1541,共6页

4H-SiC金属氧化物半导体(MOS)基器件在电子辐照环境下应用时可能产生新的材料缺陷,导致其电学性能发生退化。本文选取结构最简单的MOS基器件(4H-SiC MOS电容器)为对象,研究了一系列电子辐照剂量下材料缺陷的演变情况。在10 MeV电子束下... 4H-SiC金属氧化物半导体(MOS)基器件在电子辐照环境下应用时可能产生新的材料缺陷,导致其电学性能发生退化。本文选取结构最简单的MOS基器件(4H-SiC MOS电容器)为对象,研究了一系列电子辐照剂量下材料缺陷的演变情况。在10 MeV电子束下对MOS样品进行30、50、100、500、1 000 kGy剂量的辐照,对辐照前、后样品进行深能级瞬态谱测试(DLTS)和电容-电压(C-V)曲线表征。DLTS实验结果表明,低剂量电子辐照前、后4H-SiC/SiO_(2)界面及近界面处的缺陷没有发生明显变化,而高剂量辐照导致双碳间隙原子缺陷的构型发生了改变,演变后的构型能级位置更深,化学结构更加稳定。C-V曲线测试结果发现,不同电子辐照剂量导致MOS电容器平带电压发生不同程度的负向漂移,这很可能是SiO_(2)氧化层中氧空位数量和4H-SiC/SiO_(2)界面及近界面处缺陷数量共同影响的结果。本文研究结果对研发和优化抗电子辐照的4H-SiC MOS制备工艺具有一定的参考价值。 展开更多

关键词 4H-SiC MOS 电子辐照 缺陷变化 双碳间隙原子 深能级瞬态谱

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宽禁带半导体Ga_(2)O_(3)基日盲紫外探测器的研究进展 被引量：5

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作者 沈乐昀 张涛 +4 位作者 刘云泽 吴慧珊 王凤志 潘新花 叶志镇 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期13-26,共14页

β-Ga_(2)O_(3)是一种超宽禁带半导体材料,对应太阳光谱的深紫外波段,可用于制备日盲紫外探测器。日盲紫外探测器抗干扰能力强、探测灵敏度高、背景噪声低,在军事和航空航天领域具有极大的应用前景。本文主要介绍Ga_(2)O_(3)材料的基本... β-Ga_(2)O_(3)是一种超宽禁带半导体材料,对应太阳光谱的深紫外波段,可用于制备日盲紫外探测器。日盲紫外探测器抗干扰能力强、探测灵敏度高、背景噪声低,在军事和航空航天领域具有极大的应用前景。本文主要介绍Ga_(2)O_(3)材料的基本性质,包括不同的晶相结构及其制备方法,并总结不同结构的Ga_(2)O_(3)器件在日盲紫外探测领域的研究进展。其中,金属-半导体-金属(MSM)结构的Ga_(2)O_(3)器件最为普遍,特别是基于薄膜材料的器件已具备了商业化参数,有望实现产业化应用。基于Ga_(2)O_(3)的异质结和肖特基结日盲紫外探测器也表现出优异的性能,并呈现出自供电特性。此外,薄膜晶体管结构Ga_(2)O_(3)器件结合MSM结构和晶体管结构的工作机制,可获得更大的光增益,适用于微弱信号的探测,成为一种极具潜力的日盲紫外探测器件。 展开更多

关键词 氧化镓 宽禁带氧化物 日盲紫外 光电探测器

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4H-SiC基功率器件的high-k栅介质材料研究进展

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作者 刘帅 宋立辉 +1 位作者 杨德仁 皮孝东 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2024年第12期2027-2042,共16页

金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)作为碳化硅绝缘栅结构的典型器件被广泛使用,然而SiO_(2)介电常数低的缺点和SiO_(2)/4H-SiC界面特性差的问题一直制约着4H-SiC绝缘栅结构(金属-绝缘体-半导体,MIS)器件更大规模商业化应用,因此科... 金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)作为碳化硅绝缘栅结构的典型器件被广泛使用,然而SiO_(2)介电常数低的缺点和SiO_(2)/4H-SiC界面特性差的问题一直制约着4H-SiC绝缘栅结构(金属-绝缘体-半导体,MIS)器件更大规模商业化应用,因此科研工作者一直致力于寻找能够替代或弥补SiO_(2)的high-k栅介质材料。本文对该科学问题的研究现状进行综述,首先指出合适的high-k栅介质材料应该拥有较宽的禁带宽度、较高的介电常数、良好的界面特性和热稳定性。然后,主要从栅薄膜制备工艺、沉积温度、栅介质界面特性和电学性能等方面对典型high-k栅介质材料的研究结果进行评价,包括氧化铪(HfO_(2))、氧化铝(Al_(2)O_(3))、氮化铝(AlN)、氧化钇(Y_(2)O_(3))、氧化铈(CeO_(2))、氧化锆(ZrO_(2))、氧化镧(La_(2)O_(3))、五氧化二钽(Ta_(2)O_(5))、钛酸钡(BaTiO_(3))、氧化钬(Ho_(2)O_(3))和由它们组合而成的堆栈栅介质。最后,对未来该领域的研究方向进行了展望和建议,例如对栅漏电流机理的研究、对新材料的更多尝试、器件在极端环境下的可靠性问题等。 展开更多

关键词 4H-SiC MOS电容器 high-k栅介质材料 堆栈栅介质 界面特性 电学性能

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CVD法制备锂离子电池硅碳负极研究进展

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作者 李雪荣 曹轲 +4 位作者 赵喜哲 王彦君 顾广安 刘见华 万烨 《材料工程》 北大核心 2025年第7期83-93,共11页

锂离子电池已成为能源领域不可或缺的重要储能体系。开发具有高能量密度、长寿命、低成本的锂离子电池是当今电池科研领域的一项核心挑战。硅材料有着4200 mAh·g^(-1)的理论容量及低廉的成本,使其成为最有潜力的负极候选材料之一,... 锂离子电池已成为能源领域不可或缺的重要储能体系。开发具有高能量密度、长寿命、低成本的锂离子电池是当今电池科研领域的一项核心挑战。硅材料有着4200 mAh·g^(-1)的理论容量及低廉的成本,使其成为最有潜力的负极候选材料之一,然而硅在充放电循环中高达近300%的体积膨胀严重阻碍了其商业化进程。迄今为止,硅碳负极材料的制备技术已经历3次迭代。本综述介绍了CVD法在三代硅碳负极材料制备中的应用,并从材料结构设计、实验方法、反应过程机理、材料性能等方面展开讨论。最后,总结了三代硅碳负极材料制备技术的优势及劣势,并对未来高能量密度锂离子电池中硅碳负极的发展趋势进行了展望。 展开更多

关键词 硅碳复合材料 硅负极 化学气相沉积法 负极材料 锂离子电池

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钢缆直径对大尺寸直拉单晶硅生长稳定性的影响

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作者 朱丽涛 刘磊 +7 位作者 原帅 周声浪 张华利 汪晨 高宇 曹建伟 余学功 杨德仁 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第6期942-948,共7页

直拉单晶硅生长技术的发展促进了更大尺寸晶体的生产。目前,在重复拉晶过程中,单炉最后一根晶体的质量通常达到600~800 kg,已超过成熟技术中提拉钢缆的工程载荷上限。本文报道了设备改造中因增加提拉钢缆直径而引发的稳定性问题及其解... 直拉单晶硅生长技术的发展促进了更大尺寸晶体的生产。目前,在重复拉晶过程中,单炉最后一根晶体的质量通常达到600~800 kg,已超过成熟技术中提拉钢缆的工程载荷上限。本文报道了设备改造中因增加提拉钢缆直径而引发的稳定性问题及其解决方案。研究发现,钢缆增粗后刚性增强,导致籽晶发生倾斜,进而在低负载时引发棱线偏移,在高负载时增加细颈断裂的风险。通过控制变量实验,本研究确认钢缆增粗后晶体生长稳定性的问题主要源于籽晶倾斜。此外,采用数值模拟方法进一步分析了籽晶倾斜所诱发的应力分布机制。最终,通过增加配重的方法,有效恢复了晶体生长的稳定性。 展开更多

关键词 硅 提拉法 重复拉晶 籽晶 应力 晶体生长 提拉钢缆

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金属氢化物静态氢压缩装置中高压氢和氢化物对罐壁材料的作用影响 被引量：1

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作者 金宸 张亚军 +3 位作者 郑元红 斯高峰 李寿权 王新华 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期885-889,918,共6页

金属氢化物静态氢压缩装置是利用储氢合金介质的热力学特性将氢气由低压增至高压,其临氢罐体材料会受到高压氢和金属氢化物的双重作用影响,但国内外尚未见相关研究报道。本研究首先采用自主研制的高压缩比增压储氢合金设计制作了“高压... 金属氢化物静态氢压缩装置是利用储氢合金介质的热力学特性将氢气由低压增至高压,其临氢罐体材料会受到高压氢和金属氢化物的双重作用影响,但国内外尚未见相关研究报道。本研究首先采用自主研制的高压缩比增压储氢合金设计制作了“高压氢+金属氢化物”共存环境的材料临氢处理装置,然后以S31254不锈钢作为罐壁材质研究对象,对比研究了单纯高压氢(50MPa)和“高压氢+金属氢化物”两种临氢环境以及临氢处理温度对罐壁材料的影响作用。通过力学性能测试和氢热脱附谱分析发现,两种临氢环境下高压氢均会渗入罐壁材料基体,从而对罐壁材料的力学性能产生不利影响;金属氢化物的存在会加快高压氢渗入罐壁材料基体的速度,尤其当临氢处理温度超过100℃以上时,其影响作用逐渐变得显著,样品断裂延伸率明显减小,但未出现氢脆现象,表明S31254材料具有较好的抗氢脆性能。因此,当金属氢化物静态氢压缩装置采用S31254不锈钢作为罐壁材质时,建议其操作运行温度应控制在100℃以下。 展开更多

关键词 金属氢化物 高压氢 氢脆 热脱附谱

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氧化物全光控突触研究进展

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作者 单海 应宏微 +4 位作者 程培红 胡令祥 王敬蕊 叶志镇 诸葛飞 《发光学报》 北大核心 2025年第2期245-259,共15页

类脑神经形态计算有望克服传统冯·诺依曼计算架构瓶颈,实现低功耗、高效信息处理,进而推动人工智能技术的发展。人工突触是构建神经形态系统的关键硬件,其中光电突触结合了电子学和光子学优势,具有光学感知、信息计算和存储等多种... 类脑神经形态计算有望克服传统冯·诺依曼计算架构瓶颈,实现低功耗、高效信息处理,进而推动人工智能技术的发展。人工突触是构建神经形态系统的关键硬件,其中光电突触结合了电子学和光子学优势,具有光学感知、信息计算和存储等多种功能。新兴的全光控光电突触,其电导非易失性增大和降低均通过光信号实现,可有效避免电信号对器件微结构的破坏,改善工作稳定性,并且赋予突触器件新的功能。氧化物易制备,与CMOS工艺兼容性好,是使用最广泛的人工突触材料。本文梳理了具有长程可塑性的氧化物全光控突触器件研究进展,分别讨论了基于光波长和光功率调控的全光控突触,主要聚焦器件结构、材料选择和光电响应机制,最后分析了当前全光控突触发展面临的挑战。 展开更多

关键词 神经形态计算 光电突触 全光控突触 长程可塑性 氧化物

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ZnO基透明导电薄膜

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作者 史钧达 杨汝琪 +3 位作者 胡杜楠 刘如敏 余涛 吕建国 《发光学报》 北大核心 2025年第4期597-614,共18页

ZnO是一种典型的第三代半导体材料,宽禁宽度3.37 eV。本征ZnO是一种n型半导体,采用施主元素掺杂技术可以显著提升其n型导电特性。ZnO基透明导电薄膜具有原料来源丰富、制备方法多样、可室温生长等优势,可应用于光电、传感、光热等诸多... ZnO是一种典型的第三代半导体材料,宽禁宽度3.37 eV。本征ZnO是一种n型半导体,采用施主元素掺杂技术可以显著提升其n型导电特性。ZnO基透明导电薄膜具有原料来源丰富、制备方法多样、可室温生长等优势,可应用于光电、传感、光热等诸多领域。其中,Al掺杂ZnO(AZO)是一种典型的透明导电氧化物(TCO),备受关注。本文以AZO薄膜为主要代表,综述了ZnO基透明导电薄膜的最新研究进展,包括掺杂ZnO单层薄膜、ZnO基多层薄膜、柔性ZnO基薄膜等不同类型透明导电薄膜的物理化学性质;重点探讨了ZnO基透明导电薄膜的迁移率、禁带宽度、透射率/吸收率/反射率等光电特性及其内在关系;详细介绍了ZnO基透明导电薄膜在发光二极管、太阳能电池、传感器、半导体加热等领域的应用情况;最后对存在的挑战和未来发展趋势进行了展望。 展开更多

关键词 氧化锌 透明导电薄膜 施主掺杂 AZO 光电特性

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Ti_(3)Pt塑性变形的微观机理

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作者 祁糈 余倩 《材料科学与工程学报》 北大核心 2025年第2期187-190,共4页

Ti-Pt系列合金由于出色的耐腐蚀性和高温形状记忆特点,在诸多领域有着广泛应用。但是,由于Ti-Pt合金中金属间化合物结构的复杂性,使得Ti-Pt合金在室温下的变形能力较差,严重影响了Ti-Pt合金的进一步应用。Ti_(3)Pt相作为Ti-Pt合金中较... Ti-Pt系列合金由于出色的耐腐蚀性和高温形状记忆特点,在诸多领域有着广泛应用。但是,由于Ti-Pt合金中金属间化合物结构的复杂性,使得Ti-Pt合金在室温下的变形能力较差,严重影响了Ti-Pt合金的进一步应用。Ti_(3)Pt相作为Ti-Pt合金中较为常见的金属间化合物,其变形机制目前仍然匮乏研究。本实验借助原位微米力学压缩和电子显微镜对Ti_(3)Pt相的塑性变形机制进行了研究,说明了Ti_(3)Pt相是通过局域高度无序化和晶粒旋转实现塑性变形,从而为进一步优化Ti-Pt合金的力学性能提供了理论基础。 展开更多

关键词 金属间化合物 塑性变形 无序化 晶粒旋转

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铝铒共掺氧化锌薄膜中氧含量对铒离子发光的影响

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作者 王源 杨德仁 李东升 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期173-178,共6页

研究在不同氧气含量条件下通过磁控溅射沉积的铝铒共掺氧化锌薄膜及电致发光器件的光电性能。实验发现氧气含量的提高有利于增强Er^(3+)离子的光学活性并降低薄膜中电子陷阱的浓度。另外,由于沉积过程中溅射出的粒子与氧气碰撞导致能量... 研究在不同氧气含量条件下通过磁控溅射沉积的铝铒共掺氧化锌薄膜及电致发光器件的光电性能。实验发现氧气含量的提高有利于增强Er^(3+)离子的光学活性并降低薄膜中电子陷阱的浓度。另外,由于沉积过程中溅射出的粒子与氧气碰撞导致能量损失,高氧气含量会引起薄膜结晶性下降。在电致发光中,由于氧填充了作为施主的氧空位,强烈依赖于多子浓度的npn异质结器件在纯氩条件下才能获得最强的电致发光。 展开更多

关键词 铝铒共掺氧化锌 溅射气氛 电致发光 氧空位

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TWIP钢低温塑性变形机理的原位电镜研究 被引量：4

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作者 符晓倩 余倩 陈江华 《电子显微学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期61-67,共7页

本文采用透射电镜中的原位低温拉伸测试技术,进行了-50℃、-120℃及-180℃下孪晶诱导塑性变形(TWIP)钢均匀塑性变形阶段的变形缺陷行为分析,研究了温度变化对于TWIP钢中的位错滑移与孪生行为的影响。研究发现,TWIP钢在-50℃下激活了常... 本文采用透射电镜中的原位低温拉伸测试技术,进行了-50℃、-120℃及-180℃下孪晶诱导塑性变形(TWIP)钢均匀塑性变形阶段的变形缺陷行为分析,研究了温度变化对于TWIP钢中的位错滑移与孪生行为的影响。研究发现,TWIP钢在-50℃下激活了常规滑移之外的其它滑移系;随着温度的进一步降低,TWIP钢中位错活性未发生明显下降,特别是需要热激活辅助的位错交滑移在-180℃下仍可发生。同时研究结果说明,低温下TWIP钢强塑性的保持由多种变形机制共同协调作用:形变孪生、孪晶与位错相互作用、位错交滑移及其引起的位错相互作用,本质是其孪生行为与位错滑移的活性同时得到了保持。 展开更多

关键词 TWIP钢 原位电镜 低温变形 位错滑移 形变孪生

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单晶铌低温剪切带形成与演化的透射电镜研究

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作者 李习耀 刘皓岚 +1 位作者 翟晓玉 王江伟 《电子显微学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期557-563,共7页

作为高度局域化变形的重要塑性载体,低温剪切带通常会导致材料塑性失稳。研究其形成与演化机制对材料低温服役可靠性具有重要意义。本文对不同取向单晶铌的低温剪切带行为展开系统探究。研究表明,位错在不同滑移面的局域化活动导致了{1... 作为高度局域化变形的重要塑性载体,低温剪切带通常会导致材料塑性失稳。研究其形成与演化机制对材料低温服役可靠性具有重要意义。本文对不同取向单晶铌的低温剪切带行为展开系统探究。研究表明,位错在不同滑移面的局域化活动导致了{110}或{112}剪切带的形成,并使材料宏观上表现出低温塑性失稳特征,其力学曲线表现出应力骤降的塑性流变行为。随着剪切带持续增厚,其界面处集聚的位错密度也随之升高,使剪切带-基体取向差逐渐增大;当增厚到微米尺寸后,剪切带界面位错所能协调的两侧晶体取向差趋于饱和。这些结果为发展低温剪切带演化动力学模型提供了实验参照。 展开更多

关键词 铌 低温剪切带 塑性失稳 应力骤降 界面位错

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高熵合金的成分不均匀性及其特点

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作者 祁糈 陈雨洁 +1 位作者 方研 余倩 《电子显微学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期595-604,共10页

高熵合金由于其优异的力学性能而获得了极大的关注。然而理想固溶体模型往往无法完全准确描述和解析其性能的来源。由于高熵合金中合金元素种类多,数量大,导致其晶格的结构特征可能出现与传统合金不同。近年来,大量实验和理论研究结果... 高熵合金由于其优异的力学性能而获得了极大的关注。然而理想固溶体模型往往无法完全准确描述和解析其性能的来源。由于高熵合金中合金元素种类多,数量大,导致其晶格的结构特征可能出现与传统合金不同。近年来,大量实验和理论研究结果均证明了高熵合金中普遍存在元素分布非均匀性,可能是高熵合金的宏观力学性能有异于传统合金的重要原因。因此,本文从高熵合金中的成分涨落、短程有序和纳米析出相三个角度出发讨论,分析了元素分布不均匀性对其变形机制以及力学性能的影响,并对未来高强度、高塑性高熵合金的发展进行了展望。 展开更多

关键词 高熵合金 浓度波动 短程有序 力学性能与变形机制

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