超宽禁带半导体氧化镓基X射线探测器的研究进展

X射线具有波长短、穿透能力强等优点,在医学成像、安全检查、科学研究、空间通信等领域具有重要作用。半导体X射线探测器可以将X射线转换为电流信号,具有易集成、空间分辨率高、能量分辨率高、响应速度快等优点。高性能的X射线探测器应具备暗电流低、灵敏度高、响应速度快、可长时间稳定工作等特点,因此制备X射线探测器的半导体材料应具有电阻率高、缺陷少、抗辐照能力强、禁带宽度宽等性质。氧化镓(Ga₂O₃)是一种新型宽禁带半导体材料,具有超宽禁带宽度、高击穿场强、高X射线吸收系数、耐高温、可采用熔体法生长大尺寸单晶等优点,是一种适合制备X射线探测器的新型材料,近年来基于Ga₂O₃的X射探测器成为辐射探测领域的研究热点之一。本文主要介绍了Ga₂O₃半导体的物理性质及其在X射线探测器方面的研究进展,分析了影响X射线探测器性能的物理机制,为提高Ga₂O₃基X射探测器的性能提供了思路。     

切割角蓝宝石基氧化镓薄膜MOCVD外延及日盲紫外光电探测器制备

本文使用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)法在不同切割角的c面蓝宝石衬底上外延氧化镓(β-Ga₂O₃)单晶薄膜，揭示了衬底切割角对外延薄膜晶体质量的影响规律。研究表明，当衬底切割角为6°时，β-Ga₂O₃外延膜具有较小的X射线摇摆曲线半峰全宽(1.10°)和最小的表面粗糙度(7.7 nm)。在此基础上，采用光刻、显影、电子束蒸发及剥离工艺制备了金属-半导体-金属结构的日盲紫外光电探测器，器件的光暗电流比为6.2×10⁶,248 nm处的峰值响应度为87.12 A/W,比探测率为3.5×10¹⁵ Jones,带外抑制比为2.36×10⁴,响应时间为226.2μs。     

Tl-1223高温超导薄膜在蓝宝石单晶基片上的生长和性能研究

本文报道了采用射频磁控溅射法和快速升温烧结法在R面取向的蓝宝石单晶基片上生长CeO₂缓冲层和Tl-1223超导薄膜，研究了缓冲层生长情况和先驱膜后退火条件对超导薄膜结晶情况和超导特性的影响。AFM和XRD表征结果显示，蓝宝石基片经过退火后其表面形成具有光滑平台的台阶结构，同时基片的晶体质量得到了改善；本文所制备的CeO₂缓冲层和Tl-1223超导薄膜具有较好的c轴生长取向，而且两者呈现良好的ab面内织构。SEM表征结果显示，生长良好的Tl-1223超导薄膜呈层状结构，表面光滑平整、结构致密。在液氮环境下，测得所制备Tl-1223超导薄膜的临界转变温度T_c约为111 K,临界电流密度J_c(77 K,0 T)约为1.3 MA/cm²。     

一种具有荧光性质的三维Zn(Ⅱ)金属-有机框架

以1,3,5-苯三甲酸(H₃BTC)为配体,与Zn(Ⅱ)离子在溶剂热条件下反应制备了配合物{[Zn(BTC)_2/3]·[HCON(CH₃)₂]·[C₂H₅OH]}_n(1)。通过单晶X射线衍射分析(SXRD)、红外光谱(FT-IR)、热重分析(TGA)、粉末X射线衍射分析(PXRD)和荧光光谱对配合物1进行表征。单晶X射线衍射分析表明,配合物1属于单斜晶系P2₁/n空间群。在配合物1中Zn(Ⅱ)离子通过羧基上的氧原子与BTC^3-离子配位,形成了具有孔道的三维Zn(Ⅱ)金属有机框架(MOF)结构。并且通过分子间氢键相互作用,将乙醇和N,N'-二甲基甲酰胺(DMF)分子封装进平行四边形的孔道中。室温下的荧光光谱分析表明,当激发波长为297 nm时,配合物1在601 nm处具有最强的发射峰。     

Er:Lu2O3单晶的导模法生长及性能表征

本文以高纯Lu₂O₃、Er₂O₃为原料,使用自主设计、制造的自动等径导模炉,采用导模法(EFG)生长了φ25 mm×20 mm的7.82%(原子数分数)Er:Lu₂O₃单晶,分凝系数为0.92,并探索了退火条件。X射线衍射仪(XRD)结果为纯相,X射线荧光光谱仪(XRF)结果证明杂质含量较低。利用吸收光谱计算在972 nm及1 535 nm附近的吸收截面,分别为3.24×10^-21 cm²、8.43×10^-21 cm²,半峰全宽(FWHM)分别为28.22 nm、27.31 nm。热学性能测试结果表明,在30 ℃时热导率为13.28 W·m^-1·K^-1。利用扫描电子显微镜(SEM)对晶体表面微观形貌进行了表征。     

一例镉(Ⅱ)配合物的合成、结构与性质

本文以2-羟乙基苯并咪唑-5-羧酸(Hhebimc)、己二酸(H₂hex)和硝酸镉为原料,合成了新型镉配合物[Cd₂(hebimc)₂(hex)]·2H₂O。对该配合物进行单晶X射线单晶衍射、元素分析、红外光谱、热重、粉末X射线衍射及荧光光谱等测试。单晶X射线衍射结果表明:配合物为三斜晶系,空间群为P1,中心离子Cd(Ⅱ)离子为六配位扭曲的八面体几何构型,晶胞参数为a=0.860 33(15) nm,b=0.906 59(16) nm,c=1.012 03(18) nm,α=74.826(3)°,β=73.131(3)°,γ=85.128(3)°,V=0.729 0(2) nm³,是一例具有超分子网络结构的配位聚合物。荧光光谱分析表明,配合物与自由配体具有相似的发光特性。     

Demko-Sharpless 合成稀土四唑化合物的结构及性质

使用 Demko-Sharpless法,用氰基吡啶(4-氰基吡啶和3-氰基吡啶)与稀土硝酸盐(Ln=La, Gd, Er)在水热条件下反应,安全有效地合成了四个稀土四唑离子型化合物:[Ln(H₂O)₈·3(p-TPD)·2(p-HTPD)·7H₂O], (Ln=La(1), Gd(2), Er(3), p-TPD=4-四唑吡啶), [Ln(H₂O)₈·3(m-TPD)·6H₂O]和(m-TPD=3-四唑吡啶, Ln=Er(4))。同时,对这四个稀土四唑离子型化合物进行单晶X射线衍射、红外光谱、热重、介电性能、X射线粉末衍射等测试,并且对其介电性质进行了研究。X射线单晶结构分析显示,所得到的四个稀土四唑化合物均为离子型,稀土金属离子与配体分别处于不同的两层,[Ln(H₂O)₈]³⁺结构单元与 p-TPD 以及水分子通过氢键作用形成阳离子层,同时p-TPD与p-HTPD通过π-π堆积与氢键作用形成阴离子层,阳离子层和阴离子层交替排列形成一个规则的网络结构。介电性能测试表明化合物1,2具有较好的介电性。     

[(Epy)2][MnBr2I2]配合物的合成、晶体结构及发光性能

室温下,以N-乙基吡啶碘盐(Epy)I和四水溴化锰(MnBr₂·4H₂O)为原料合成了一种零维发光材料[(Epy)₂][MnBr₂I₂]。对该配合物进行元素含量分析、红外光谱、单晶X射线衍射、粉末X射线衍射、紫外可见吸收光谱、光致发光光谱及X射线激发发射光谱等测试。单晶X射线衍射结果表明:配合物为单斜晶系,C2/c空间群,中心离子Mn(Ⅱ)为四面体构型,晶胞参数为a=2.825 5(6) nm,b=0.839 71(17) nm,c=1.836 0(4) nm。在332 nm紫外光激发下,配合物发出528 nm的绿光,对应于四面体Mn(Ⅱ)配合物的⁴T₁(G)→⁶A₁特征辐射跃迁,荧光寿命为58.85 μs,荧光量子产率为58.29%。X射线激发光谱表明配合物发光强度较高,具有X射线荧光性能。     

高温退火Cu(111)衬底上生长高质量厘米尺寸单晶石墨烯（英文）

二维(2D)石墨烯具有原子层厚度，在电子器件中展示出突破摩尔定律限制的巨大潜力。目前，化学气相沉积(CVD)是一种广泛应用于石墨烯生长的方法，满足低成本、大面积生产和易于控制层数的需求。然而，由于催化金属(例如Cu)衬底一般为多晶特性，导致CVD法生长的石墨烯晶体质量相对较差。为此，通过高温退火工艺制备了Cu (111)单晶衬底，使石墨烯的初始成核过程得到了很好的控制，从而实现了厘米尺寸的高质量单晶石墨烯的制备。根据二者的晶格匹配关系，Cu (111)衬底为石墨烯生长提供了唯一的成核取向，相邻石墨烯成核岛的边界能够缝合到一起。单晶石墨烯具有高电导率，相较于原始多晶Cu上生长的石墨烯(1 415.7Ω·sq^-1),其平均薄层电阻低至607.5Ω·sq^-1。高温退火能够清洁铜箔，从而获得表面粗糙度较低的洁净石墨烯。将石墨烯用于场效应晶体管(FET),器件的最大开关比为145.5,载流子迁移率为2.31×10³ cm²·V^-1·s^-1。基于以上结果，相信本工作中...     

8英寸导电型4H-SiC单晶衬底制备与表征

使用物理气相传输法(PVT)通过扩径技术制备出直径为209 mm的4H-SiC单晶,并通过多线切割、研磨和抛光等一系列加工工艺制备出标准8英寸SiC单晶衬底。使用拉曼光谱仪、高分辨X射线衍射仪、光学显微镜、电阻仪、偏光应力仪、面型检测仪、位错检测仪等设备,对8英寸衬底的晶型、结晶质量、微管、电阻率、应力、面型、位错等进行了详细表征。拉曼光谱表明8英寸SiC衬底100%比例面积为单一4H晶型;衬底(004)面的5点X射线摇摆曲线半峰全宽分布在10.44″~11.52″;平均微管密度为0.04 cm^-2;平均电阻率为0.020 3 Ω·cm。使用偏光应力仪对8英寸SiC衬底内部应力进行检测表明整片应力分布均匀,且未发现应力集中的区域;翘曲度(Warp)为17.318 μm,弯曲度(Bow)为-3.773 μm。全自动位错密度检测仪对高温熔融KOH刻蚀后的8英寸衬底进行全片扫描,平均总位错密度为3 293 cm^-2,其中螺型位错(TSD)密度为81 cm^-2,刃型位错(TED)密度为3 074 cm^-2,基平面位错(BPD)密度为138 cm^-2。结果表明8英寸导电型4H-SiC衬底质量优良,同比行业标准达到行业先进水平。     

电沉积制备金属锡薄膜负极材料及其电化学性能研究

通过电沉积法,控制电流密度在铜箔上得到不同形貌的金属锡薄膜,采用扫描电子显微镜、X射线衍射、恒流充放电测试、循环伏安、交流阻抗法对其进行物理和电化学性能表征。结果表明:当电流密度为2 mA/cm²,所得金属锡薄膜表面最为致密,结晶度最高;将其作为负极材料组装成CR2025扣式电池,首次放电比容量为752 mAh/g,库伦效率为81.65%;30个循环后,放电比容量仍然维持在350 mAh/g。此外,该金属锡薄膜电极具有较高的电子导电性和锂离子扩散能力,其电荷转移电阻和锂离子扩散系数分别为113.3 Ω和8.968×10^-17 cm²/s。     

雾化辅助化学气相沉积法氧化镓薄膜生长研究

采用自主设计搭建的雾化辅助化学气相沉积系统设备,开展了Ga₂O₃薄膜制备及其特性研究工作。通过X射线衍射研究了沉积温度、系统沉积压差对Ga₂O₃薄膜结晶质量的影响。结果表明,Ga₂O₃在425~650 ℃温度区间存在物相转换关系。随着沉积温度从425 ℃升高至650 ℃,薄膜结晶分别由非晶态、纯α-Ga₂O₃结晶状态向α-Ga₂O₃、β-Ga₂O₃两相混合结晶状态改变。通过原子力显微镜表征探究了生长温度对Ga₂O₃薄膜表面形貌的影响,从475 ℃升高至650 ℃时,薄膜表面粗糙度由26.8 nm下降至24.8 nm。同时,高分辨X射线衍射仪测试表明475 ℃、5 Pa压差条件下的α-Ga₂O₃薄膜样品半峰全宽仅为190.8″,为高度结晶态的单晶α-Ga₂O₃薄膜材料。     

花状NiCo-LDH/CB复合材料的制备及其电化学性能研究

以乙醇为溶剂,采用溶剂热法制备了三维花状层状双氢氧化物(Layered Double Hydroxides, LDH)与炭黑(Carbon Black, CB)复合的复合材料。采用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)对样品的结构和形貌进行表征,并通过循环伏安、交流阻抗和恒流充放电研究了材料的电化学性能。结果表明,作为超级电容器电极材料,所制备的NiCo-LDH/CB和NiCo-LDH/CB-D电极在1 A·g^-1电流密度下的比电容分别为1 520 F·g^-1和2 127 F·g^-1,即使在7 A·g^-1高电流密度下,其比电容仍可达1 438 F·g^-1和2 011 F·g^-1,容量保持率为94.6%和94.5%。与单纯的花状NiCo-LDH相比,CB的引入明显提升了材料的电化学性能。     

Cu@PtCu催化薄膜的构筑及氧还原催化性能研究

采用喷涂或转印方法制备的质子交换膜燃料电池催化层存在活性不均匀或活性位点易失效的问题。本研究用静电纺丝法制备高导电性的柔性碳纳米纤维薄膜，然后将析氢电位较高的Cu以脉冲电沉积的方式均匀沉积到纤维膜上，制备出Cu纳米晶/碳纳米纤维膜，最后通过原位置换还原，合成Cu@PtCu/碳纳米纤维(Cu@PtCu/CNF)催化薄膜。Cu@PtCu/CNF催化薄膜解决了催化层活性不均的问题，且可以直接作为催化层使用。采用SEM、XRD、XPS等对其形貌、结构进行了表征。电化学测试结果表明，在pH=4、氯铂酸浓度为0.25 mg·mL^-1时获得的Cu@PtCu/CNF催化薄膜，其面积比活性为49 m²·g^-1。在5 000个循环的稳定性测试后，电化学活性比表面积保持74%,半波电位下降了9 mV,均优于商业Pt/C催化剂。     

甲烷浓度对碳化硅基底金刚石薄膜摩擦性能影响

利用热丝化学气相沉积法(HFCVD)在碳化硅基底上制备金刚石薄膜,采用场发射扫描电子显微镜、拉曼光谱仪、原子力显微镜研究了在不同甲烷浓度条件下制备的金刚石薄膜表面形貌及物相组成,在干摩擦条件下通过往复式摩擦磨损实验测试并计算了已制备金刚石薄膜的摩擦系数和磨损率,结合物相分析及摩擦磨损实验结果分析了甲烷浓度的改变对金刚石薄膜摩擦磨损性能的影响。结果表明,由于甲烷气体含量的升高,金刚石薄膜结晶质量下降,薄膜由微米晶向纳米晶转变。摩擦磨损实验结果显示:3%甲烷浓度条件下制备的金刚石薄膜耐磨性较好,磨损率为2.2×10^-7 mm³/mN;5%甲烷浓度条件下制备的金刚石薄膜摩擦系数最低(0.032),磨损率为5.7×10^-7 mm³/mN,制备的金刚石薄膜的耐磨损性能相比于碳化硅基底(磨损率为9.89×10^-5 mm³/mN)提升了两个数量级,显著提高了碳化硅基底的耐磨性。     

(Ti/ZnO)N成分调制纳米多层膜的结构与透光导电性研究

采用射频(RF)和单极中频直流脉冲磁控溅射方法,在玻璃基板上制备了(Ti/ZnO)_N成分调制纳米多层膜,并研究了调制周期数对其结构及透光导电性能的影响。通过X射线衍射、拉曼光谱、原子力显微镜、紫外可见吸收光谱以及霍尔效应测试结果表明:(Ti/ZnO)_N成分调制纳米多层膜以(002)取向的纤锌矿型ZnO结构为主,具有明确的成分调制结构,各Ti层和各ZnO层厚度均匀连续,各界面平整且无明显扩散。在可见光范围的平均透光率大于85%,电阻率最小可达到2.63×10^-2 Ω·cm。     

WS2/MgAl-LDH复合材料的制备及其光催化性能研究

采用两步水热法制备了WS₂/MgAl-LDH(水滑石)复合材料,通过X-射线衍射仪、傅立叶变换红外光谱仪、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X-射线光电子能谱仪等测试分析,表明在MgAl-LDH层间原位合成了WS₂纳米粒子。将该复合材料作为催化剂来降解150 mg/L,pH值为3的甲基橙溶液,其结果是:在模拟可见光条件下辐照75 min,该甲基橙溶液的降解率超过80%,且循环性能优异。由此表明,WS₂/MgAl-LDH复合材料是一种极具应用潜力的光催化剂。     

Hexagonal AlN films grown on nominal and off-axis Si(0 0 1) substrates

Nucleation and growth of wurtzite AlN layers on nominal and off-axis Si(0 0 1) substrates by plasma-assisted molecular beam epitaxy is reported. The nucleation and the growth dynamics have been studied in situ by reflection high-energy electron diffraction. For the films grown on the nominal Si(0 0 1) surface, cross-sectional transmission electron microscopy and X-ray diffraction investigations revealed a two-domain film structure (AlN¹ and AlN²) with an epitaxial orientation relationship of [0 0 0 1]_AlN || [0 0 1]_Si and AlN¹ || AlN² || [1 1 0]_Si. The epitaxial growth of single crystalline wurtzite AlN thin films has been achieved on off-axis Si(0 0 1) substrates with an epitaxial orientation relationship of [0 0 0 1]_AlN parallel to the surface normal and 0 1 1 0_AlN || [1 1 0]_Si.     

MOCVD方法在Ti/Si(111)模板上生长ZnO薄膜的研究

本文采用常压MOCVD方法在Ti/Si（111）模板上生长了氧化锌（ZnO）薄膜，使用二乙基锌为Zn源，去离子水为O源。Si衬底上的Ti薄层采用电子束蒸发台蒸发，然后低温生长缓冲层并在高温下进行重结晶，接着在680％进行ZnO薄膜的生长。采用粉末衍射法、双晶X射线衍射及光致发光技术研究了材料的取向、结晶性能及发光性能。结果表明，本文制备了高度择优取向和良好发光性能的ZnO薄膜。     

p-ZnO薄膜及其异质结的光电性质

采用射频磁控溅射法,在不同的Ar∶O2条件下,以高掺磷n型Si衬底为磷掺杂源制备了p型ZnO薄膜和p-ZnO/n-Si异质结.对ZnO∶P薄膜进行了光致发光谱(PL)、霍尔参数、Ⅰ-Ⅴ特性、扫描电镜(SEM)和X射线衍射谱(XRD)等测试.结果表明,获得的ZnO∶P薄膜沿(0002)晶面高取向生长,以3.33 eV近带边紫外发光为主,伴有2.69 eV附近的深能级绿色发光峰,空穴浓度为8.982 × 1017/cm3,空穴迁移率为9.595 cm2/V·s,p-ZnO/n-Si异质结I-V整流特性明显,表明ZnO∶P薄膜具有p型导电特性.