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Structural, Electronic and Optical Properties of ScxAl1-xN alloys within DFT Calculations
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作者 Asma Said Yasmina Oussaifi Moncef Said 《Journal of Applied Mathematics and Physics》 2024年第2期569-584,共16页
Structural, electronic and optical properties of Sc-based aluminum-nitride alloy have been carried out with first-principles methods using both local density approximation (LDA) and Heyd-Scuseria-Ernzerhof (HSE) hybri... Structural, electronic and optical properties of Sc-based aluminum-nitride alloy have been carried out with first-principles methods using both local density approximation (LDA) and Heyd-Scuseria-Ernzerhof (HSE) hybrid functional. This latter provides a more accurate description of the lattice parameters, enthalpy of formation, electronic and optical properties of our alloy than standard DFT. We found the transition from wurtzite to rocksalt structures at 61% of Sc concentration. By increasing the scandium concentration, the lattice parameters and the band gap decrease. The HSE band gap is in good agreement with available experimental data. The existence of the strong hybridization between Sc 3d and N 2p indicates the transport of electrons from Sc to N atoms. Besides, it is shown that the insertion of the Sc atom leads to the redshift of the optical absorption edge. The optical absorption of Sc<sub>x</sub>Al<sub>1-x</sub>N is found to decrease with increasing Sc concentrations in the low energy range. Because of this, Sc<sub>x</sub>Al<sub>1-x</sub>N have a great potential for applications in photovoltaics and photocatalysis. 展开更多
关键词 DFT Electronic and Optical Properties scaln Hybrid Functional HSE
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不同Mo层厚度的AlN/Mo/Sc_(0.2)Al_(0.8)N复合结构上MOCVD外延GaN 被引量:2
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作者 李嘉豪 韩军 +6 位作者 邢艳辉 董晟园 王冰辉 任建华 曾中明 张宝顺 邓旭光 《发光学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1077-1084,共8页
采用脉冲直流磁控溅射法在Si(100)衬底上制备了AlN/Mo/Sc_(0.2)Al_(0.8)N复合结构薄膜,在该结构上通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术进行GaN薄膜的外延。使用原子力显微镜、高分辨X射线衍射、粉末X射线衍射、扫描电子显微镜和拉曼光... 采用脉冲直流磁控溅射法在Si(100)衬底上制备了AlN/Mo/Sc_(0.2)Al_(0.8)N复合结构薄膜,在该结构上通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术进行GaN薄膜的外延。使用原子力显微镜、高分辨X射线衍射、粉末X射线衍射、扫描电子显微镜和拉曼光谱研究了Mo插入层的厚度对Sc_(0.2)Al_(0.8)N缓冲层和GaN外延层晶体质量的影响,研究了Sc_(0.2)Al_(0.8)N缓冲层对Mo上生长的GaN外延层的影响。研究结果表明,Mo插入层的厚度是影响Sc_(0.2)Al_(0.8)N缓冲层和GaN外延层的重要因素,Sc_(0.2)Al_(0.8)N缓冲层对Mo上GaN晶体质量的提高具有重要意义。随Mo厚度的增加,Sc_(0.2)Al_(0.8)N缓冲层的表面粗糙度先减小后增大,GaN外延层的(002)面X射线衍射摇摆曲线半峰全宽先减小后增大。当Mo插入层厚度为400 nm时,GaN外延层的晶体质量最好,GaN(002)面的X射线衍射摇摆曲线半峰全宽为0.51°,由拉曼光谱计算得到的压应力483.09 MPa;直接在Mo上进行GaN的外延,GaN(002)面的X射线衍射摇摆曲线半峰全宽无法测得,说明在Mo上进行GaN的外延需要Sc_(0.2)Al_(0.8)N缓冲层。 展开更多
关键词 GAN 金属有机化学气相沉积(MOCVD) scaln X射线衍射
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ScAlN缓冲层厚度对Si(100)衬底上GaN外延层的影响
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作者 尹浩田 丁广玉 +2 位作者 韩军 邢艳辉 邓旭光 《半导体光电》 CAS 北大核心 2022年第3期517-521,共5页
采用脉冲直流磁控溅射方法在Si(100)衬底上制备了ScAlN薄膜。以溅射的ScAlN作为缓冲层,在Si(100)衬底上用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术外延了GaN薄膜。使用高分辨X射线衍射、原子力显微镜和拉曼光谱研究了ScAlN缓冲层的厚度对ScAlN... 采用脉冲直流磁控溅射方法在Si(100)衬底上制备了ScAlN薄膜。以溅射的ScAlN作为缓冲层,在Si(100)衬底上用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术外延了GaN薄膜。使用高分辨X射线衍射、原子力显微镜和拉曼光谱研究了ScAlN缓冲层的厚度对ScAlN缓冲层和GaN外延层的影响。研究结果表明,ScAlN缓冲层的厚度是影响GaN薄膜晶体质量的重要因素。随着ScAlN厚度的增加,ScAlN的(002)面X射线衍射摇摆曲线半高宽持续减小,GaN的(002)面X射线衍射摇摆曲线半高宽先减小后增大。当ScAlN缓冲层厚度为500 nm时,得到的GaN晶体质量最好,其中GaN(002)面的X射线衍射摇摆曲线半高宽为0.38°,由拉曼光谱计算得到的张应力为398.38 MPa。 展开更多
关键词 Si(100)衬底 氮化镓 scaln 磁控溅射
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溅射ScAlN对6英寸蓝宝石衬底上GaN HEMT的曲率影响
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作者 王波 房玉龙 +6 位作者 尹甲运 张志荣 李佳 芦伟立 高楠 牛晨亮 陈宏泰 《标准科学》 2022年第S01期224-228,共5页
随着衬底尺寸的增大以及外延层厚度的增加,由晶格失配和热膨胀系数失配导致的晶圆弯曲和开裂的问题将越发突出。本文采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术分别在AlN/蓝宝石衬底和ScAlN/蓝宝石衬底上外延生长了GaN,用原子力显微镜、X... 随着衬底尺寸的增大以及外延层厚度的增加,由晶格失配和热膨胀系数失配导致的晶圆弯曲和开裂的问题将越发突出。本文采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术分别在AlN/蓝宝石衬底和ScAlN/蓝宝石衬底上外延生长了GaN,用原子力显微镜、X射线双晶衍射仪、拉曼光谱、弯曲度测试仪等设备进行了对比分析。实验结果表明,AlN/蓝宝石衬底和ScAlN/蓝宝石衬底上的GaN材料弯曲度值分别为52.6um和29.7um。相较于AlN/蓝宝石衬底,ScAlN/蓝宝石衬底上的GaN材料的弯曲度明显降低,更有利于外延材料生长及器件工艺制备。 展开更多
关键词 氮化镓 scaln 曲率 6英寸AlN/蓝宝石模板
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反应磁控溅射法制备氮化铝钪薄膜 被引量:1
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作者 陈宇昕 刘玉菲 尚正国 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期1924-1929,共6页
为了制备出压电性能良好、c轴择优生长的氮化铝钪压电薄膜,本文利用脉冲直流反应磁控溅射法制备了几组氮化铝钪薄膜,通过控制变量,并利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和压电系数测试仪等测试设备,研究了气体流量、功率、衬底温度、缓冲... 为了制备出压电性能良好、c轴择优生长的氮化铝钪压电薄膜,本文利用脉冲直流反应磁控溅射法制备了几组氮化铝钪薄膜,通过控制变量,并利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和压电系数测试仪等测试设备,研究了气体流量、功率、衬底温度、缓冲层结构以及掺钪对薄膜结晶质量及性能的影响,优化了工艺参数。结果表明,相比于钛铂缓冲层,使用氮化铝/钛/铂缓冲层制备薄膜,可以使摇摆曲线半高宽由2.62°降至2.38°。然后,对钪掺杂机理进行了简单分析,本文所制备氮化铝钪薄膜的纵向压电系数d33高达-10.5 pC/N,是纯氮化铝压电系数的1.9倍,XRD图谱及SEM图像表明,在该掺杂浓度下,压电系数的提高主要是通过钪掺杂产生的晶格畸变引起,而非改变了晶体结构。 展开更多
关键词 压电薄膜 氮化铝钪 磁控溅射 工艺参数
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AlN薄膜异质结构声波激发特性研究
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作者 齐梦珂 李孟辉 +3 位作者 程一民 潘虹芝 曹亮 牟笑静 《压电与声光》 CAS 北大核心 2022年第5期709-712,共4页
该文分别开发了两种基于AlN压电材料和原子数分数为10%的Sc掺杂AlN压电材料的薄膜叠层异质谐振器。通过有限元仿真和实验对比分析了器件的频率温度性能和Sc掺杂对谐振器声激励的影响。结果表明,Sc掺杂可能会影响压电薄膜叠层谐振器所激... 该文分别开发了两种基于AlN压电材料和原子数分数为10%的Sc掺杂AlN压电材料的薄膜叠层异质谐振器。通过有限元仿真和实验对比分析了器件的频率温度性能和Sc掺杂对谐振器声激励的影响。结果表明,Sc掺杂可能会影响压电薄膜叠层谐振器所激励声波的谐振频率、机电耦合系数和对应的频率温度系数(TCF),且对所激励声波的正反谐振点的TCF影响不同。此研究在传感及滤波器件领域极具应用潜力。 展开更多
关键词 谐振器 声波激励 氮化铝钪 温度稳定性 机电耦合系数
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高Sc含量ScAlN薄膜的制备与表征
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作者 杨数强 王军强 +2 位作者 张超 陈宇昕 尚正国 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期21-27,共7页
本文利用优化的种子层结构和工艺参数,以AlSc合金靶为靶源,以脉冲直流反应磁控溅射AlSc合金靶的方式在室温下制备了ScAlN薄膜,同时设计并制作了压电测试专用结构,解决了ScAlN腐蚀工艺不成熟的问题,结合X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪、... 本文利用优化的种子层结构和工艺参数,以AlSc合金靶为靶源,以脉冲直流反应磁控溅射AlSc合金靶的方式在室温下制备了ScAlN薄膜,同时设计并制作了压电测试专用结构,解决了ScAlN腐蚀工艺不成熟的问题,结合X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪、准静态d33分析仪、纳米压痕法等方法表征了薄膜的结晶质量、组成成分和机电耦合系数等性能。由表征结果可知,所制备的Sc0.35Al0.65N薄膜具有高度c轴择优取向,摇摆曲线的半高宽低至2.167°,同时结晶致密,有少量贝壳状凸起。薄膜的压电常数d33为-23.4 pC/N,机电耦合系数k_(33)^(2)和k_(t)^(2)分别为34.6%和25.7%,具有制备FBAR等高性能压电MEMS器件的潜力。 展开更多
关键词 薄膜 磁控溅射 氮化铝钪 半高全宽 d33压电常数
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基于ScAlN薄膜的高频PMUT阵列的设计与制造
8
作者 塔桂峰 刘建河 +5 位作者 李加东 姚术涛 刘浩杰 苗斌 商文玲 陶金燕 《压电与声光》 CAS 北大核心 2024年第4期496-504,共9页
高频压电微机械超声换能器(PMUT)应用于各种场景,如指纹识别、无损检测、医疗成像。在当前非侵入式血管成像应用中,存在换能器使用锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)及局限于1-D PMUT阵列的问题。设计并制作了一种基于ScAlN材料压电薄膜的2D-PMUT... 高频压电微机械超声换能器(PMUT)应用于各种场景,如指纹识别、无损检测、医疗成像。在当前非侵入式血管成像应用中,存在换能器使用锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)及局限于1-D PMUT阵列的问题。设计并制作了一种基于ScAlN材料压电薄膜的2D-PMUT阵列。为了进一步得到阵列最佳的输出性能,降低栅瓣影响,设计了间距为波长的1/2(300μm)的并联六边形阵列,增大了填充因子,降低了阻抗,提高了输出电流。采用SOI晶片作为PMUT的基本结构,设计了微机电系统(MEMS)工艺流程,并完成了晶片制作。通过扫描电子显微镜和聚焦离子束切割确定PMUT的形貌和结构尺寸,并且测得在水中的谐振频率为2.36 MHz。仿真与测试结果表明,测试误差为9.2%,位移灵敏度较好,有望满足非侵入式血管成像应用需求。 展开更多
关键词 高频压电微机械超声换能器阵列(PMUT) scaln薄膜 有限元仿真 器件制备 非侵入式血管成像
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基于ScAlN/FeGa结构的磁电声表面波谐振器 被引量:3
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作者 姜建利 杨雪梅 +1 位作者 刘婉 白飞明 《压电与声光》 CAS 北大核心 2019年第1期4-8,共5页
该文研究基于磁致伸缩FeGa合金衬底的磁电声表面波(SAW)谐振器。首先,在FeGa磁致伸缩衬底上溅射沉积了ScAlN压电薄膜,完成了单端口声表面波谐振器的制备;其次,采用X线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)等手段对ScAl... 该文研究基于磁致伸缩FeGa合金衬底的磁电声表面波(SAW)谐振器。首先,在FeGa磁致伸缩衬底上溅射沉积了ScAlN压电薄膜,完成了单端口声表面波谐振器的制备;其次,采用X线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)等手段对ScAlN薄膜进行结构分析;最后,采用矢量网络分析仪和微波探针台测试S参数和群时延。结果表明,ScAlN薄膜晶粒呈柱状生长且具有高度(002)取向,薄膜表面粗糙度在2.36nm左右;当ScAlN压电薄膜厚为0.7μm,波长为15.74μm时,SAW谐振器的谐振频率为218.75 MHz,相速度为3 443m/s,机电耦合系数为0.06%,与COMSOL仿真计算结果较吻合。 展开更多
关键词 FeGa合金衬底 磁致伸缩效应 scaln薄膜 磁电效应 声表面波谐振器
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衬底温度对ScAlN薄膜结构及电阻率的影响 被引量:1
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作者 杨健苍 孟祥钦 +1 位作者 付伍君 杨成韬 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2013年第6期866-868,914,共4页
采用直流反应磁控溅射法、利用ScAl合金靶(含Sc质量分数10%)制备了一系列不同衬底温度的Sc掺杂AlN(ScAlN)薄膜。利用X线衍射仪、原子力显微镜和铁电测试仪的电流-电压(I-V)模块研究了衬底温度对薄膜微观结构、表面形貌及电阻率的影响。... 采用直流反应磁控溅射法、利用ScAl合金靶(含Sc质量分数10%)制备了一系列不同衬底温度的Sc掺杂AlN(ScAlN)薄膜。利用X线衍射仪、原子力显微镜和铁电测试仪的电流-电压(I-V)模块研究了衬底温度对薄膜微观结构、表面形貌及电阻率的影响。结果表明,随着衬底温度升高,薄膜的(002)择优取向愈发明显,在650℃时达到最佳;薄膜的表面粗糙度随着衬底温度的升高而减小,在650℃、700℃时分别达到3.064nm和2.804nm,但当温度达到700℃时,薄膜表面局部开裂,因此,650℃为获得最佳结晶质量薄膜的适当温度。ScAlN薄膜电阻率随制备时衬底温度呈先增大后减小的趋势。 展开更多
关键词 scaln薄膜 磁控溅射 微观结构 表面形貌 电阻率
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高动态位移ScAlN基超声换能器的设计及制作 被引量:1
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作者 彭火祥 苗斌 +5 位作者 徐瞻 刁莉娜 程晋荣 李加东 赵祥永 张巧珍 《压电与声光》 CAS 北大核心 2021年第2期183-186,191,共5页
超声探测作为重要的感知技术,其探测性能一直是学术界研究的热点。针对薄膜超声换能器谐振位移低,导致输出声压较低,从而影响探测性能的问题,该文提出了一种高动态位移的薄膜ScAlN基超声换能器结构,该结构直径为360μm,中心处膜层由4... 超声探测作为重要的感知技术,其探测性能一直是学术界研究的热点。针对薄膜超声换能器谐振位移低,导致输出声压较低,从而影响探测性能的问题,该文提出了一种高动态位移的薄膜ScAlN基超声换能器结构,该结构直径为360μm,中心处膜层由4根悬梁支柱固支,通过微机电系统(MEMS)微纳加工技术制作了换能器阵列。测试结果表明,该器件谐振频率下,中心处动态位移可达2.16μm/V。此外,该结构使膜层振动模态转变为输出声压更高的活塞型模态,相关工作为空气介质中长距离超声测距传感器的研究奠定了基础。 展开更多
关键词 scaln薄膜 动态位移 新型pMUT结构
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