Guang Yang 1,3Lingbo Xu 1,3Can Cui 1,*Xiaodong Pi 2,3,**[ ... ]Rong Wang 2,3,***
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Optical Field Manipulation of Zhejiang Province, Department of Physics, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China
2 State Key Laboratory of Silicon and Advanced Semiconductor Materials & School of Materials Science and Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
3 Institute of Advanced Semiconductors & Zhejiang Provincial Key Laboratory of Power Semiconductor Materials and Devices, Hangzhou Innovation Center, Zhejiang University, Hangzhou 311200, China
Molten-alkali etching has been widely used to reveal dislocations in 4H silicon carbide (4H-SiC), which has promoted the identification and statistics of dislocation density in 4H-SiC single crystals. However, the etching mechanism of 4H-SiC is limited misunderstood. In this letter, we reveal the anisotropic etching mechanism of the Si face and C face of 4H-SiC by combining molten-KOH etching, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and first-principles investigations. The activation energies for the molten-KOH etching of the C face and Si face of 4H-SiC are calculated to be 25.09 and 35.75 kcal/mol, respectively. The molten-KOH etching rate of the C face is higher than the Si face. Combining XPS analysis and first-principles calculations, we find that the molten-KOH etching of 4H-SiC is proceeded by the cycling of the oxidation of 4H-SiC by the dissolved oxygen and the removal of oxides by molten KOH. The faster etching rate of the C face is caused by the fact that the oxides on the C face are unstable, and easier to be removed with molten alkali, rather than the C face being easier to be oxidized.
Journal of Semiconductors
2024, 45(1): 012502
作者单位
摘要
西安交通大学 核科学与技术学院西安 710049
NECP-SARAX是西安交通大学核工程计算物理实验室开发的先进反应堆中子学分析系统,近些年基于CEFR、PHENIX、SUPERPHENIX、JOYO MK-I、ZPR和ZPPR等反应堆开展了程序的验证与确认工作,计算结果表明:NECP-SARAX在快堆堆芯物理特性分析具有良好的性能。同时,利用上述反应堆中的燃料组件和控制棒组件,初步展现了截面计算程序TULIP在快谱问题计算分析上的精确性,但是仍然缺乏系统性地验证与确认。为了确认TULIP程序对于不同类型快谱问题的适用性,从国际临界安全基准评估项目中选取了147组临界实验装置进行计算分析,发现对于带有厚反射层的实验装置,TULIP程序计算keff和蒙特卡罗程序计算值的偏差超过10-2。以HMF021-002实验装置构造均匀两核素问题展开研究,中等质量核素在非共振区表现出类似共振波动状的散射截面,对于使用大量结构材料的快谱系统,其非共振区类似共振波动截面的自屏效应变得不可忽略。针对此现象,对TULIP程序的共振计算策略和非共振区计算方法进行优化,采用超细群(Ultra Fine Group,UFG)的共振计算方法,对中等质量核素高装载量情况下非共振区类似共振波动状截面的自屏效应进行处理,改进程序后相应实验装置计算偏差降低到3×10-3内,数值结果表明,改进后的TULIP程序对于快谱系统具有良好的计算分析能力。
TULIP程序 ICSBEP基准题 中等质量核素 非共振区 类似共振状的截面 TULIP code ICSBEP benchmark Intermediate-weight nuclide Nonresonance energy Resonance-like cross section 
核技术
2023, 46(12): 120604
作者单位
摘要
南京航空航天大学, 南京 211000
针对无人机集群的协同导航问题, 提出了一种基于高斯置信传播的无人机集群协同导航算法。该算法通过概率图模型对无人机自身传感器信息和无人机机间测距信息进行建模, 引入高斯置信传播(GaBP)算法完成协同信息的有效融合。仿真实验结果表明, 新算法相较于传统协同扩展卡尔曼滤波导航算法将无卫星信号无人机定位精度从4.82 m提高到了1.97 m。同时, 在性能相近的情况下, 相较于传统的置信传播算法, 新算法的计算效率提升了近40倍。
无人机集群 协同导航 高斯置信传播(GaBP) 概率图模型 UAV swarm collaborative navigation Gaussian Belief Propagation (GaBP) probabilistic graphical model 
电光与控制
2023, 30(9): 0063
李国峰 1,2,*陈泓谕 1杭伟 1韩学峰 2,3[ ... ]王蓉 2,3
作者单位
摘要
1 浙江工业大学超精密加工研究中心, 杭州 310023
2 浙江大学杭州国际科创中心, 先进半导体研究院和浙江省宽禁带功率半导体材料与器件重点实验室, 杭州 311200
3 浙江大学硅及先进半导体材料全国重点实验室&材料科学与工程学院, 杭州 310027
表面无损伤、粗糙度低的半导体碳化硅(4H-SiC)衬底是制造电力电子器件和射频微波器件的理想衬底材料, 在新能源、轨道交通、智能电网和5G通信等领域具有广阔的应用前景。4H-SiC衬底的加工过程包括切片、减薄、研磨、抛光和清洗, 在4H-SiC衬底加工过程中引入的表面/亚表面损伤均严重影响材料性能、同质外延薄膜性质, 以及器件性能和可靠性。本文将重点介绍4H-SiC晶片在切片、减薄、研磨、抛光等各个加工环节中表面/亚表面损伤的形成和去除机制, 基于4H-SiC晶圆表面/亚表面损伤的检测方法, 综述亚表面损伤的形貌和表征参量, 并简单介绍三种常见的亚表面损伤的消除方法, 分析其技术优势和发展瓶颈, 对去除亚表面损伤工艺的发展趋势进行了展望。
半导体 衬底晶圆 表面/亚表面损伤 晶圆加工 semiconductor 4H-SiC 4H-SiC substrate wafer surface/subsurface damage wafer processing 
人工晶体学报
2023, 52(11): 1907
作者单位
摘要
1 九江职业技术学院 电气工程学院, 江西 九江 330007
2 重庆理工大学 光纤传感与光电检测重庆市重点实验室, 智能光纤感知技术重庆市高校工程研究中心, 重庆 400054
为了实现液相中氢气体积分数的准确检测, 该文利用钯、氧化硅超疏水溶胶和倾斜光纤光栅制备了氢气传感器。首先, 在倾斜光纤光栅表面采用磁控溅射法涂覆了一层致密的钯膜, 用于响应氢气体积分数变化信息; 然后, 采用镀膜提拉法在钯膜表面涂覆一层氧化硅超疏水膜, 用于阻止水分子进入钯膜内部, 导致钯膜从光纤表面脱落, 进而增强了传感器在液相环境下运行的稳定性。实验研究了钯膜厚度对传感器氢敏响应特性的影响, 并利用传感器对液相中的氢气体积分数进行了检测。研究结果表明, 传感器能准确响应液相中氢气体积分数的变化信息, 当钯膜厚度为120 nm时, 灵敏度达到-15.29 pm/%, 最大相对误差为8.67%。
倾斜光纤光栅 传感器 液相 氢气浓度 钯膜 超疏水涂膜 tilted fiber grating sensor liquid phase H2 concentration palladium film superhydrophobic coating film 
压电与声光
2023, 45(3): 450
作者单位
摘要
青岛大学物理科学学院,山东 青岛 266071
570 nm附近黄光处于人眼敏感波段,在医疗、生活及科研等领域有重要需求,该波段激光的研究关系到国民经济和前沿科学领域的发展。报道了一种蓝光激光二极管端面抽运Dy-Tb∶LuLiF4晶体的黄光激光器。选用单个蓝光激光二极管和两个蓝光激光二极管合束两种方式作为抽运源分别进行实验,通过温度调节系统解决晶体的产热问题,从而实现抽运光波长为573.9 nm的黄光激光输出。在吸收抽运功率为3.0 W的条件下,输出黄光激光的功率为297 mW,斜效率为12.3%。采用多层黑磷材料为调Q光开关,实现了黄光脉冲激光输出。在吸收抽运功率为2.8 W时,黄光脉冲激光的平均输出功率为54 mW,相应的脉冲宽度为766.8 ns,相应的脉冲能量为2.1 μJ。
激光器 黄光激光 被动调Q技术 Dy-Tb∶LuLiF4 
中国激光
2023, 50(22): 2201006
隋占仁 1,2,*徐凌波 1,2崔灿 1王蓉 2,3[ ... ]韩学峰 2,3
作者单位
摘要
1 浙江理工大学物理系,浙江省光场调控技术重点实验室,杭州 310018
2 浙江大学杭州国际科创中心, 浙江省宽禁带半导体重点实验室, 杭州 311200
3 浙江大学材料科学与工程学院, 硅材料国家重点实验室, 杭州 310027
宽禁带半导体材料碳化硅(SiC)凭借着其高击穿场强、高热导率、耐高温、高化学稳定性和抗辐射等优异性能, 在电力电子器件领域尤其是高温、高频、高功率等应用场景下有着巨大潜力。大尺寸、高质量、低成本的单晶SiC的制备是SiC相关半导体产品规模化应用的前提。顶部籽晶溶液生长(TSSG)法生长的单晶SiC有着晶体质量高、易扩径、易p型掺杂等优势, 有望成为制备单晶SiC的主流方法。但目前由于该方法涉及的生长机理复杂, 研究者对其内部机理的理解还不够充分, 难以对TSSG生长设备和方法进行有效的改进与优化。利用计算机对TSSG法生长单晶SiC生长过程进行数值模拟被认为是对其内部机理探究的有效途径之一。本文首先回顾了TSSG法生长单晶SiC和相关数值模拟分析的发展历程, 介绍了TSSG法生长单晶SiC和数值模拟的基本原理, 然后介绍了数值模拟方法计算分析TSSG法生长单晶SiC模型涉及的主要模块、影响单晶生长的主要因素(如马兰戈尼力、浮力、电磁力等), 以及对数值模型的优化方法。最后, 指出了数值模拟方法计算分析TSSG法生长单晶SiC在未来的重点研究方向。
宽禁带半导体 碳化硅 顶部籽晶溶液生长法 数值模拟 有限元 晶体生长 机器学习 wide bandgap semiconductor silicon carbide top-seeded solution growth numerical simulation finite element crystal growth machine learning 
人工晶体学报
2023, 52(6): 1067
张俊然 1,2,3朱如忠 2,3张玺 2,3张序清 2,3[ ... ]王蓉 2,3
作者单位
摘要
1 浙江大学物理学院, 杭州 310027
2 浙江大学杭州国际科创中心, 先进半导体研究院和浙江省宽禁带功率半导体材料与器件重点实验室, 杭州 311200
3 浙江大学材料科学与工程学院, 硅材料国家重点实验室, 杭州 310027
4 浙江机电职业技术学院增材制造学院, 杭州 310053
作为制备半导体晶圆的重要工序, 线锯切片对半导体晶圆的质量具有至关重要的影响。本文以发展最成熟的硅材料为例, 介绍了线锯切片技术的基本理论, 特别介绍了线锯切片技术的力学模型和材料去除机理, 并讨论了线锯制造技术及切片工艺对材料的影响。在此基础上, 综述了线锯切片技术在碳化硅晶圆加工中的应用和技术进展, 并分析了线锯切片技术对碳化硅晶体表面质量和损伤层的影响。最后, 本文指出了线锯切片技术在碳化硅晶圆加工领域面临的挑战与未来的发展方向。
线锯切片 硬脆材料 单晶碳化硅 晶圆加工 砂浆线切割 金刚线切割 wire saw slicing brittle-and-hard material single crystal silicon carbide wafer processing slurry sawing diamond wire sawing 
人工晶体学报
2023, 52(3): 365
张玺 1,2朱如忠 1,2张序清 1,2王明华 3[ ... ]皮孝东 1,2
作者单位
摘要
1 浙江大学杭州国际科创中心先进半导体研究院,浙江省宽禁带功率半导体材料与器件重点实验室,杭州 311200
2 浙江大学硅材料国家重点实验室,材料科学与工程学院,杭州 310027
3 杭州乾晶半导体有限公司,杭州 311200
4 浙江机电职业技术学院,杭州 310053
研磨作为4H碳化硅(4H-SiC)晶片加工的重要工序之一,对4H-SiC衬底晶圆的质量具有重要影响。本文研究了金刚石磨料形貌和分散介质对4H-SiC晶片研磨过程中材料去除速率和面型参数的影响,基于研磨过程中金刚石磨料与4H-SiC晶片表面的接触情况,推导出简易的晶片材料去除速率模型。研究结果表明,磨料形貌显著影响4H-SiC晶片的材料去除速率,材料去除速率越高,晶片的总厚度变化(TTV)越小。由于4H-SiC中C面和Si面的各向异性,4H-SiC晶片研磨过程中C面的材料去除速率高于Si面。在分散介质的影响方面:水基体系研磨液的Zeta电位绝对值较高,磨料分散均匀,水的高导热系数有利于控制研磨过程中的盘面温度;乙二醇体系研磨液的Zeta电位绝对值小,磨料易发生团聚,增大研磨过程的磨料切入深度,晶片的材料去除速率提高,晶片最大划痕深度随之增大。
4H碳化硅 研磨 金刚石磨料 分散介质 材料去除速率 面型参数 4H-SiC lapping diamond abrasive dispersion medium material removal rate surface parameter 
人工晶体学报
2023, 52(1): 48
Guang Yang 1,2,3Hao Luo 2,3Jiajun Li 2,3Qinqin Shao 2,3[ ... ]Rong Wang 2,3,***
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Optical Field Manipulation of Zhejiang Province, Department of Physics, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China
2 State Key Laboratory of Silicon Materials and School of Materials Science and Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
3 Hangzhou Innovation Center, Zhejiang University, Hangzhou 311200, China
4 School of Materials Science and Engineering & Henan Institute of Advanced Technology, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China
Discrimination of dislocations is critical to the statistics of dislocation densities in 4H silicon carbide (4H-SiC), which are routinely used to evaluate the quality of 4H-SiC single crystals and homoepitaxial layers. In this work, we show that the inclination angles of the etch pits of molten-alkali etched 4H-SiC can be adopted to discriminate threading screw dislocations (TSDs), threading edge dislocations (TEDs) and basal plane dislocations (BPDs) in 4H-SiC. In n-type 4H-SiC, the inclination angles of the etch pits of TSDs, TEDs and BPDs in molten-alkali etched 4H-SiC are in the ranges of 27°?35°, 8°?15° and 2°?4°, respectively. In semi-insulating 4H-SiC, the inclination angles of the etch pits of TSDs and TEDs are in the ranges of 31°?34° and 21°?24°, respectively. The inclination angles of dislocation-related etch pits are independent of the etching duration, which facilitates the discrimination and statistic of dislocations in 4H-SiC. More significantly, the inclination angle of a threading mixed dislocations (TMDs) is found to consist of characteristic angles of both TEDs and TSDs. This enables to distinguish TMDs from TSDs in 4H-SiC.Discrimination of dislocations is critical to the statistics of dislocation densities in 4H silicon carbide (4H-SiC), which are routinely used to evaluate the quality of 4H-SiC single crystals and homoepitaxial layers. In this work, we show that the inclination angles of the etch pits of molten-alkali etched 4H-SiC can be adopted to discriminate threading screw dislocations (TSDs), threading edge dislocations (TEDs) and basal plane dislocations (BPDs) in 4H-SiC. In n-type 4H-SiC, the inclination angles of the etch pits of TSDs, TEDs and BPDs in molten-alkali etched 4H-SiC are in the ranges of 27°?35°, 8°?15° and 2°?4°, respectively. In semi-insulating 4H-SiC, the inclination angles of the etch pits of TSDs and TEDs are in the ranges of 31°?34° and 21°?24°, respectively. The inclination angles of dislocation-related etch pits are independent of the etching duration, which facilitates the discrimination and statistic of dislocations in 4H-SiC. More significantly, the inclination angle of a threading mixed dislocations (TMDs) is found to consist of characteristic angles of both TEDs and TSDs. This enables to distinguish TMDs from TSDs in 4H-SiC.
Journal of Semiconductors
2022, 43(12): 122801

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