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第53卷第2期2024年2月人㊀工㊀晶㊀体㊀学㊀报JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALSVol.53㊀No.2February,2024碳化硅同质外延质量影响因素的分析与综述郭㊀钰1,2,刘春俊1,张新河2,沈鹏远1,张㊀博1,娄艳芳1,彭同华1,杨㊀建1(1.北京天科合达半导体股份有限公司,北京㊀102600;2.深圳市重投天科半导体有限公司,深圳㊀518108)摘要:碳化硅(SiC)外延质量会直接影响器件的性能和使用寿命,在SiC器件应用中起到关键作用㊂SiC外延质量一方面受衬底质量的影响,例如衬底的堆垛层错(SF)会贯穿到外延层中形成条状层错(BSF),螺位错(TSD)会贯穿到外延层中形成坑点或Frank型层错(Frank SF)等㊂另一方面受到外延工艺的影响,如在外延过程中衬底的基平面位错(BPD)受应力等条件作用会滑移形成Σ形基平面位错(Σ-BPD),衬底的TSD或刃位错(TED)会衍生为腐蚀坑(Pits),以及新产生SF和硅滴等㊂因此,获得高质量的SiC外延晶片需要从优选SiC衬底和优化外延工艺两方面入手㊂本文对外延生长过程中晶体缺陷如何转化并影响器件性能进行了系统分析和综述,并基于北京天科合达半导体股份有限公司量产的高质量6英寸SiC衬底,探讨了常见缺陷,如BPD㊁层错㊁硅滴和Pits等的形成机理及其控制技术,并对Σ-BPD的产生机理和消除方法进行研究,最终获得了片内厚度和浓度均匀性良好㊁缺陷密度低的外延产品,完成了650和1200V外延片产品的开发和产业化工作㊂关键词:碳化硅;同质外延;外延生长;缺陷;位错;小坑中图分类号:O78;O484;O47㊀㊀文献标志码:A㊀㊀文章编号:1000-985X(2024)02-0210-08 Analysis and Review of Influencing Factors of SiCHomo-Epitaxial Wafers QualityGUO Yu1,2,LIU Chunjun1,ZHANG Xinhe2,SHEN Pengyuan1,ZHANG Bo1,LOU Yanfang1,PENG Tonghua1,YANG Jian1(1.Beijing TankeBlue Semiconductor Co.,Ltd.,Beijing102600,China;2.Shenzhen MITK Semiconductor Co.,Ltd.,Shenzhen518108,China)Abstract:The performance and lifetime of silicon carbide(SiC)devices are directly affected by the quality of SiC epitaxial films.On the one hand,the quality of SiC epitaxial films is affected by the quality of substrates.For examples,the stacking faults(SF)in substrates penetrate into the epitaxial layer,forming bar-shaped stacking faults(BSF),and the threading screw dislocation(TSD)penetrate into the epitaxial layer to form pits or Frank-type stacking faults(Frank SF).On the other hand, the quality of SiC epitaxial films is also influenced by the epitaxial growing process.For examples,basal plane dislocation (BPD)in the substrate formΣ-basal plane dislocation(Σ-BPD)in the epitaxial layer under thermal stress or other unstable conditions,the TSD and threading edge dislocation(TED)in the substrate may be etched and derived into pits,and SF and silicon droplets may also be produced.Therefore,high quality SiC substrates and optimized epitaxial growing process are both crucial for obtaining high-quality silicon carbide epitaxial wafers.In this article,based on the SiC epitaxial films grown on 6inch SiC substrates batch-produced by TankeBlue Company,the defects reproducing process in substrates during epitaxial growing were analyzed,and the formation mechanism and controlling technology of common defects such as BPD,SF,silicon droplets and pits were overviewed.The generation mechanism ofΣ-BPD and its eliminating methods were also explored. Finally,we obtained the mass-production technologies of SiC epitaxial films with good thickness and concentration uniformity, and low defect density,which are qualified for making650and1200V SiC-based MOSFETs.Key words:SiC;homo-epitaxial;epitaxial growth;defect;dislocation;pit㊀㊀收稿日期:2023-05-29㊀㊀基金项目:北京市科协卓越工程师培养计划㊀㊀作者简介:郭㊀钰(1983 ),女,辽宁省人,博士,教授级高工㊂E-mail:guoyu03201@㊀㊀通信作者:刘春俊,博士,研究员㊂E-mail:liuchunjun@㊀第2期郭㊀钰等:碳化硅同质外延质量影响因素的分析与综述211㊀0㊀引㊀㊀言SiC作为目前被广泛关注的第三代半导体材料,具有高击穿电压㊁高电子迁移率㊁高热导率等特性,由其制备的半导体器件相比传统的硅(Si)基半导体器件拥有体积小㊁开关损耗低㊁功率密度更高等优势㊂随着绿色能源革命对电力电子器件耐高压㊁低功耗需求的日益迫切,以及电动汽车㊁充电桩等新兴应用的蓬勃发展, SiC器件在智能电网㊁电动汽车㊁轨道交通㊁新能源并网㊁开关电源㊁工业电机和白色家电等领域展现出良好的发展前景和巨大的市场潜力㊂与传统硅功率器件制作工艺不同,SiC功率器件不能直接制作在SiC单晶材料上,必须在导通型SiC单晶衬底上使用外延技术生长出高质量的外延材料,然后在外延层上制作各类器件㊂之所以不直接在SiC衬底上制作SiC器件,一方面是由于衬底的杂质含量较高,且电学性能不够好㊂另一方面是掺杂难度大,即使采用离子注入的方式,也需要后续的高温退火,远不如在外延层上的掺杂效果好㊂因此,制造出外延层的掺杂浓度和厚度符合设计要求的SiC器件至关重要㊂常见的SiC外延技术有化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)㊁液相外延生长(liquid phase epitaxy,LPE)㊁分子束外延生长(molecular beam epitaxy,MBE)等,目前CVD是主流技术,具备较高生长速率㊁能够实现可控掺杂调控等优点㊂CVD外延生长通常使用硅烷和碳氢化合物作为反应气体,氢气作为载气,氯化氢作为辅助气体,或使用三氯氢硅(TCS)作为硅源代替硅烷和氯化氢,在约1600ħ的温度条件下,反应气体分解并在SiC衬底表面外延生长SiC薄膜㊂目前国内外SiC外延技术已经取得较大进展,产业界也已成功实现6英寸(1英寸=2.54cm)SiC外延批量生产㊂国外产业化公司主要有美国Wolfspeed公司㊁II-VI公司,日本的Showa Ddenko公司等,国内有厦门瀚天天成电子科技有限公司㊁东莞天域半导体有限公司㊁河北普兴电子科技股份有限公司㊁三安集成等㊂2022年美国Wolfspeed公司已成功实现8英寸SiC外延产品的量产㊂市场上主流的量产产品主要是650㊁1200㊁1700V金氧半场效晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)器件用6英寸外延产品㊂本研究团队基于十多年在SiC衬底材料制备技术研究和产业推广经验的积累,2022年开始启动SiC外延技术研发,重点针对1200V车规级MOSFET器件用SiC外延材料进行研发和产业化工作㊂本文首先介绍了SiC外延的研究历史,然后结合本团队SiC外延产品相关研发工作综述了SiC外延掺杂浓度控制和缺陷控制方面的研究进展,最后对国产SiC外延的发展进行了总结和展望㊂1㊀研发历史SiC同质外延技术研究需要基于SiC衬底开展,因此研发时间晚于SiC衬底,最早开始于20世纪60年代㊂研究人员主要采用了液相外延法[1-3]和CVD法进行SiC同质外延[4-9]㊂但由于SiC存在200多种晶体结构,外延生长时存在严重的多型夹杂问题,因此早期获得的外延材料质量都很差,这也制约了SiC器件的发展㊂第一个突破性的里程碑是在1987年,Kuroda等[10]和美国Kong等[11]各自相继提出了台阶流外延生长模型,在6H-SiC衬底上进行完美多型体复制,并给出了最优偏离晶向和偏角㊂具体来说,代表SiC晶型的堆垛顺序信息主要在SiC衬底表面台阶的侧向,通过SiC衬底表面偏角度的控制,使得同质外延在衬底表面原子台阶处侧向生长,从而继承衬底的堆垛次序,通过台阶流生长实现晶型的完美复制㊂这项技术同样适用其他晶型,如4H-SiC㊁15R-SiC的同质外延生长㊂4H-SiC同质外延的成功促进了SiC基肖特基二极管的研发,带动了4H-SiC在功率器件应用领域独特的发展㊂第二个标志性里程碑是热壁(温壁)CVD反应室设计,传统冷壁CVD反应腔室[12-13]结构较为简单,但存在一些缺点,如晶片表面法线方向的温度梯度非常大,导致SiC晶片翘曲比较严重[14];另外冷壁CVD加热效率比较低,热辐射损耗严重㊂通过热壁CVD反应室设计,腔室内温度梯度得到显著降低,容易实现良好的温度均匀性,这对于产业化生产至关重要㊂第三个里程碑是氯基快速外延生长技术,传统SiC的CVD生长技术通常使用硅烷和碳氢化合物作为反应气体,氢气作为载气,气相中Si团簇容易形成Si滴,导致外延生长工艺窗口相对较窄,同时也限制了外延生长的速率㊂通过引入氯基化学成分(通常有TCS,或者HCl)可以极大地抑制Si团簇,目前已成功应用于212㊀综合评述人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第53卷SiC 快速外延生长中[15]㊂近年来,SiC 外延技术逐渐成熟,产业研究重点关注外延材料掺杂浓度控制和缺陷控制两个方面㊂2㊀SiC 外延层的掺杂浓度控制SiC 是优秀的宽禁带半导体材料,其优点是可以相对容易地在一个宽的范围内控制n 型和p 型掺杂㊂氮(N)或磷(P)用于n 型掺杂,而铝(Al)常用于p 型掺杂㊂硼(B)也曾用作p 型掺杂,但其电离能较大(约350MeV)[16],现在已经不是p 型掺杂的首选㊂Larkin 等[17-19]发现的竞位效应是实现SiC 掺杂控制的关键㊂N 原子替位C 原子位置,而P㊁Al 和B 替位Si 原子位置㊂因此,低C /Si 比有利于提高N 掺杂效率,高C /Si 比不利于N 的掺入;对于Al 和B 则刚好相反㊂目前大部分SiC 器件是基于n 型外延材料制作,氮气也是普遍采用的掺杂气体,N 掺杂与氮气流量㊁生长温度和压力㊁C /Si 比㊁生长速率等参数的依赖关系已有详细的研究[20-22],可以实现N 掺杂浓度大范围的调控(1ˑ1014~2ˑ1019cm -3)㊂对于大尺寸SiC 外延材料,SiC 外延层掺杂浓度的均匀性(δ/mean)是研究及产业界目前关注的另一重点㊂2011年Burk 等采用热壁气相外延(vapour phase epitaxy,VPE)炉制作出了厚度均匀性和浓度均匀性分别低于1.6%和12%的6英寸SiC 外延片[23],2014年Thomas 等在2800W 设备上获得了厚度和浓度均匀性分别低于1.5%和8%㊁良品率97.5%的外延片[24-25]㊂8英寸外延片方面,Mattia 和Danilo 等各自在PE1O8设备上获得厚度和浓度均匀性均低于2%的外延片[26]㊂在水平式外延生长中,气体高速流入生长腔室,中心流速高,两侧接近生长腔室边界的地方流速降低;同时在气体流动的方向上,随着反应气体的消耗,反应气体的浓度降低,这些现象会引起SiC 外延层厚度和浓度的不均匀,进而影响器件的性能㊂解决上述问题的方法是设计适当的反应腔室结构,从进气端到尾气端的反应腔室逐步变窄,使得气体的速度沿着流动方向增加,同时反应气体向衬底的扩散距离减小,抵消气体消耗和边界流速降低带来的影响㊂另外,通过调整SiC 衬底的旋转速度,使用适当比例的氩气和氢气的混合气体作为旋转气体源,调整反应气体中的C /Si 比例,调整中路和旁路的反应气体和掺杂气体的流量,都可以获得更加均匀的载流子浓度和厚度分布[27]㊂图1㊀量产外延片的载流子浓度均匀性(a)和厚度均匀性(b)分布统计Fig.1㊀Uniformity of doping (a)and thickness (b)of epi-wafers 本团队采用水平式外延生长方法,三氯氢硅和乙烯作为反应气源,氮气作为掺杂气体,氢气作为载气,氢气和氩气作为驱动托盘旋转的气源,生长厚度适用于1200V 的SiC 基MOSFET 用SiC 外延层㊂通过调整掺杂氮气在中心和边缘分布比例㊁托盘旋转的速度以及旋转气体中氩气与氢气的比例,优化外延工艺的C /Si 比等生长参数,实现SiC 外延层掺杂浓度及均匀性的有效控制,图1是量产1000片的厚度和浓度均匀性统计数据,C /Si 比在1.0~1.2㊁温度在1600~1650ħ和压力在100mbar 的工艺条件下,统计的外延产品100%达到厚度均匀性小于3%㊁浓度均匀性小于6%㊂3㊀SiC 外延层的缺陷控制研究根据晶体缺陷理论,SiC 外延材料的主要缺陷可归纳为4大类:点缺陷㊁位错(属于线缺陷)㊁层错(属于面缺陷)和表面缺陷(属于体缺陷)㊂3.1㊀点缺陷SiC 外延材料的点缺陷主要有硅空位㊁碳空位㊁硅碳双空位等缺陷[28-30],它们在禁带中产生深能级中心,影响材料的载流子寿命㊂在轻掺杂的SiC 外延层中,点缺陷产生的深能级中心浓度通常在5ˑ1012~2ˑ1013cm -3,与外延生长条件特别是C /Si 比和生长温度相关㊂3.2㊀位㊀错SiC 材料的位错包括螺位错(threading screw dislocation,TSD)㊁刃位错(threading edge dislocation,TED)㊀第2期郭㊀钰等:碳化硅同质外延质量影响因素的分析与综述213㊀和基平面位错(basal plane dislocation,BPD)㊂微管是伯氏矢量较大的螺位错形成的中空管道,可认为是一种超螺位错㊂SiC外延层的位错缺陷基本都和衬底相关,图2是SiC外延层中观察到的典型位错演变图[31-32]㊂大部分微管和螺位错会复制到外延层中,在合适的工艺条件下,部分微管分解为单独的螺位错,形成微管闭合[33],只有一小部分TSD(<2%)转为Frank型层错[34-35]㊂衬底TED基本都会复制到外延层中㊂图2㊀4H-SiC外延层中位错演变图Fig.2㊀Schematic illustration of dislocation evolution process in4H-SiC epitaxial layerBPD位错主要源于衬底中BPD向外延层的贯穿,通常偏4ʎ4H-SiC衬底中大部分BPD位错(>99%)在外延过程中会转化为TED位错,只有少于1%左右的BPD会贯穿到外延层中并达到外延层表面㊂在后续器件制造中,BPD主要影响双极型器件的稳定性,如出现双极型退化现象[36-40]㊂在正向导通电流的作用下, BPD可能会延伸至外延层演变成堆垒层错(SF),造成器件正向导通电压漂移㊂由于刃位错对器件性能的影响要小得多,所以提高SiC外延生长过程中BPD转化为TED的比例,阻止衬底中的BPD向外延层中延伸对提高器件的性能十分重要㊂对于BPD向TED的转化技术已经有比较多的研究报道,例如,外延生长前的KOH刻蚀或氢气刻蚀优化表面[41]㊁外延生长间断[42],或者提高生长速率,结合这些技术,转化率已经提升到99.8%,甚至达到100%[43]㊂此外生长过程中,在应力等条件作用下,BPD很容易在衬底和外延层界面上沿着台阶流法线方向发生滑移,形成界面位错(interfacial dislocations)[44-45],滑移方向取决于BPD的伯氏矢量及应力方向㊂特定条件下,成对BPD同时发生滑移,会形成Σ-BPD㊂在本团队研发过程中也观察到过该缺陷,其典型形貌如图3所示,光致发光检测BPD形貌如图3(a)所示,对外延片进行KOH腐蚀后形貌如图3(b)所示,可以看到一个Σ-BPD包含两条界面位错,其长度可以达到毫米级,在其尾部存在两个BPD㊂Σ-BPD形成机理示意图如图3(c)所示[46-47],其起源于衬底的BPD对,其伯氏矢量方向刚好相反,滑移过程中形成两条界面位错和2个半环位错(half-loop arrays,HLAs)㊂半环位错的长度不一,决定于其驱动力大小,影响滑移的驱动力主要是温场的不均匀性㊂图3㊀Σ-BPD的形貌图(a)㊁氢氧化钾腐蚀坑图(b)和形成机理示意图(c)Fig.3㊀Morphology(a),etched image by KOH(b)and schematic illustration of formation mechanism(c)ofΣ-BPD针对外延BPD,本文在快速外延生长的基础上优化外延层缓冲层工艺窗口,目前可以实现BPD密度小于0.1cm-3的外延层批量制备,如图4所示㊂3.3㊀层错缺陷SiC外延层中的层错包括两大类:一类来源于衬底的层错和位错缺陷,衬底的层错会导致外延层形成214㊀综合评述人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第53卷图4㊀外延片的BPD 分布(a)及其统计(b)Fig.4㊀Distribution of BPD (a)and its statistics (b)of epi-wafers Bar-shaped SFs [48-49],衬底的部分TSD 如3.2所述会形成Frank SFs;另一类层错为生长层错(in-grown SFs),是外延生长过程中产生的,与衬底质量没有关系㊂目前,大多数外延层错属于第二类,这些层错中绝大部分为Shockley SFs,是通过在基平面中的滑移产生的[50-51]㊂这些层错缺陷都会对器件性能产生不利影响,例如漏电流的增加㊂降低外延生长速率㊁原位氢气刻蚀优化㊁增加生长温度㊁改善衬底质量都可以有效降低层错数量,本研究团队已经可以提供Shockley SFs 密度小于0.15cm -2的6英寸SiC 衬底㊂3.4㊀表面缺陷SiC 外延层表面缺陷尺度比较大,一般通过光学显微镜可以直接观察到,包括掉落物[52]㊁三角形缺陷[53-54]㊁ 胡萝卜 缺陷[55-56]㊁彗星缺陷[57]㊁硅滴[58]和浅坑[59-60]㊂掉落物主要由反应室的部件上形成的SiC 颗粒脱落形成,通过定期清理或更换反应室部件能够有效控制㊂其他几种表面缺陷的形成机制目前已经有了较多研究,虽然不能形成统一的模型,但是大部分与衬底表面状态(包括划痕/损伤层㊁颗粒沾污㊁凹坑)㊁衬底位错(特别是TSD)等缺陷存在一定的关联性㊂由于台阶流生长模式的放大作用和位错转化的综合效应,导致缺陷形成各种宏观表面形貌特征㊂表面缺陷与器件性能的影响目前也已经有了较多的研究报道,除浅坑缺陷外,其他表面缺陷基本都会对器件的性能产生一定的不利影响,导致器件击穿电压降低或者反向漏流增加[61]㊂浅坑(Pits)是4H-SiC 外延层表面出现在TSD 位错顶端的小凹陷或小坑状的形貌缺陷,其宽度尺度小于10μm㊂TED 在外延层表面引起的小坑尺寸远小于TSD 诱发的小坑尺寸,很难被观察到㊂图5是本团队在外延生长中观察到的典型浅坑AFM 形貌,在台阶流动方向的上游端,小坑缺陷有陡峭的倾斜侧面,在下游端,侧面相对平缓,通过AFM 可以看到Pits 宽度为2μm,深度为4nm,深宽比约为0.002㊂Ohtani㊁Noboru 等则利用TUNA 技术研究了Pits 和Large Pits 的产生机理,认为宽度在几微米㊁深度在14nm 左右的Large pits 是由TSD 产生,而宽度在1μm㊁深度在3~4nm 的Pits 由TED 产生[62-63]㊂近年来,有研究表明:当存在浅坑时,由于几何效应会导致局部电场集中,对于二极管特性基本不存在负面影响㊂Kudou 等[64]研究了Pits 缺陷对SiC 器件的影响,认为Pits 密度不会影响SBD 的漏电流和MOSFET 的TDDB 栅氧可靠性㊂同时指出深宽比较小(小于0.02)的Pits对SBD 和MOSFET 的影响较小㊂图5㊀外延表面宽度和深度分别为2μm 和4nm 的浅坑的AFM 照片Fig.5㊀AFM image of a pit with 2μm width and 4nm depth降低Pits 的主要途径包括:优选TSD 数量较少的优质衬底㊁降低碳硅比和降低外延生长速率㊂目前市场上主要的商业化衬底中TSD 的密度小于1000cm -2㊂本研究团队已经可以提供TSD 密度小于300cm -2的6英寸SiC 衬底㊂通过采用优质衬底,调整外延工艺,可以将Pits 数量从103降低到50以内㊂综合来看,SiC 外延层缺陷一方面取决于衬底结晶质量以及表面加工质量,另一方面受制于外延生长工艺窗口的优化,需要综合考虑各种缺陷的调整方案,例如提高外延生长速率会导致BPD 向TED 转化率的提㊀第2期郭㊀钰等:碳化硅同质外延质量影响因素的分析与综述215㊀高,但会导致层错密度的增加㊂基于本研究团队量产的高质量6英寸SiC衬底,本团队通过大量的实验研究,可以有效控制住SiC外延的各种缺陷,完成650和1200V外延片产品开发和产业化工作㊂图6是典型的650和1200V外延片产品缺陷mapping图,3mmˑ3mm良品率分别为98.9%和97.3%㊂图6㊀650和1200V外延片产品缺陷mapping图Fig.6㊀Mapping diagram of defects in650and1200V epi-wafers4㊀结语与展望SiC外延在产业链中起着承上启下的重要作用,通过不断积累对SiC材料的性能认知和改良,以及器件的不断迭代验证,最终提升外延品质,推动SiC器件的应用㊂本文采用天科合达自有的商业化6英寸衬底,在4H-SiC同质外延过程中,研究了外延层中BPD㊁层错㊁硅滴和Pits缺陷的控制,并对Σ-BPD的产生机理和消除进行研究,最终获得厚度均匀性小于3%㊁浓度均匀性小于6%㊁表面粗糙度小于0.2nm㊁良品率大于96%㊁BPD密度小于0.1cm-2的外延产品㊂目前从本团队的研发进度来看,通过对工艺温度㊁C/Si比和生长速率等参数优化使得浓度和厚度均匀性分别控制在3%和2%以内,BPD的密度可以控制在0.075cm-2以内,但仍需要大量的外延数据进行工艺稳定性验证㊂参考文献[1]㊀BRANDER R W,SUTTON R P.Solution grown SiC p-n junctions[J].Journal of Physics D:Applied Physics,1969,2(3):309-318.[2]㊀IKEDA M,HAYAKAWA T,YAMAGIWA S,et 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CNTs的制备和应用研究碳纳米管（CNTs）是一种新型的纳米材料，其具有高强度、高导电性、高导热性、高比表面积等特点，因此在诸多领域具有广泛的应用前景。
本文将简要介绍CNTs的制备及其在材料学、电子学、化学和生物学等方面的应用研究。
一、CNTs的制备方法碳纳米管有两种基本的制备方法：化学气相沉积法和电弧放电法。
其中，化学气相沉积法是目前制备CNTs较为常用的方法之一，其基本原理是将碳源气体和载气体一起通过加热后的石英管，在催化剂的作用下，沉积出CNTs。
此外，CNTs的制备方法还包括溶胶-凝胶法、电子束辐照法、等离子共振化学气相沉积法等多种方法。
这些方法各有优缺点，可根据具体应用要求选择适当的制备方法。
二、CNTs的应用研究1. 材料学领域CNTs具有极高的力学强度和较高的导热性能，是一种优秀的增强材料，广泛应用于材料学领域中的复合材料、聚合物、金属基等材料的增强。
其在材料学领域的应用还包括制备高性能电极材料、高强度轻量化材料等。
2. 电子学领域由于CNTs的优秀导电性能，其在电子学领域占据着重要地位。
CNTs可制备成电子场发射器件、场效应晶体管、导电薄膜等各种电子器件，具有较高的应用潜力。
此外，CNTs还可作为电子材料衬底，对于薄膜的生长有重要的作用。
3. 化学领域CNTs在化学领域具有广泛的应用。
用CNTs制备的复合材料可作为催化剂、电催化剂、光催化剂等应用于化学反应中。
此外，CNTs还可用于吸附、检测等领域中。
4. 生物学领域由于CNTs具有纳米级空间、微米级长度的特点，可以用于生物学领域中的细胞培养、细胞成像和药物输送等应用。
CNTs的药物载体应用在肿瘤治疗上显示出非常明显的疗效，并且有望在生物学领域中实现放射性药物的靶向输送。
三、展望随着纳米技术的快速发展，CNTs的制备和应用研究也愈发活跃。
未来，CNTs有望在微纳电子、生物医学、环境保护等领域中得到更广泛和深入的应用。
同时，CNTs的研究也将面临更多具有挑战性的问题，例如针对CNTs的合适药物包装，以及新的纳米级质量控制技术等。
掺杂对碳基材料场发射的影响碳基材料是一类重要的材料，具有优异的电学、热学、力学和光学性质，因此在电子学、光电子学、催化剂、能源存储等领域得到广泛应用。
其中，场发射是碳基材料的重要性质之一，其在电子学和光电子学中有着重要的应用。
而掺杂是一种有效的改变材料性质的方法，因此掺杂对碳基材料场发射的影响备受关注。
一、掺杂可以改变碳基材料的电子结构和晶格结构，从而影响其场发射性能。
研究表明，掺杂可以提高碳基材料的场发射性能。
例如，掺杂氮、硼等元素可以增加碳基材料的导电性和电子密度，从而提高其场发射性能。
此外，掺杂还可以改变碳基材料的表面形貌和化学性质，从而影响其场发射性能。
例如，掺杂金属元素可以改变碳基材料的表面形貌和化学性质，从而提高其场发射性能。
二、掺杂对碳基材料场发射的机理掺杂对碳基材料场发射的影响机理是多方面的。
首先，掺杂可以改变碳基材料的电子结构和晶格结构，从而影响其场发射性能。
例如，掺杂氮、硼等元素可以引入额外的电子或空穴，从而增加碳基材料的导电性和电子密度，从而提高其场发射性能。
其次，掺杂还可以改变碳基材料的表面形貌和化学性质，从而影响其场发射性能。
例如，掺杂金属元素可以改变碳基材料的表面形貌和化学性质，从而提高其场发射性能。
此外，掺杂还可以影响碳基材料的缺陷结构和晶体结构，从而影响其场发射性能。
三、掺杂对碳基材料场发射的应用掺杂对碳基材料场发射的影响已经被广泛应用于电子学和光电子学领域。
例如，掺杂氮、硼等元素可以提高碳基场发射阴极的发射电流密度和稳定性，从而提高电子器件的性能。
此外，掺杂金属元素可以提高碳基场发射阴极的发射电流密度和稳定性，从而提高光电子器件的性能。
因此，掺杂对碳基材料场发射的影响在电子学和光电子学领域具有广泛的应用前景。
总之，掺杂是一种有效的改变碳基材料性质的方法，对碳基材料场发射性能的影响备受关注。
掺杂可以改变碳基材料的电子结构和晶格结构，从而影响其场发射性能。
掺杂对碳基材料场发射的影响已经被广泛应用于电子学和光电子学领域，具有广泛的应用前景。
金属栅功函数变异对新型集成纳米器件影响的研究-回复金属栅功函数的变异对新型集成纳米器件的影响是一个值得深入研究的问题。
在集成电路领域，金属栅功函数的变异往往会导致器件性能的不稳定性、功耗增加等问题。
本文将分为以下几个部分，一步一步回答这个问题。
第一部分：背景介绍（200字左右）在现代集成电路中，金属栅功函数是调控场效应晶体管（FET）工作的重要参数之一。
金属栅功函数的变异可以由多种因素引起，如制造工艺偏移、金属材料的性质不均匀性等。
这些变异对于集成电路的性能有着重要的影响。
因此，研究金属栅功函数的变异对新型集成纳米器件的影响具有重要的理论和实际意义。
第二部分：金属栅功函数的影响机理（400字左右）金属栅功函数的变异对新型集成纳米器件的影响可以通过以下几个方面进行分析。
首先，金属栅功函数的变异会导致电子在栅电极和沟道之间的能带偏移发生变化，进而影响电子注入和排出速度，从而影响晶体管的开关速度。
其次，金属栅功函数的变异会导致沟道电阻的变化，进而影响电流的流动和功耗。
此外，金属栅功函数的变异还可能影响晶体管的子阈值摆幅、输出电压摆幅等参数，从而进一步影响集成电路的性能。
第三部分：影响因素和测量方法（500字左右）金属栅功函数的变异受到多种因素的影响，主要包括金属栅材料的特性、工艺偏移、尺寸缩放效应等。
其中，金属栅材料的特性是影响变异的主要因素之一。
不同的金属材料具有不同的功函数特性，因此选择合适的金属材料对于提高器件性能的稳定性至关重要。
测量金属栅功函数的变异通常使用场发射电镜（FEM）或Kelvin探针技术。
FEM技术利用束流电子照明金属栅，然后测量逸出电流的大小来推断金属栅功函数。
Kelvin探针则通过测量金属栅和半导体之间的势垒高度差来推断金属栅功函数。
第四部分：金属栅功函数变异的影响及对策（600字左右）金属栅功函数的变异对新型集成纳米器件的影响是一个需要解决的问题。
首先，变异会导致器件的性能不稳定，使得器件的工作参数（如开关速度、输出电压摆幅等）在不同批次或不同工作条件下产生差异。
碳纳米管场发射工作原理碳纳米管（Carbon Nanotubes，简称CNTs）是一种由碳原子构成的纳米材料，具有优异的力学性能和导电特性。
碳纳米管场发射是一种利用碳纳米管的特殊性质进行电子发射的技术。
本文将深入探讨碳纳米管场发射的工作原理。
一、碳纳米管的基本结构与性质碳纳米管是由一个或多个层状的碳原子构成的管状结构，形状类似于卷曲的石墨片。
它们可以分为单壁碳纳米管（Single-Walled Carbon Nanotubes，简称SWCNTs）和多壁碳纳米管（Multi-Walled Carbon Nanotubes，简称MWCNTs）两类。
碳纳米管的直径通常在纳米级别，长度可以从几十纳米到数百微米，具有高比表面积和特殊的电子结构。
碳纳米管由于其独特的力学与电学性质，成为研究和应用领域中的热点材料。
二、碳纳米管场发射的基本原理碳纳米管场发射是一种基于电子的发射机制，通过加电场的作用，使碳纳米管表面的电子获得足够的能量，克服表面势垒，从而从管端发射出来。
其基本原理可分为电子发射起源、电场作用和空间电荷限制三个方面。
1. 电子发射起源：碳纳米管中存在着大量的电子能级，在零温下，一些能级未被填满，形成费米面以下的电子。
当外加的电场作用力与碳纳米管表面形成的势垒相抵消时，费米面以下的电子就有可能越过势垒，进入真空区域。
2. 电场作用：外加电场的存在使得碳纳米管表面的费米能级发生变化，对于单壁碳纳米管，外加电场将改变管中电子的滑移速度和分布。
增加电场强度可使输运方向上的电子加速并克服表面势垒从而实现电子的发射。
3. 空间电荷限制：碳纳米管发射电流受到空间电荷限制效应的影响。
当发射电流增加时，由于发射出的电子所占据的空间电荷会增大，使得发射电流增加需要更高的电场强度来克服空间电荷排斥力。
三、碳纳米管场发射器件的应用碳纳米管场发射技术在电子器件领域具有广泛的应用前景。
以下是一些常见的应用：1. 碳纳米管场发射显示器：利用碳纳米管场发射技术，可以制造出更薄、更轻、更节能的平板显示器。
摘要炭吸附材料由于具有较大的比表面积，稳定的物理、化学性质，具有较强的吸附性能，已成为最具代表性的一类空气净化材料。
碳纳米管具有一些独特的性质，如特殊的导电性能、力学性质及物理化学性质等。
因此碳纳米管自出现以来即引起关注并广泛应用于诸多科学领域。
碳纳米管（CNTs）由于具有较大的比表面积，因此具有良好的吸附能力，现在已经被应用于储氢及吸附剂等领域。
本次研究主要是针对CNTs的吸附能力，通过KOH活化的方法进一步增大CNT的比表面积，进行甲基橙吸附实验并探索活化需要的最佳碱炭比，之后通过改变其它因素如震荡时间及CNTs的用量进一步探究CNTs的吸附能力。
关键词：吸附材料；碳纳米管；活化；AbstractCarbon adsorption material has larger specific surface area, stable physical and chemical properties, with strong adsorption properties, has become a kind of the most represe ntative materials of air purificati on. Carbon nano tubes have some unique properties, such as special con ductive properties, mecha ni cal properties and physical and chemical properties. Therefore carb on nano tubes since there has caused concern and that is widely used in many fields of scie nce.As Carbon nano tubes (CNTs) has a larger surface area, it has a good adsorption capacity, has now been applied to the field of hydroge n storage and adsorbe nt.This study focuses on the adsorpti on capacity of CNTs. Usi ng the KOH activati on method in crease the specific surface area of CNTs. For methyl orange adsorpti on experime nts and explore the best alkali activated carb on ratio required. The n cha ng other factors such as the shock time and the amount of CNTs to further explore the adsorpti on capacity of CNTs.Keywords: Adsorptio n material; Carbon nano tubes；Activati on；目录1绪论 (1)1.1课题研究背景 (1)1.2本文研究的内容和意义 (2)1.2.1实验研究的主要内容 (2)1.2 .2研究意义 (2)1.3碳纳米管的结构与特性 (2)1.3.1碳纳米管的结构 (2)1.3.2碳纳米管的吸附特性 (3)1.4碳纳米管的纯化 (4)1.5碳纳米管的活化 (5)2碳纳米管的KOH活化实验 (7)2.1活化实验方案设计 (7)2.2仪器与试剂 (7)2.3实验内容及过程 (7)2.4实验误差分析 (8)3碳纳米管吸附甲基橙实验 (10)3.1甲基橙吸附实验目的 (10)3.2仪器与试剂 (10)3.3实验内容及过程 (10)3.4数据分析及实验结论 (11)4其它因素对甲基橙吸附的影响 (15)4.1震荡时间对吸附效果的影响 (15)4.2碳纳米管用量对吸附效果的影响 (17)5结论 (19)致谢 (21)参考文献 (22)1绪论1.1课题研究背景随着室内装修的不断升温，各种建筑材料的广泛应用，由此引发的室内空气污染越来越受到人们的关注，其中主要的污染物为来源于油漆、胶合板、刨花板、内墙涂料、塑料贴面等材料中的甲醛、苯、VOC(Volatile Orga nic Compou nds)等挥发性有机物。
一、引言金属栅功函数是指半导体器件中金属栅电极与半导体的接触界面处的功函数。
金属栅功函数的变异对新型集成纳米器件的性能影响巨大。
本研究旨在探讨金属栅功函数变异对新型集成纳米器件的影响，并提出相应的解决方案。
二、金属栅功函数变异对新型集成纳米器件性能的影响1.金属栅功函数对器件的电场分布、载流子注入和集成电路的性能具有重要影响。
金属栅功函数的变异会导致器件电场分布的不均匀性，进而影响器件的工作稳定性和可靠性。
2.金属栅功函数的变异还可能导致载流子的注入不均匀，影响器件的整体性能表现。
特别是在新型集成纳米器件中，由于尺寸和材料特性的限制，金属栅功函数的变异对器件的影响更为显著。
三、探讨金属栅功函数变异的原因1.金属栅功函数的变异主要来源于金属栅材料本身的特性以及金属与半导体接触界面的形成过程。
金属材料的制备工艺、成分和晶体结构等因素都会影响金属栅功函数的稳定性。
2.金属与半导体的接触界面是金属栅功函数变异的另一个重要原因。
界面的形态、质量和电学特性都会影响金属栅功函数的稳定性，进而影响器件的性能表现。
四、金属栅功函数变异对新型集成纳米器件的影响分析1.针对金属栅功函数变异对新型集成纳米器件的影响，本研究通过数值模拟和实验验证的方法，对不同变异程度的金属栅功函数对器件性能的影响进行了系统分析。
2.结果显示，金属栅功函数的变异对新型集成纳米器件的性能表现具有显著影响。
在一定范围内，金属栅功函数的变异会导致器件的性能下降，特别是在高频和高速器件中影响更为显著。
五、解决金属栅功函数变异对新型集成纳米器件影响的方案1.通过优化金属栅材料制备工艺和控制金属栅与半导体接触界面的形态和特性，可以有效降低金属栅功函数的变异程度。
2.引入新型的界面工程技术，如使用合适的介电层和表面修饰技术，可以有效改善金属栅与半导体接触界面的电学特性，从而降低金属栅功函数的变异。
六、结论通过本研究的探讨，金属栅功函数的变异对新型集成纳米器件的影响是不可忽视的。
碳纳米管的应用研究蒋泓清;黄先亮;黄志兵【摘要】自从发现碳纳米管以来,因其特殊的结构、优异的性能及诱人的应用前景引起了人们广泛的关注.碳纳米管作为一种新型碳材料具有独特的纳米结构、密度低,预示着其具有不同寻常的电学、力学、热学和物理化学等特殊性能.本文主要讨论碳纳米管在作为场发射材料的场致发射平板显示器元件、复合材料增强体和储能材料中的应用.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2013(041)010【总页数】3页(P6-8)【关键词】碳纳米管;增强体;储能材料【作者】蒋泓清;黄先亮;黄志兵【作者单位】江西理工大学,江西赣州341000;江西理工大学,江西赣州341000;江西理工大学,江西赣州341000【正文语种】中文【中图分类】TB32120 世纪70 年代纳米颗粒材料问世，80 年代中期在实验室合成了纳米块体材料［1］，1991 年，日本NEC 科学家Iijima［2］在制取C60的阴极结疤中首次采用高分辨隧道电子显微镜发现一种外径为515 nm、内径213 nm、仅由两层同轴类石墨圆柱面叠合而成的碳结构。
进一步的分析表明，这种管完全由碳原子构成，并看成是由单层石墨六角网面以其上某一方向为轴，卷曲360°而形成的无缝中空管。
相邻管子之间的距离约为0.34 nm，与石墨中碳原子层与层之间的距离0.335 nm 相近，所以这种结构一般被称为碳纳米管，这是继C60 后发现的碳的又一同素异形体，是碳团簇领域的又一重大科研成果。
1 碳纳米管的常规应用领域碳纳米管因其独特的力学、电学及化学等特性，已成为全世界的研究热点，在场致发射、纳米复合增强材料、储能材料等众多领域取得了广泛应用。
随着碳纳米管合成技术的日益成熟，低成本大量合成碳纳米管已经成为可能，探索和研究碳纳米管的应用已成为当务之急，具有重大的实用价值。
1.1 场发射材料自1995 年Heer 等［3］研究碳纳米管场发射特性以来，便在学术界引起很大的轰动。
