快速退火对SiGe/Si多量子阱p-i-n光电二极管的影响（英文）

利用光电流谱，结合X射线双晶衍射研究了快速退火对Si_(1-x)Ge/Si多量子阱p-i-n光电二极管的影响。由于应变SiGe的部分弛豫和Si-Ge互扩散，退火后的二极管的截止波长有显著的减小。但是，在750-850℃范围内，波长蓝移量随着退火温度的增加而变化缓慢，而样品的光电流强度却随温度是先减弱而后又增强，这可能主要是由于在不同温度退火过程中失配位错的产生和点缺陷的减小造成的。

Efeito de teores de Zr sobre as propriedades mecânicas e elétricas de ligas Al-Ec-Si aplicadas na elaboração de ligas para Tx e Dx de energia elétrica

Este trabalho objetiva desenvolver uma análise da influência do Zr na modificação de características importantes em ligas de Al-EC-Si para aplicação como condutor de energia elétrica, almejando obter-se propriedades termorresistentes. Para a realização deste estudo, as ligas foram obtidas por fundição direta em lingoteira metálica em formato “U”, a partir do Al-EC, fixando-se na base o teor de 0,7% de Si, e em seguida, variando-se diferentes teores de Zr. Com o intuito de precipitar as partículas de segunda fase chamadas de dispersóides, que tem como principal característica a retenção da microestrutura deformada quando exposta a altas temperaturas, foi necessário submeter as ligas a um tratamento térmico de 310 ºC durante 24 horas afim de provocar o surgimento dos finos dispersóides de Al₃Zr. Foram estabelecidas duas etapas para obtenção dos resultados: A ETAPA I composta da solidificação, usinagem e deformações obtidas com as ligas, gerando os fios que foram utilizados em todos os ensaios. A ETAPA II repete os mesmos procedimentos adotados na ETAPA I, porém é feito um tratamento térmico de 310ºC por 24 horas antes da deformação. A caracterização das amostras dos fios de cada liga quanto à termorresistividade, que obedeceu a exigência da COPEL (Companhia Paranaense de Energia), sendo submetidos à temperatura de 230 ºC por uma hora e foram feitos também tratamentos térmicos na temperatura de 310 e 390ºC, com a finalidade de se avaliar a estabilidade térmica das ligas estudadas. Verificou-se de maneira geral que teores crescentes de Zr provocam um refinamento de grão e aumentam o LRT e a estabilidade térmica da liga, tanto na ETAPA I quanto na ETAPA II. Foi observado ainda que na ETAPA I, a condutividade foi bastante afetada pelos teores de Zr, e que a inserção do tratamento térmico da ETAPA II melhorou a capacidade de conduzir energia elétrica na liga, particularmente para o diâmetro que sofreram maior deformação.

Influência da convecção termossolutal na transição colunar/equiaxial em ligas Al-Si sob condições unidirecionais e transitórias de extração de calor

A relação entre macroestrutura e propriedades mecânicas de um material tem sido objeto de intensa investigação pois o tamanho dos grãos, a orientação cristalina e a distribuição dos mesmos exercem influência direta no comportamento mecânico dos produtos acabados. Assim, o entendimento dos fatores que influenciam a formação das zonas estruturais coquilhada, colunar e equiaxial nos materiais fundidos como, por exemplo, o sistema de liga, composição da liga, temperatura de vazamento, temperatura do molde, material do molde, coeficientes de transferência de calor na interface metal/molde, taxa de resfriamento, gradientes térmicos, dimensão da peça, presença de convecção no líquido, transporte de soluto, etc é de fundamental importância para a melhoria da eficiência do processo de fundição envolvido. Com base no conhecimento dos princípios termofísicos em que essas zonas são formadas, é possível manipular de forma bastante razoável a estrutura dos produtos fundidos e, conseqüentemente, as propriedades mecânicas dos mesmos. Tendo como principal foco a análise da mudança da zona colunar para a equiaxial, este trabalho apresenta um estudo teórico-experimental sobre a transição colunar/equiaxial (TCE) das ligas hipoeutéticas Al- 3%Si, Al-7%Si Al-9%Si solidificadas unidirecionalmente em um dispositivo horizontal refrigerado a água sob condições transientes de fluxo de calor. A condição de contato térmico na superfície de extração de calor foi padronizada como sendo polida. Os perfis térmicos foram medidos em diferentes posições do lingote e os dados foram armazenados automaticamente. Um método numérico é utilizado na determinação de variáveis térmicas de solidificação como coeficientes de transferência de calor na interface metal/molde (h_i), velocidades das isotermas liquidus (V_L), gradientes térmicos (G_L) e taxas de resfriamento (T_R) que influenciam diretamente a referida transição estrutural. Os resultados teóricos e experimentais apresentaram boa concordância. Um estudo comparativo entre os resultados obtidos neste trabalho e valores propostos na literatura para analisar a TCE durante a solidificação unidirecional vertical ascendente sob condições transientes de extração de calor das ligas investigadas, também é apresentado.

Characterization of the Al-3wt.%Si alloy in unsteady-state horizontal directional solidification

The main purpose of this paper is to investigate both the columnar to equiaxed transition and primary dendritic arm spacings of Al-3wt.%Si alloy during the horizontal directional solidification. The transient heat transfer coefficient at the metal-mold interface is calculated based on comparisons between the experimental thermal profiles in castings and the simulations provided by a finite difference heat flow program. Simulated curve of the interfacial heat transfer coefficient was used in another numerical solidification model to determine theoretical values of tip growth rates, cooling rates and thermal gradients that are associated with both columnar to equiaxed transition and primary dendritic arm spacings. A good agreement was observed between the experimental values of these thermal variables and those numerically simulated for the alloy examined. A comparative analysis is carried out between the experimental data of this work and theoretical models from the literature that have been proposed to predict the primary dendritic spacings. In this context, this study may contribute to the understanding of how to manage solidification operational parameters aiming at designing the microstructure of Al-Si alloys.

Correlação entre microestrutura e comportamento de corrosão em duas ligas do sistema Al-Fe-Si produzidas pelos processos industriais de lingotamento contínuo e semi-contínuo.

As chapas de ligas de alumínio trabalháveis são produzidas atualmente por dois processos, o método de vazamento contínuo conhecido TRC (Twin Roll Continous Casting) ou pelo método tradicional de vazamento de placas DC (Direct Chill). A fabricação de ligas de alumínio pelos dois processos confere características microestruturais diferentes quando comparadas entre si, o que se reflete em suas propriedades. Além disto, ocorrem variações microestruturais ao longo da espessura, especialmente nas chapas produzidas pelo processo TRC. Neste sentido, é importante estudar a evolução microestrutural que ocorre durante o seu processamento e sua influência com relação à resistência à corrosão. Dessa forma foi realizado neste trabalho um estudo comparativo do comportamento de corrosão, bem como das microestruturas do alumínio de alta pureza AA1199 (99,995% Al) e das ligas de alumínio AA1050 (Fe+Si0,5%) e AA4006 (Fe+Si1,8%) produzidas pelos processos industriais de lingotamento contínuo e semi-contínuo. Os resultados obtidos evidenciaram que as microestruturas das ligas AA4006 DC e AA4006 TRC são distintas, sendo observada maior fração volumétrica dos precipitados na liga fabricada pelo processo TRC comparativamente ao DC. Para caracterizar o comportamento de corrosão foram realizados ensaios de Espectroscopia de Impedância Eletroquímica e Polarização Potenciodinâmica, que mostraram a maior resistência à corrosão localizada para a liga fabricada pelo processo TRC em comparação ao processo DC. Além disso, foi verificada, em ordem decrescente, uma maior resistência à corrosão do alumínio AA1050, seguida pela superfície da liga AA4006 e por fim, pelo centro da chapa desta última. Os resultados obtidos por espectroscopia de impedância eletroquímica para as ligas AA4006 fabricadas pelo processo TRC apresentaram melhor desempenho que o processo DC, principalmente em intervalos de 2 a 12 horas de imersão na solução de sulfato de sódio contaminada com íons cloreto. Para tempos de imersão acima de 4 horas foi observado comportamento indutivo em baixas frequências para os dois tipos de processamento investigados, o que foi associado à adsorção de espécies químicas, principalmente íons sulfato e oxigênio, na interface metal/óxido. As curvas de polarização anódica mostraram maior resistência à corrosão localizada para a liga fabricada pelo processo viii TRC em comparação ao processo DC. Este comportamento foi associado às diferentes características microestruturais, observadas para liga AA4006 obtida pelos dois processos.

Solidification mechanisms of unmodified and strontium-modified hypereutectic aluminium-silicon alloys

The effects of strontium on the solidi. cation mode of hypereutectic aluminium-silicon alloys have been studied. Samples were prepared from an aluminium-17wt% silicon-based alloy and strontium was added at several different concentrations. The development of the microstructure was investigated by cooling curve analysis, interrupted solidi. cation experiments and optical and scanning electron microscopy. It was found that nucleation of primary silicon is suppressed by additions of strontium. The suppressed nucleation results in supersaturation of the liquid prior to nucleation, and an increased growth rate after nucleation. As a result, the silicon crystals become less faceted and more dendritic with increasing strontium additions. Increasing the strontium concentration slightly refined the eutectic spacing and introduced a small amount of fibrous silicon. Electron back-scatter diffraction measurements were performed to determine the crystallographic relation between the primary and eutectic silicon phases. The eutectic silicon in the unmodified alloy does not have any crystallographic relationship with the primary silicon crystals. In contrast, the eutectic silicon crystals in the strontium-modified alloys often share an identical or twin relationship with nearby primary silicon crystals. The incidence of twinning within primary silicon crystals was relatively low and did not appear to increase with strontium additions.

Eutectic grains in unmodified and strontium-modified hypoeutectic aluminum-silicon alloys

Additions of strontium to hypoeutectic aluminum-silicon alloys modify the morphology of the eutectic silicon phase from a coarse platelike structure to a fine fibrous structure. Thermal analysis, interrupted solidification, and microstructural examination of sand castings in this work revealed that, in addition to a change in silicon morphology, modification with strontium also causes an increase in the size of eutectic grains. The eutectic grain size increases because fewer grains nucleate, possibly due to poisoning of the phosphorus-based nucleants, that are active in the unmodified alloy. A simple growth model is developed to estimate the interface velocity during solidification of a eutectic grain. The model confirms, independent of microstructural observations, that the addition of 100 ppm strontium increases the eutectic grain size by at least an order of magnitude compared with the equivalent unmodified alloy. The model predicts that the growth velocity varies significantly during eutectic growth. At low strontium levels, these variations may be sufficient to cause transitions between flake and fibrous silicon morphologies depending on the casting conditions. The model can be used to rationally interpret the eutectic grain structure and silicon morphology of fully solidified aluminum-silicon castings and, when coupled with reliable thermal data, can be used to estimate the eutectic grain size.

Age hardening of a sintered Al-Cu-Mg-Si-(Sn) alloy

The age hardening response of a sintered Al-3.8 wt% Cu-1.0 wt% Mg-0.70 wt% Si alloy with and without 0.1 wt% Sn was investigated. The sequence of precipitation was characterised using transmission electron microscopy. The ageing response of the sintered Al-Cu-Mg-Si-(Sn) alloy is similar to that of cognate wrought 2xxx series alloys. Peak hardness was associated with a fine, uniform dispersion of lath shaped precipitates, believed to be either the betaor Q phase, oriented along < 010 >. directions and theta' plates lying on {001}(alpha). planes. Natural ageing also resulted in comparable behaviour to that observed in wrought alloys. Porosity in the powder metallurgy alloys did not significantly affect the kinetics of precipitation during artificial ageing. Trace levels of tin, used to aid sintering, slightly reduced the hardening response of the alloy. However, this was compensated for by significant improvements in density and hardness. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Ordering transformation in icosahedral quasicrystals and related crystalline phases

Arcs of diffuse intensity appear in various shapes and positions in the diffraction patterns from the icosahedral phase, violating the parity rule for simple icosahedral (SI) symmetry. In the process of annealing treatment, the diffuse spots also evolve in the centre of the arcs and become sharp. These extra diffuse spots change the symmetry of the quasilattice from P-type to F-type. The ordered and disordered structures in quasicrystal have been linked to the ordered and disordered structures present in the crystalline alpha (Al-Mn-Si) and alpha (Al-Fe-Si) alloys.

Microstructural study of rapidly solidified titanium eutectoid alloysstar, open

Rapid solidification of Ti-7.3wt.%Cu (near-eutectoid composition), Ti-36.2wt.%Ni and Ti-34.3wt.% Ni-5.8wt.%Si alloys has been carried out by electron beam melting and splat quenching on a water-cooled rotating copper disc. The product obtained was in the form of thin ribbons 60–100 μm thick. Transmission electron microscopy studies of Ti---Cu alloy splats showed that the microstructure consisted of a mixture of martensite and a lamellar eutectoid product. The formation of the intermetallic compound Ti2Cu involved a diffusionless ω transformation and spinodal clustering. In the case of Ti---Ni alloy the as-quenched microstructure is complex, consisting of α, transformed β and intermetallic phases. This could have arisen possibly as a result of local variation in cooling rates. Rapid solidification of Ti---Ni---Si alloy resulted in partial quenching of an amorphous phase. The amorphous phase was seen to be extremely hard (a Vickers hardness of about 800 HV).

Quasicrystalline Coatings Through Laser Processing: A Study on Process Optimisation and Microstructure Evolution

Composite coatings containing quasicrystalline (QC) phases in Al-Cu-Fe alloys were prepared by laser cladding using a mixture of the elemental powders. Two substrates, namely pure aluminum and an Al-Si alloy were used. The clad layers were remelted at different scanning velocities to alter the growth conditions of different phases. The process parameters were optimized to produce quasicrystalline phases. The evolution of the microstructure in the coating layer was characterized by detailed microstructural investigation. The results indicate presence of quasicrystals in the aluminum substrate. However, only approximant phase could be observed in the substrate of Al-Si alloys. It is shown that there is a significant transport of Si atoms from the substrate to the clad layer during the cladding and remelting process. The hardness profiles of coatings on aluminum substrate indicate a very high hardness. The coating on Al-Si alloy, on the other hand, is ductile and soft. The fracture toughness of the hard coating on aluminum was obtained by nano-indentation technique. The K1C value was found to be 1.33 MPa m1/2 which is typical of brittle materials.

铸态铝硅合金在磷酸盐电解液中表面陶瓷化行为及结构特征

采用等离子体电解氧化技术在铝硅合金表面制备了陶瓷层,电解液为磷酸盐系列。利用轮廓仪、SEM和XRD对陶瓷层的粗糙度、形貌和相组成进行了研究。结果表明,PEO处理过程可分为4个典型阶段。随处理时间延长,陶瓷层的厚度近似线性增长,表面缺陷增大增多,粗糙度显著增加,达到9.5μm。PEO处理初期只生成γ-Al_2O_3,一定时间后α-Al_2O_3出现,其相对含量逐渐增多.

Catalyst composition and impurity-dependent kinetics of nanowire heteroepitaxy.

The mechanisms and kinetics of axial Ge-Si nanowire heteroepitaxial growth based on the tailoring of the Au catalyst composition via Ga alloying are studied by environmental transmission electron microscopy combined with systematic ex situ CVD calibrations. The morphology of the Ge-Si heterojunction, in particular, the extent of a local, asymmetric increase in nanowire diameter, is found to depend on the Ga composition of the catalyst, on the TMGa precursor exposure temperature, and on the presence of dopants. To rationalize the findings, a general nucleation-based model for nanowire heteroepitaxy is established which is anticipated to be relevant to a wide range of material systems and device-enabling heterostructures.

纳米半导体技术

本书介绍了纳米半导体材料的定义、性质及其在未来信息技术中的地位的同时，主要介绍了纳米半导体材料制备的方法和共性关键技术，几种常用的纳米半导体材料的评价技术和应变自组装半导体量子点(线)的尺寸、密度分布、形貌、组分及结构特性的实验研究，纳米半导体材料的电子结构、光学和电学性质，基于子带跃迁的量子级联激光器的工作原理、特性和它的发展现状及其应用前景分析，最后重点介绍了纳米半导体器件及应用。本书适合于从事或对纳米半导体科学技术有兴趣的科研工作者、教师、研究生、本科生和工程技术人员阅读，有些章节可作为科普读物。