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冰表面自由基-自由基化学的量子力学模拟
星际复杂有机分子 (iCOM) 的形成是天体化学中的热门话题。试图重现观测结果的主要范例之一是假设 iCOM 是在覆盖星际尘埃颗粒的冰幔上由于自由基 - 自由基偶联反应而形成的。我们通过计算量子力学方法研究冰表面上 iCOM 的形成。具体来说，我们研究了涉及 CH 3 + X 体系 (X = NH 2 、CH 3 、HCO、CH 3 O、CH 2 OH) 和 HCO + Y (Y = HCO、CH 3 O、CH 2 OH) 以及 CH 2 OH + CH 2 OH 和 CH 3 O + CH 3 O 体系的偶联和直接氢提取反应。我们利用密度泛函理论计算了两个冰水模型（分别由 33 个和 18 个水分子组成），计算了这些反应的活化能垒以及所有研究的自由基的结合能。然后，我们利用反应活化能、解吸能和扩散能以及通过 Eyring 方程推导的动力学估算了每个反应的效率。我们发现表面上的自由基 - 自由基化学并不像通常假设的那么简单。在某些情况下，直接的氢提取反应可以与自由基 - 自由基偶联竞争，而在其他情况下，它们可能包含较大的活化能。具体而言，我们发现 (i) 乙烷、甲胺和乙二醇是相关自由基 - 自由基反应的唯一可能产物；(ii) 乙二醛、甲酸甲酯、乙醇醛、甲酰胺、二甲醚和乙醇的形成可能与各自的氢提取产物竞争； (iii)乙醛和二甲基过氧化物似乎不太可能是谷物表面产物。
采用宏模型技术进行混合SET-CMOS逻辑反相器的设计与仿真
为了提高超大规模集成器件（VLSI）的性能，电路小型化是研究人员面临的巨大挑战[1-3]。事实上，将MOSFET尺寸缩小到纳米级也会带来一些问题。例如，功耗增加以及MOSFET沟道中电场增大可能导致势垒破裂，从而产生更大的漏电流，这可能会损坏器件。随着技术的进步，CMOS已经可以制造出来[4]。然而，减小MOS晶体管尺寸会导致一些基本的物理效应：短沟道效应[5]、栅极氧化层和高场效应[6,7]。这些问题促使人们探索具有更大可扩展性潜力的后续技术，如单电子器件（SET）技术[8-11]。SET最近因其纳米级超低功耗而备受关注[12-16]。尽管 SET 具有这些有趣的特性，但它仍存在集成限制。主要问题是 SET 在室温下运行需要极小的岛容量，因此实际上意味着室温下运行的岛尺寸小于纳米 [17]。单电子元件的第二个主要问题是背景电荷的随机性。事实上，绝缘环境中捕获的单个带电杂质会使岛极化，在其表面产生 e 数量级的镜像电荷。该负载可有效地从外部负载中减去 [18]。SET 与 CMOS 技术的混合已成为下一代超小型 [19-21]、低功耗、高速纳米器件的有希望的候选者。为了了解基于 SET 的电路的特性并探索其应用，对该器件进行模拟和建模已变得非常重要 [22-25]。SET 模拟通常基于
量子化学和光谱学
1. 微观物质的波粒二象性。经典力学无法描述原子和分子的结构。光和能量的量子。波粒二象性。德布罗意波及其实验观测。2. 薛定谔方程。微分方程。微观粒子的薛定谔方程。复数和复函数。概率和概率密度。波函数及其物理解释。算符、特征函数和特征值。汉密尔顿量。3. 自由和受限电子的平移运动。自由粒子。一维、二维和三维势箱中的粒子。盒中粒子模型的化学应用。化学键的矩形盒模型。穿过势垒的量子隧穿。4. 量子化学的数学形式。物理可观测量的算符。量子力学的假设。波函数的叠加。个体测量和期望值。交换和非交换算子。海森堡不确定性原理。跃迁偶极矩。光谱跃迁的强度。选择规则。5. 振动运动的量子力学描述。谐振子。谐振子的薛定谔方程。谐振子和双原子分子振动之间的联系。振动跃迁的选择规则。6. 旋转运动的量子力学描述。环中粒子的薛定谔方程。二维和三维旋转。角动量及其量化。球谐函数。双原子分子的刚性转子和旋转光谱。7. 氢原子的结构和光谱。单电子原子和离子的薛定谔方程。氢原子的能级、电子波函数和概率密度。原子轨道和量子数。自旋。8. 多电子原子。多电子波函数的轨道近似。自洽场。泡利不相容原理。构造原理和元素周期表。
高精度电子器件的键合加工与三维集成
自20世纪60年代初半导体探测器问世以来，半导体一直被用于测量空间带电粒子。经过几十年的不懈努力，半导体探测技术得到了很大的发展[1]。硅正-本征-负（PIN）探测器因反向漏电流小、环境适应性强、稳定性高而成为辐射探测研究的热点[2-4]。PIN探测器是一种包括一层P型半导体、一层N型半导体以及二者之间的本征半导体（I层）的结构。I层的存在可以形成较大的耗尽区，增加粒子注入的概率，从而提高探测器的能量分辨率。由于PIN辐射探测器势垒层较厚、阻抗系数较大，因此可以获得较低的暗电流、较高的响应度，易于与焦平面阵列电路匹配。此外，该器件结构可以通过调节本征层厚度来提高量子效率[5,6]和响应速度。卫星用∆EE望远镜一般采用印刷电路板（PCB）和两个独立的薄、厚Si-Pin探测器封装而成[7]。∆EE望远镜广泛应用于重离子探测与跟踪、高γ短程粒子探测、X射线探测等。核粒子进入∆EE望远镜后，首先与薄探测器相互作用而损失能量（∆E），然后与厚探测器相互作用而损失剩余能量（E-∆E）。由于∆E与粒子质量成正比，与E成反比，由此可知粒子的性质。为使∆EE探测器中进入的高能粒子能量损失最小，对薄探测器的厚度有一定的要求（小于或等于100μm），但由于Si材料的材料特性，考虑到厚度较小的探测器易受到机械冲击，探测器装置更容易损坏。而且，两个独立的探测器也不符合小型化、高精度化的发展趋势。
理学硕士物理学第二年拟议的方案和教学大纲...
高级电子学学分 3-0-0：3 课程教育目标： COE1 让学生熟悉先进的电子设备及其应用。 COE2 培养对数字电路设计和使用微控制器连接简单系统的理解。 COE3 培养对通信系统的理解。 UNIT-1 9 L 半导体器件：载流子的漂移和扩散、电荷的产生和复合、直接和间接半导体。PN 结、二极管方程、PN 结的势垒宽度和电容、变容二极管、开关二极管、作为开关和放大器的 FET、光电器件：LED、二极管激光器、光电探测器和太阳能电池。 UNIT-2 9 L 先进电子设备：金属氧化物场效应晶体管 (MOSFET)、MOSFET 中的短沟道效应、鳍式场效应晶体管 (FinFET)、铁电场效应器件和 2D 纳米片器件；新兴存储设备：DRAM、ReRAM、FeRAM 和相变存储器 (PCM) 以及通用存储设备。UNIT-3 10 L 模拟系统：锁相环及其应用频率倍增；模拟乘法器及其应用；对数和反对数放大器；仪表放大器；传感器：温度、磁场、位移、光强度和力传感器组合电路设计：编程逻辑器件和门阵列、7 段和 LCD 显示系统、数字增益控制、模拟多路复用器、基于 PC 的测量系统；序贯电路设计：不同类型的 A/D 和 D/A 转换技术、TTL、ECL、MOS 和 CMOS 操作和规格。 UNIT-4 9 L 通信系统：通信系统的概念、电磁频谱的作用、通信系统术语的基本概念、调制的必要性、幅度、频率、脉冲幅度、脉冲位置、脉冲编码调制、通信系统中的信息、编码、脉冲调制的类型、脉冲宽度调制 (PWM)、脉冲位置调制 (PPM)、脉冲编码调制 (PCM) 的原理；数字通信简介。参考书：
碳化硅纳米线场效应晶体管在集成电路和传感应用方面的进展
摘要。块体碳化硅 (SiC) 的优越物理特性以及一维 (1D) 纳米结构特定物理特性的预期增强，激发了一系列针对纳米线 (NW) 制造和特性以及其在器件中的应用的研究。SiC 纳米线场效应晶体管 (NWFET) 是研究 SiC NW 在外部刺激（如电场）（集成电路中的应用）或 NW 表面上存在力或化学/生物物种（传感器中的应用）时在不同温度下的电特性的理想器件概念。SiC NW 量子传输建模的初步报告揭示了实现与 Si 基 NWFET 相当性能的前景。然而，实验性的 NWFET 演示表现出较低的载流子迁移率、I ON /I OFF 比和跨导 (gm ) 值，这对其进一步发展构成了障碍。低性能主要源于高度无意掺杂和未优化的 SiO 2 /SiC NW 界面。事实上，由于缺乏对 SiC NW 自下而上的生长过程的严格控制，导致非常高的载流子浓度（主要源于无意掺杂）接近退化极限。高密度陷阱和固定电荷的低界面质量导致栅极电场屏蔽，并表明需要进一步研究 SiO 2 /SiC NW 界面。由于这两种影响，即使在非常高的栅极电压下也无法实现器件关断。目前，只有在源/漏极 (S/D) 区域具有肖特基势垒 (SB) 的背栅极 NWFET 才表现出明确的关断和改进的性能，这要归功于通过全局栅极作用间接调制漏极电流，从而调节 S/D 区域的 SB 透明度。
纳米晶体的交换运动定向孪生
引言 孪生是材料在受到外界刺激时最常见的结构转变之一，这些刺激包括机械载荷（1）、电子束或离子辐照（2、3）、激光冲击（4）和加热（5）。具有孪生结构的纳米晶体具有优异的性能，例如优异的机械强度（6）、改善的热稳定性（7）、高电导率（8）、显著的发光（9）和增强的催化活性（10）。了解纳米晶体中的孪生机制有助于对具有所需性能的纳米材料进行结构工程设计。传统观点认为，孪生是通过相邻原子平面上部分位错的逐层移动进行的（11）。外部机械载荷下的变形孪生涉及非常规机制，如部分位错的随机激活（12）、部分位错的同时激活（13）或洗牌机制（14）。由机械载荷以外的外部刺激引起的相变孪生尚不明确。人们认为纳米晶体的相变孪生通过传统的变形孪生机制进行（11），但这种说法缺乏直接证据。相变孪生需要外部能量来克服能垒（2-5）。外部能量的注入（15、16），例如在热退火和电子或离子辐照期间，为纳米晶体中孪生的形成提供了机会。这表明纳米晶体的孪生可能表现出由动力学控制的非常规路径。然而，由于部分位错/滑移的速度被认为在与声速一样快的时间尺度上发生（17），同时实现孪生激发和原子成像仍然是一项技术挑战。在这项工作中，以面心立方铅（Pb）纳米粒子为模型系统，我们利用透射电子显微镜（TEM）研究了单个纳米晶体中的转变孪生，
空间表面的电位
在过去十年中，地球磁层中的航天器测量到的静电电位高达数十 kV 量级。太空观测结果显示太阳系中的自然物体也存在巨大电位。静电放电可能对航天器造成物质损坏和操作干扰。尘埃等自然物体可能受到干扰，其运动受到电磁力的影响。太空中物体的电位由各种充电电流之间的平衡决定。最重要的是等离子体粒子的电荷转移、光电发射和二次电子发射，有时其他充电机制也会起作用。物体的电荷和运动以及局部磁场和电场都会影响电流。电介质表面可能具有表面电位梯度，这可以通过产生势垒来影响电流平衡。这些过程针对太阳系和星际空间中的物体进行了评估。预期的平衡电位范围从电离层的负几十分之一伏到安静磁层和行星际空间的正几伏。然而，在热等离子体（如受扰磁层）中，尤其是在阴影表面上，可能会出现较大的负电位。星际空间中的电位可以是正的也可以是负的，这取决于当地辐射场和等离子体的特性。在已测量过航天器电位的地区，结果通常与这些预期一致。偏差可以归因于偏置或介电表面的影响，或天线等大型结构中的磁感应效应。已经开展了深入的研究工作，以测量材料特性、研究充电和放电过程、将电流平衡建模为真实的航天器配置，并获取太空中的更多数据。已经使用被动方法（例如仔细选择表面材料）和主动方法（例如发射带电粒子束）进行了航天器电位控制实验。该评论最后对充电效应可能发挥重要作用的天体物理应用进行了调查。
多晶阴极非均匀热电子发射的物理模型
开发了一种新的基于物理的模型，该模型可以准确预测从温度限制 (TL) 到全空间电荷限制 (FSCL) 区域的热电子发射发射电流。对热电子发射的实验观测表明，发射电流密度与温度 (J − T) (Miram) 曲线和发射电流密度与电压 (J − V) 曲线的 TL 和 FSCL 区域之间存在平滑过渡。了解 TL-FSCL 转变的温度和形状对于评估阴极的热电子发射性能（包括预测寿命）非常重要。然而，还没有基于第一原理物理的模型可以预测真实热电子阴极的平滑 TL-FSCL 转变区域，而无需应用物理上难以证明的先验假设或经验现象方程。先前对非均匀热电子发射的详细描述发现，3-D空间电荷、贴片场（基于局部功函数值的阴极表面静电势不均匀性）和肖特基势垒降低的影响会导致从具有棋盘格空间分布功函数值的模型热电子阴极表面到平滑的TL-FSCL过渡区域。在这项工作中，我们首次为商用分配器阴极构建了基于物理的非均匀发射模型。该发射模型是通过结合通过电子背散射衍射（EBSD）获得的阴极表面晶粒取向和来自密度泛函理论（DFT）计算的面取向特定的功函数值获得的。该模型可以构建阴极表面的二维发射电流密度图和相应的 J-T 和 J-V 曲线。预测的发射曲线与实验结果非常吻合，不仅在 TL 和 FSCL 区域，而且在 TL-FSCL 过渡区域也是如此。该模型提供了一种从商用阴极微结构预测热电子发射的方法，并提高了对热电子发射与阴极微结构之间关系的理解，这对真空电子设备的设计大有裨益。
针对 130nm 至 28nm CMOS 节点的新型断态 TDDB 建模
在保证速度性能和低功耗要求的超短通道 CMOS 节点中，TDDB 仍然是一个关键的可靠性问题。在交流射频信号操作期间，“关断状态”与“导通状态”模式依次发生，从低频（kHz）到极高频范围（GHz）[1-2]。即使“关断状态”应力通常以比“导通状态”应力更小的速率降低器件性能，但它可能成为器件在射频域和毫米波应用中运行的限制因素，在毫米波应用中，电源电压 V DD 通常是逻辑应用中使用的电源电压的两倍。不仅器件参数漂移可能变得显著，而且还可能触发栅极-漏极区域的硬击穿（BD）。因此，准确评估关断状态 TDDB 的可靠性并深入了解器件级的磨损机制至关重要，因为可以在 28nm FDSOI CMOS 节点的漏极（图 1a、c）和栅极（图 1b、d）电流上观察到击穿事件。由于空穴和电子的碰撞电离 (II) 阈值能量和能垒高度不同，因此导通或关断状态下热载流子 (HC) 的产生及其 V GS / V DS 依赖性在 N 沟道和 P 沟道中明显不同[3] 。通过低栅极电压下的 HC 敏感性对 P 沟道和 N 沟道进行了比较[4]，重点关注注入载流子效率，一方面主要考虑导通状态下的热载流子退化 (HCD) 下的 P 沟道侧，另一方面考虑关断状态下的 N 沟道侧，因为热空穴注入引起的损伤和 BD 敏感性更大。这意味着高能 HC 可能在关断模式下在栅极-漏极区域触发 BD 事件[5-6]，与热空穴效率有关[7] 。