Stress-driven oxidation chemistry of wet silicon surfaces
利用第一性原理分子动力学模拟研究了湿态条件下Si（001）表面羟基化自然氧化层的形成。发现水分子在氧化表面上吸附和解离，导致Si-O键断裂，并产生用于被溶解的分子氧或过氧化氢分子攻击的反应位点。拉伸应变被发现，以提高解离吸附水的驱动力，这表明类似的反应可能是负责环境驱动的亚临界裂纹在硅中的扩展。
2009-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Silicon dry oxidation kinetics at low temperature in the nanometric range: Modeling and experiment
本文从理论和实验两方面研究了硅在纳米尺度下的低温干氧化动力学，在纳米尺度下，Deal和Grove模型的极限变得很关键。基于对氧化工艺条件的精细控制，实验允许对纳米氧化物层的生长动力学进行调查。使用反应速率方法来制定理论模型。在这个框架中，氧化物的厚度估计与反应过程中的各种物种的演变。标准氧化模型和反应速率方法面临这些实验。的反应速率的方法，以提高硅氧化建模在纳米范围内的利益清楚地表明。
2012-10-04 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Raman spectroscopy of ion irradiated SiC: chemical defects, strain, annealing, and oxidation
拉曼光谱已被用来识别缺陷的键合在氖和硅离子辐照的6H-SiC单晶。在对应于不同缺陷结构的C-C键合区域中存在可观察到的差异，对于氖离子和硅离子掺杂。离子辐照SiC的拉曼光谱显示出比中子辐照更小的拉伸应变，由未损坏的衬底约束的膨胀引起的残余压应力解释。在高温离子注入过程中的氧化的证据被观察到作为C-O和Si-O拉曼信号。退火照射SiC，同时获得拉曼光谱显示快速恢复的Si-C键合，但未照射的结构的完全恢复。退火辐照的SiC引起表面氧化，而未辐照的SiC不氧化。比较金刚石和硅具有相似的晶体结构，但单原子的表观抗辐射性，导致的建议，化学缺陷负责增加辐射损伤的SiC。
2020-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical investigation of vacancy related defects at 4H-SiC(000$\bar{1}$)/SiO$_2$ interface after wet oxidation
基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究了湿氧化后4H-SiC(000$\ar{1}$)/SiO$_2$界面硅碳空位缺陷的稳定性与形成机制，发现湿氧化引入的H原子终止悬挂键导致产生碳反位-碳空位和双空位缺陷。
2022-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional modeling of the self-limiting oxidation in silicon and tungsten nanowires
纳米线的自限制氧化先前已被描述为反应或扩散控制的过程。在这封信中，有限反应区的概念被引入到一个扩散控制的模型，在此基础上，一个二维圆柱形的动力学模型的氧化硅纳米线，并扩展到钨。在模型中，扩散系数受膨胀氧化反应诱导应力的影响。的依赖性的曲率和温度的氧化建模。模型预测和现有的实验数据之间的良好协议。所开发的模型用于量化二维纳米结构中的氧化，并有望通过热氧化技术促进其制造。https://doi.org/10.1016/j.taml.2016.08.002
2019-11-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Oxidation effects on graded porous silicon anti-reflection coatings
高效的抗反射涂层（ARC）改善了光收集，从而增加了太阳能电池的电流输出。通过简单的电化学腐蚀，可以制备出具有优异宽带抗反射性能的多孔硅（PS）层。本文采用椭圆偏振光谱仪、透射电子显微镜和X射线光电子能谱学研究了梯度聚苯乙烯的老化过程。在PS的氧化期间，存在诸如纯Si（Si $^0$）、Si $_2$ O（Si $^+$）、SiO（Si $^{2+}$）、Si $_2$ O $_3$（Si $^{3+}$）和SiO $_2$（Si $^{4+}$）的元素。此外，氢和碳都以Si $_3$ SiH和CO的形式引入到PS中。当暴露于氧气时，氧化物几乎随时间线性生长，表面PS的平均厚度为0 - 3.8 nm。然后将氧化与多层PS ARC的光学稳定性相关联。结果发现，即使在广泛的氧化后，PS结构的光学性质的变化是小的。
2012-09-28 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Competing Atomic and Molecular Mechanisms of Thermal Oxidation
SiC和Si的氧化为研究氧化机理提供了独特的机会，因为产物是相同的SiO2。硅的氧化遵循线性-抛物线规律，氧化剂为分子氧。SiC的氧化遵循相同的线性-抛物线规律，但具有不同的速率和活化能，并表现出更强的面依赖性。利用第一性原理计算的结果，我们表明，原子和分子氧是氧化剂的Si和C面SiC分别。比较SiC和Si，我们阐明了界面如何控制原子和分子机制之间的竞争。
2012-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous thermal oxidation of gadolinium thin films deposited on silicon by high pressure sputtering
研究通过高压溅射在硅上沉积钆薄膜并热氧化，发现500 $^\circ$C时结构转变，750 $^\circ$C下界面陷阱密度最低但介电常数仅7.4，原因是氧化产生的表面凸起降低了电容。
2024-01-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Deal-Grove Oxidation and Nanoparticle Adhesion - an AFM Study
我们研究了在湿氮环境中超过32天的纳米颗粒（高原）周围的纳米厚氧化物层的形成。我们用原子力显微镜（AFM）确定平台高度和去除颗粒所需的横向力。的高度是很好地描述了热激活扩散限制氧化过程的Deal-Grove模型。此外，我们观察到，高度和力似乎是相关的，这表明粘附力的上升主要是由氧化过程。由于平台是化学结构变化的结果，即使在去除纳米颗粒后，表面也会永久改变。这种观察对于许多需要光滑硅表面的应用非常重要，例如光刻，其中小的污染可以引起观察到的氧化过程并显著增加表面粗糙度。
2019-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Contact Angle Studies on Porous Silicon: Evidence for Heterogeneous Wetting and Implications of Oxidation
研究了多孔硅薄膜的润湿性，孔径范围为三个数量级。相邻多孔和无孔区域的水接触角测量得到的Wenzel粗糙度比，与从比表面积考虑预期的值相比，不是非物理的（小于1）就是不切实际的低。此外，从由大孔层上的微孔膜组成的样品获得的结果给出的接触角非常类似于在仅由单个微孔层组成的膜上发现的接触角，这与液体完全填充孔所预期的情况相反。从Cassie-Baxter模型计算的湿表面分数的值是不合理的高的微米，介孔和氧化的大孔膜考虑其孔隙率，而相对无氧化物的大孔膜给出的湿表面分数符合那些预期的膜孔隙率的基础上。总的来说，这些结果表明，这些膜上的润湿的主要模式是不均匀的。
2022-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Wafer-Scale Fabrication of Hierarchically Porous Silicon and Silica Glass by Active Nanoparticle-Assisted Chemical Etching and Pseudomorphic Thermal Oxidation
许多生物材料表现出多尺度多孔性，具有小的、主要是纳米级的孔以及大的、宏观的毛细管，以同时实现优化的质量传输能力和具有大的内表面的轻质结构。在人造材料中实现这样的分层孔隙率通常需要复杂且昂贵的自上而下的处理，这限制了可扩展性。在这里，我们提出了一种方法，该方法结合了基于金属辅助化学蚀刻（MACE）的自组织孔隙率和电子衍射诱导的大孔隙率，用于合成具有双峰孔径分布的单晶硅，即，具有1微米直径的六边形排列的圆柱形大孔，其由被60 nm宽的中孔穿过的壁隔开。MACE过程主要由金属催化的还原-氧化反应引导，其中银纳米颗粒（AgNPs）充当催化剂。在这个过程中，AgNP充当自推进粒子，不断沿着其轨迹去除硅。高分辨率X射线成像和电子断层扫描揭示了由此产生的大开口孔隙率和内表面，用于高性能能量存储、收集和转换或片上传感器和执行器的潜在应用。最后，分层多孔硅膜可以通过热氧化转化为分层多孔无定形二氧化硅，这种材料由于其多尺度人工血管化而对光流体和（生物）光子应用特别感兴趣。
2022-12-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Anisotropy, band-to-band transitions, phonon modes, and oxidation properties of cobalt-oxide core-shell slanted columnar thin films
采用掠射角沉积法在硅衬底上制备了高度有序、空间相干的钴倾斜柱状薄膜，并在475 $^{\circ}$ C下退火氧化。扫描电子显微镜，拉曼散射，广义椭圆偏振，和密度泛函理论的调查揭示了形状不变的转变的倾斜纳米柱从金属到透明的金属氧化物核壳结构的尖晶石钴氧化物的特性。我们发现Co-SCTF的钝化产生CoAl $_2$ O $_3$核壳结构，该结构通过使用原子层沉积的几纳米氧化铝的共形沉积产生，完全防止了钴在环境中的氧化和退火至高达475 $^{\circ}$ C。
2015-12-06 cond-mat.mtrl-sci
Formation of double ring patterns on Co2MnSi Heusler alloy thin film by anodic oxidation under scanning probe microscope
利用原子力显微镜（AFM）观察到Co2MnSi（CMS）薄膜在局部阳极氧化（LAO）过程中在电击穿电压下形成双环。利用磁力显微镜和能量色散谱研究了电晕效应和钴在环附近的偏析。双环的形成归因于LAO过程中烧蚀材料与感应磁场的相互作用。从CMS膜的未扰动区域的正向偏压输运特性的陡度表明非平衡自旋贡献。AFM针尖在磁性薄膜中的这种介观织构可以潜在地用于存储应用。
2013-04-03 cond-mat.mtrl-sci
A Study of Selectively Digital Etching Silicon-Germanium with Nitric and Hydrofluoric Acids
提出了一种数字化刻蚀方法，实现了对刻蚀深度的良好控制。研究了采用HNO 3氧化和BOE氧化物去除相结合的工艺对p+ Si和Si_（0.7）Ge_（0.3）的数字刻蚀特性。实验表明，由于活化能低，氧化随时间饱和。建立了硝酸湿法氧化过程的物理模型。用实验数据对模型进行了校正，得到了氧化饱和时间、最终氧化层厚度和Si_（0.7）Ge_（0.3）与p+ Si之间的选择性。对Si_（0.7）Ge_（0.3）/p+ Si叠层的数字刻蚀进行了研究。发现通过蚀刻两个Si层之间的SiGe层形成的隧道的深度与数字蚀刻周期成比例。并且氧化也将饱和，并且每循环的饱和相对蚀刻量（REPC）为0.5nm（4个单层）。提出了修正的选择性计算公式。用Si_（0.7）Ge_（0.3）/p+ Si叠层对氧化模型进行了校正，得到的选择性与校正后的公式一致。该模型还可用于分析工艺变化和可重复性。对实验设计有一定的指导作用。选择性和可重复性应作出权衡。
2020-03-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
The effect of p-type doping on the oxidation of H-Si(111) studied by second-harmonic generation
原子力显微镜和二次谐波发生数据表明，硼掺杂提高了H-终止硅的氧化速率。空穴使Si-H上键的反应活性比Si-Si背键的反应活性增加更大。
2011-09-07 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.optics
The effect of manganese and silicon additions on the corrosion resistance of a polycrystalline nickel-based superalloy
镍高温合金的使用寿命通常受到环境退化的限制。本研究比较了多晶高温合金的三种变体在750 ℃下的氧化、硫化和热腐蚀：基线合金、含有1wt% Mn的变体和含有0.5wt% Si的变体。Mn降低了氧化速率而不改变氧化膜的形貌。形成的MnCr 2 O 4氧化皮被证明对硫化和热腐蚀具有更好的保护作用，但内部硫化物延长了损伤深度。Si改性的氧化物的形态连续的Cr2 O3-Al 2 O3双层。这提供了改进的保护，使硫化深度减少2/3，热腐蚀深度减少1/2。
2020-07-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
The interface between a polar perovskite oxide and silicon from monoatomic lines
以LaAlO_3为原型材料，研究了极性高k材料与Si（001）-（2X_1）重构表面的界面。的接口的建设是基于先前的生长的金属线，然后氧化，其稳定性对氧覆盖进行了研究。密度泛函理论框架内的电子结构计算有助于建立界面和理解其键合结构。此外，我们计算了1.9 eV的导带偏移，符合电子应用的要求。研究结果可为界面处理提供指导。
2006-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Bond-specific reaction kinetics during the oxidation of (111) Si: Effect of n-type doping
已知在硅的热氧化中，较高浓度的自由载流子导致较高的氧化物生长速率。然而，电子和空穴在氧化化学中的作用尚不清楚。在这里，我们报告的实时二次谐波产生数据的H-终止（111）硅的氧化，揭示了高浓度的电子增加的化学反应性的外层Si-Si背键相对于Si-H键。然而，所有样品的天然氧化物的厚度在室温下稳定在1 nm附近，而不管不同键的化学动力学。
2010-11-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Passivation mechanisms and pre-oxidation effects on model surfaces of FeCrNi austenitic stainless steel
采用X射线光电子能谱学、扫描隧道显微镜和电化学表征技术，研究了Fe-18 Cr-13 Ni（100）取向表面的钝化机理。从无氧化物的表面开始，在超低压（ULP）氧下饱和预氧化显着促进氧化膜Cr（III）富集，并阻碍/延迟随后的铁氧化在含水环境中。在开路电位下暴露于硫酸会导致氧化铁物质优先溶解。阳极钝化迫使氧化膜再生长、Cr（III）脱羟基和进一步富集。ULP预氧化促进了开路电位下氢氧化铬（III）的形成、纳米颗粒氧化物膜的致密性和腐蚀保护。
2020-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Adsorbate-Mediated Growth of Rare-Earth Oxides on Silicon
在比较研究中，用反应分子束外延法在氯、镓和银钝化的Si（111）上沉积了超薄氧化铈薄膜。这些薄膜的结晶度已被其特征在于由X射线驻波，而氧化态的稀土氧化物（REOx）薄膜和化学界面组合物已被揭示由硬X射线光电子能谱学。使用Cl作为钝化剂导致具有处于3+氧化态的RE金属的高度结晶的REOx膜的外延生长，同时有效地抑制界面处的硅酸盐和氧化硅的形成。相比之下，Ga和Ag的预吸附产量膜的质量较差，在银的情况下，甚至更低的结晶度比没有钝化。进一步的研究表明，Cl-钝化也导致在氧化镧REOx多层膜上的氧化镧薄膜的优异质量，这有利于良好有序的氧化铈的生长。
2013-03-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Modeling the Initial Stages of Si(100) Thermal Oxidation: An Ab-initio Approach
硅及其原生氧化物SiO $_2$在20世纪50年代被认为是半导体工业的杰出材料系统。在现有技术的器件技术中，SiO $_2$被广泛用作与高$k$介电层（例如HfO $_2$）组合的绝缘体，这要求制造超薄界面层。由Deal和Grove推导的经典标准模型准确地描述了Si在进展阶段的氧化，然而，严重低估了薄氧化层的生长速率。最近的研究报告了各种氧化机制的氧化膜生长过程中的范围\SI{10}{\angstrom}的各种细节仍在争论中。本文提出了一种基于第一性原理的方法，从理论上评估的热氧化过程中的技术相关的Si（100）表面在这个初始阶段。我们的调查范围从单一的O $_2$分子上的$p(2\times2)$重建Si表面的化学吸附到氧化的Si表面层的厚度高达\SI{20}{\angstrom}。最初观察到的增强的生长速率被分配到无障碍O $_2$化学吸附事件后，氧分子解离。我们提出了强有力的证据，立即非晶化的氧化层从氧化开始。表面反应占主导地位，直到表面被氧饱和并通过\SI{5}{\angstrom}过渡区与Si衬底分离。饱和的表面变得对解离反应惰性，并使分子氧扩散到\interface界面，如Deal-Grove模型中所假设的。然后，由于负责在表面处的化学吸附的相同电荷转移过程，通过在界面处的O $_2$解离来提供Si衬底的进一步氧化。
2022-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Ballistic Conductance in Oxidized Si Nanowires
利用密度泛函理论结合格林函数散射方法研究了硅纳米线中局部氧化对空穴输运的影响，以及改变硅原子在线表面的氧化态的影响.对于硅纳米线的生长方向沿[110]和几个纳米的直径，它被发现，引入氧桥和背键不显着降低空穴传输的电压高达几百毫伏相对于价带边缘。因此，平均自由程与晶体管和其他纳米电子应用所设想的线长度相当或更长。沿着[100]取向的纳米线的传输是不太有利的，因此在空穴迁移率方面为[110]纳米线取向提供了优势，如在一些生长方法中优先产生的。
2010-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Diffusion-reaction in thermal growth of silicon oxide films on Si
在干燥的O2中的Si上的氧化硅膜的热生长被建模为一个动力学系统，假设它基本上是一个扩散反应现象。过去十年的相关研究结果被纳入，作为结构和组成的氧化物/Si界面和O2运输和反应在生长的初始阶段。本模型偏离了成熟的Deal和Grove框架（Deal，B.E. Grove，A. S. General Relationship for the Thermal Oxidation of Silicon，J.Appl.Phys.36，3770-3778（1965）），表明其基本假设、稳态状态以及在尖锐氧化物/Si界面处O2和Si之间的反应仅渐近地获得。实验生长动力学的不同作者，获得了广泛的生长参数被证明崩溃成一个单一的曲线时，这个模型方程的缩放特性进行了探讨。
1999-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Kinetic study of the oxide-assisted catalyst-free synthesis of silicon nitride nanowires
报道了在1200-1440 ℃温度范围内，由硅纳米颗粒与N2反应合成Si_3N_4纳米线。氮化条件使得通过颗粒中氧化硅的存在和通过硅在没有催化剂的情况下的活性氧化来促进与氮的反应。结果表明，Si到Si 3 N4的转化率取决于实验中使用的硅颗粒的量，并且通常，对于更大的量，反应减慢。这种趋势是由颗粒堆积造成的，颗粒堆积限制了炉内气氛和内部颗粒周围气氛之间的气体交换。在第一阶段中，局部氧分压在内部颗粒周围增加并局部抑制氮化。如果反应物Si纳米颗粒的量足够小，则避免了这种外在效应，并且可以测量本征氮化动力学。实验表明，本征动力学不依赖于温度。
2008-11-21 cond-mat.mtrl-sci
In situ atomic force microscopy depth-corrected 3-dimensional focused ion beam based time-of-flight secondary ion mass spectroscopy: spatial resolution, surface roughness, oxidation
原子力显微镜（AFM）是一种用于研究表面粗糙度和收集关于样品顶部原子层特征的深度信息的公知工具。通过将二次离子质谱（SIMS）与扫描电子显微镜（SEM）中的聚焦离子束（FIB）铣削相结合，可以可视化溅射结构的化学信息并以高的横向和深度分辨率定位。在本文中，一个高真空（HV）兼容的原子力显微镜已安装在TESCAN FIB扫描电镜仪器，配备了飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）检测器。为了研究由ToF-SIMS溅射引起的凹坑的深度，随后在多层垂直腔面发射激光器（VCSEL）样品上进行AFM测量。表面粗糙度和铣削深度用于辅助溅射体积的化学组成的精确3D重建。分析了溅射过程中的分辨率、表面粗糙度和表面氧化问题。因此，互补检测器的集成开启了确定样品特性以及理解分析方法在分析期间对样品表面的影响的能力。
2020-03-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Defect Profiling of Oxide-Semiconductor Interfaces Using Low-Energy Muons
低能μ子自旋旋转（LEμSR）是一种强有力的原子核方法，可以在$\approx$ \SI{200}{\nano\meter}尺度上研究表面附近区域和薄膜的电磁性质。在这项工作中，我们展示了利用低能量μ子对氧化物-半导体界面进行深度分辨表征的潜力，即硅（Si）和碳化硅（4 H-SiC）。二氧化硅（SiO $_2$）生长的等离子体增强化学气相沉积（PECVD）和热氧化的SiO $_2$ -半导体界面的接口和缺陷的形成进行了比较。μ的纳米深度分辨率允许氧化物层和半导体层之间的明确区分，同时还量化了由Si和SiC的氧化引起的结构变化的范围。
2022-06-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Anomalous conduction band fluctuation in silicon carbide metal-oxide-semiconductor structures revealed by electrical characterization of field effect transistors combined with self-consistent numerical calculations
通过数值计算再现了碳化硅（SiC）金属氧化物半导体（MOS）场效应晶体管（MOSFET）的实验电流-电压特性，确定了其导带边附近的界面态密度（$D_{\rm it}$）分布。在计算中，通过求解泊松方程和薛定谔方程，分别计算了反型层中的势分布和能量子带。我们证明，MOSFET的栅极特性很好地描述了考虑的界面态是由自由电子态密度的波动在一个二维系统。的$D_{\rm it}$分布几乎是唯一确定的氧化物形成过程（氧化或界面氮化）和独立的受体浓度（$3\times10^{15}-1\times10^{18}\ {\rm cm^{-3}}$）。
2019-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Local oxidation of Ga[Al]As heterostructures with modulated tip-sample voltages
基于局部氧化与扫描力显微镜的纳米光刻已经进行了未掺杂的GaAs晶片和Ga[Al]As异质结构与未掺杂的GaAs帽层和浅的二维电子气。氧化物的生长和由此产生的图案化结构的电子性质进行比较恒定和调制的电压施加到扫描力显微镜的导电尖端。所有的光刻已经在非接触模式下进行。调制所施加的电压提高了氧化物线的纵横比，这显著地增强了GaAs上的线的绝缘特性。此外，氧化过程被发现是更可靠和可重复的。使用这种技术，量子点接触和量子线已被定义和电子稳定性，限制电位和电调谐性被证明是类似的氧化与恒定电压。
2006-01-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomistic modeling of functionalized magnetite surfaces with oxidation states
本文提出一种基于蒙特卡罗和铁氧化态交换的原子级建模方法，可在数万原子尺度模拟磁铁矿-羧酸界面，无需重新标定力场参数，并揭示了氧化态分布随覆盖度和表面厚度的变化规律。
2025-07-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrical characterization of gadolinium oxide deposited by high pressure sputtering with in situ plasma oxidation
本研究采用先溅射金属钆再原位等离子体氧化的两步高压溅射法制备Gd₂O₃薄膜，通过表征证实优化条件下可获得具有稳定介电性能、低漏流等优异特性的完全氧化薄膜。
2024-01-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Pathways of bond topology transitions at the interface of silicon nanocrystals and amorphous silica matrix
采用分子动力学模拟方法研究了硅纳米晶嵌入非晶氧化物基体的界面化学行为。我们的研究结果表明，Si NC-氧化物界面是更多的参与比以前提出的计划，这是基于单纯的桥或双键。我们确定了不同类型的三配位氧配合物，以前没有注意到。的丰度和每个氧络合物的电荷分布被确定为NC大小的函数，以及它们之间的过渡。NC表面的氧化导致Si-Si键的拉伸应变，其仅在界面周围变得显著，而内核保持未应变。不像许多早期的报告中的接口结构，我们没有观察到任何双键。此外，我们的模拟和分析表明，通过这些三配位的氧配合物，不同的氧桥之间的界面键拓扑结构的演变。
2008-04-15 cond-mat.mtrl-sci
Diffusion of hydrogen atoms in silicon layers deposited from molecular beams on dielectric substrates
本文详细研究了分子束低温真空条件下在多层Si $_3$ N $_4$ /SiO $_2$ /c-Si衬底上生长非氢化非晶硅和多晶硅薄膜的过程。氢原子从电介质层扩散到生长膜中被示出为伴随着硅膜在通过CVD沉积的Si $_3$ N $_4$层上或在通过硅晶片的热氧化获得的SiO $_2$层上的生长。利用傅里叶变换红外光谱研究了氢从介质衬底向硅膜迁移的过程。红外光谱中与N-$-$ H键振动相关的谱带处红外吸收的减少和与Si-$-$ N键振动相关的谱带处红外吸收的增加表明，在从分子束沉积Si期间，氢原子离开Si $_3$ N $_4$层。在沉积在Si $_3$ N $_4$和SiO $_2$层上的样品的IR光谱中出现的、归属于Si $-$ H键在$\sim 2100$ cm $^{-1}$处的价振动的吸收带表明氢原子在硅膜中的积累。介电层和硅膜中的氢原子的化学势差解释了氢原子从Si $_3$ N $_4$或SiO $_2$层转移到生长的硅膜中。
2019-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Cluster-surface and cluster-cluster interactions: Ab initio calculations and modeling of van der Waals forces
我们目前完全从头计算的范德华系数为两种不同的情况：i）氢化硅簇之间的相互作用;和ii）这些纳米结构和非金属表面（硅或碳化硅表面）之间的相互作用。所使用的方法是非常有效的，并允许包含数百个原子的系统的计算。所获得的结果进一步分析和理解的帮助下，简单的模型。这些模型可能是感兴趣的表面上的硅纳米结构的分子动力学模拟，在那里他们可以给出一个非常快速但足够准确的确定在大的分离的范德华相互作用。
2008-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Electron scattering in atomic force microscopy experiments
它已被证明，电子跃迁，如在扫描隧道显微镜（STM）中测量的，是有关的隧道势垒中的化学相互作用。在这里，我们表明，在Si（111）上的原子力显微镜（AFM）实验中的亚原子特征的形状和表观高度直接取决于硅表面和硅AFM针尖的可用电子状态。模拟和实验证实，力和电流显示出类似的亚原子变化的尖端样品的距离接近散装键合长度。
2005-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Thermal and Oxidation Stability of Ti$_x$W$_{1-x}$ Diffusion Barriers Investigated by Soft and Hard X-ray Photoelectron Spectroscopy
钛钨二元合金（TiW）是高功率半导体器件中的既定扩散阻挡层，因为其能够抑制铜从金属化方案扩散到周围的硅亚结构中。然而，很少有人知道钛钨的高温事件或其行为时，暴露在空气中的反应。在这里，结合软，硬X射线光电子能谱学（XPS）表征方法被用来研究后沉积退火和钛浓度对300 nm厚的TiW膜的氧化行为的影响。两种XPS技术的组合允许跨TiW层的表面和本体的化学状态和元素组成的评估。研究结果表明，在高温退火，钛偏析的混合金属系统和向上迁移，积累在TiW/空气界面。钛在相对短的退火时间尺度下显示出显著快速的扩散，并且钛表面富集的程度通过较长的退火时间段或通过增加前体钛浓度而增加。由于钛的强吸杂能力，表面钛富集增强了合金表面和本体的氧化程度。软X射线光电子能谱的定量突出了三种钨氧化环境的形成，归因于WO $_2$、WO $_3$和与钛环境配位的WO $_3$氧化物。这种组合表征方法从两个深度角度提供了对TiW合金的热稳定性和氧化稳定性的有价值的见解，有助于未来器件技术的发展。
2021-02-19 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Precision and Casimir Force Measurements in Superfluid and Vacuum with Silicon Nitride Membranes
最近发现氮化硅膜可用作极高Q机械谐振器，这使得许多新的实验成为可能，其中包括改进的长范围真空卡西米尔力测量，和测量低于λ点的液氦的性质。值得注意的是，在卡西米尔力的热校正中，激励的相速度不进入，平行板之间的每单位面积的力仅取决于温度和板之间的距离。因此，它似乎是可能的，以测量声子模拟有限温度卡西米尔力在液氦。
2008-08-28 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Third-Body Stabilization of Supercritical CO2 in CO Oxidation: Development and Application of a ReaxFF Force Field for the CO/O/CO2 System
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Stanford University（斯坦福大学）；SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）
本文开发了适用于CO2/CO/O系统的ReaxFF力场，用于研究超临界CO2环境中CO氧化反应的第三体稳定化机制，揭示了反应动力学和能量耗散特性。
2026-04-05 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Full field chemical imaging of buried native sub-oxide layers on doped silicon patterns
完全能量过滤的X射线光电子发射显微镜是用来分析的SiO2/Si界面作为底层的掺杂图案的函数的硅次氧化物结构的空间分布。使用光谱逐像素曲线拟合分析，我们获得了在整个视场的次氧化物结合能和强度分布。每个氧化态的结合能图获得的空间分辨率为120 nm。在一个五层模型的框架内，实验数据被用来获得定量地图的氧化物层的厚度和空间分布的pn结。发现亚氧化物厚度的变化与掺杂的水平和类型有关。该程序考虑到了仪器伪影，能够对完整的3D数据集进行定量分析。
2012-11-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Repulsive Casimir force between silicon dioxide and superconductor
本文详细研究了在溴苯存在下，Bi_2Sr_2CaCu_2O_（8 +δ）（BSCCO）与SiO_2之间的Casimir相互作用。我们发现色散力是排斥力，并且色散力的大小可以通过改变物体的厚度和温度而改变。排斥力的引入为解决粘滞问题提供了一种新的方法，具有一定的实用价值。
2012-06-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other cond-mat.supr-con
Multi-AI Agent Framework Reveals the "Oxide Gatekeeper" in Aluminum Nanoparticle Oxidation
Advanced Institute for Materials Research (WPI-AIMR), Tohoku University（东北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR））；School of Chemical Engineering, Dalian University of Technology（大连理工大学化工学院）
本文提出多AI代理框架，揭示铝纳米颗粒氧化的'氧化守门人'机制，解决氧化过程中的质量传输问题，建立统一的原子尺度设计框架。
2025-12-27 cond-mat.mtrl-sci cs.AI
Theory of layered-oxide cathode degradation in Li-ion batteries by oxidation-induced cation disorder
本文提出层状氧化物正极中阳离子无序形成的自由能模型，解释氧化与静电力如何驱动镍缺陷进入体相，并通过循环模拟揭示降低电压截止可减轻退化。
2022-11-28 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
The epitaxial-graphene/graphene-oxide junction, an essential step towards epitaxial graphene electronics
已经沉积氧化石墨烯（GO）薄片以桥接两个外延石墨烯电极之间的间隙以产生全石墨烯装置。电学测量表明，由于GO中的带隙，在石墨烯/氧化石墨烯结处存在肖特基势垒（SB）。发现势垒高度约为0.7 eV，并且在180 $^\circ$ C退火后降低，这意味着可以通过改变氧化程度来调节间隙。发现GO迁移率的下限为850 cm $^2$ /Vs，与硅相当。已经实现了图案化外延石墨烯的{ \it In situ}局部氧化。
2008-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Transferability of force fields for 2D silicon (silicene)
本研究系统比较了多种原子间势函数在硅烯多晶型物上的可迁移性，发现不同势函数对结构和力学性质的预测差异显著，为选择合适势函数提供了依据。
2023-03-02 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Modelling the onset of oxide formation on metal surfaces from first principles
在金属表面上形成氧化物层是一个非热激活过程，在非常低的温度下在纳秒内自发发生。本文报道了裸金属表面，特别是Al（111）和TiN（001）的初始氧化的机理细节，通过密度泛函理论内的第一性原理分子动力学模拟获得。它示出，裸露的金属表面与O2分子的反应发生根据“热原子”的解离机制，这是触发由填充的σ星反键分子轨道，其特征在于由突然释放大量的动能。这种释放的能量提供了一个驱动力的金属/氧的位置交换过程，这是负责在几乎0 K和氧覆盖率远低于1单层（ML）的氧化物形成的开始。对氧化反应的进一步模拟表明，在Al（111）上形成了无序的TiO 2氧化物，而在TiN（001）上形成了有序的结构，在氧化物层下面的TiN晶格中留下了Ti空位簇。
2008-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Integrated silicon optomechanical transducers and their application in atomic force microscopy
本章介绍了基本的设计，模拟和制造全硅集成，波导耦合，光机械力和位移传感器。所有固定纳米光子组件与机械分离的可移动组件的全硅集成方法创造了独立设计这两个部件的机会，用于需要高精度，高带宽和小尺寸的各种MEMS和NEMS传感应用。用于静态和动态致动的致动器的进一步集成也是可能的。
2014-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Lowering Insulator-to-Metal Transition Temperature of Vanadium Dioxide Thin Films via Co-Sputtering, Furnace Oxidation and Thermal Annealing
针对二氧化钒薄膜制备成本高、相变温度（约68°C）高于多数应用需求的问题，本研究通过共溅射、炉内氧化和热退火制备钨掺杂二氧化钒薄膜，实现相变温度随掺杂量每at.%降24.5°C、热滞每at.%缩5.5°C的效果。
2025-04-24 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Construction of accurate machine learning force fields for copper and silicon dioxide
最近，机器学习力场因其高精度和低计算成本而成为一种强大的原子模拟方法。在本研究中，我们分别针对元素材料（Cu）和二元材料（SiO2）构建了ML力场。该方法首先采用考虑键角的结构指纹来描述原子环境，然后采用线性回归、神经网络和混合模型等ML技术来学习结构-力关系。我们发现，角结构指纹和混合模型方法的使用显着提高ML力场的准确性。此外，本文还讨论了基于LASSO算法和遗传算法的有效的结构指纹自动选取方法。用ML力场进行的原子模拟与从头计算结果吻合得很好。
2018-07-05 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
ReaxFF Reactive Force Field Development for Cu/Si Systems and application to Copper Cluster Formation During Cu Diffusion Inside Silicon
硅等固态材料中的镍、铜和铁等过渡金属杂质对集成电路和太阳能电池的电气性能有重大影响。为了研究块体硅内部的铜杂质对材料的电性能的影响，需要了解硅晶格内部的铜原子的构型空间。在这项工作中，我们进行了ReaxFF反应力场为基础的分子动力学模拟，研究不同的配置的个别和晶体铜原子内的块体硅中的铜的扩散行为。ReaxFF Cu/Si参数集是通过对DFT数据进行训练而开发的，包括硅晶格内单个Cu原子的能垒。我们发现铜原子的扩散与温度有着直接的关系。此外，它也表明，个别铜原子开始集群内体硅在高温下。我们的模拟结果提供了一个全面的图片的温度和铜浓度对硅晶格内的单个铜的结晶的影响。最后，得到了Cu/Si化合物在单轴拉伸载荷下的应力-应变关系。我们的研究结果表明，随着Cu杂质浓度的增加，弹性模量降低。我们观察到自发微裂纹的Si在应力-应变测试过程中作为一个小的Cu簇邻近Si表面的形成的结果。
2021-02-01 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
Characterization of amorphous and crystalline silicon nanoclusters in ultra thin silica layers
利用透射电子显微镜（TEM）、能量过滤透射电子显微镜（EFTEM）和二次离子质谱（SIMS）研究了不同制备条件和硅浓度（28 - 70面积%）下硅纳米晶的成核和结构。在通过硅的快速热氧化（RTO）制备的3 nm SiO $_2$层上溅射10 nm厚的富硅氧化物的高温热处理之后形成纳米晶体。当过量硅浓度超过50面积%时，纳米晶体沉淀。在TEM中对样品进行的原位热处理表明，结晶需要高于800 $^o$ C的温度。纳米晶体在4 nm波段沉淀，距离Si衬底5 nm，距离SiO $_2$样品表面4 nm。硅在过量Si浓度最高的地方成核。由于在退火期间与来自环境的氧反应，顶表面具有较少的过量Si。由于Si从SiO $_2$ -Si层扩散到RTO中，SiO $_2$ -RTO层更富含Si。在直径为4-10 nm的纳米晶体中发现了孪晶和层错。这些类型的缺陷可能对材料在电子器件中的可用性具有很大的影响。通过高分辨透射电子显微镜（HRTEM）观察发现，纳米晶中存在单孪晶和双孪晶晶界。为了获得更多关于缺陷和纳米晶体的信息，进行了图像模拟。层错是外在的，位于孪晶界。
2012-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Process Optimization and Downscaling of a Single Electron Single Dot Memory
本文介绍了单电子纳米闪存的工艺优化。自对准单点存储器结构已经使用硅纳米线的湿法各向异性氧化来制造。主要问题之一是澄清点形成的工艺条件。基于过程建模，各种参数（氧化温度，纳米线形状）的影响进行了研究。这些不同的参数之间的急剧妥协，以确保记忆点的存在的必要性已经建立。为了提出一个积极的存储器单元，该设备的缩小已经仔细研究。缩放规则表明，原始设备的大小可以减少2倍。这一点以前已经通过单电子存储器件的实现得到了证实。
2011-06-21 cond-mat.mtrl-sci cs.ET
Neural-Network Force Field Backed Nested Sampling: Study of the Silicon p-T Phase Diagram
本研究将神经网络力场与嵌套采样算法结合，基于硅结构数据库训练力场，在0-16 GPa范围得到与实验吻合的硅压温相图，明确了交换关联泛函和多样化训练集的重要性。
2023-08-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Influence of tip materials on the friction force microscopy of epitaxial graphene on SiC(0001): comparison of diamond and silicon tips in experiments and atomistic simulations
本研究结合FFM实验与原子模拟，比较金刚石和硅针尖作用于SiC(0001)外延石墨烯的摩擦转变，揭示针尖材料、压力、温度和速度对界面成键及剪切应力的影响。
2025-03-14 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Modification of adhesion between microparticles and engineered silicon surfaces
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
通过工程化硅表面降低微粒附着力，实现微粒悬浮及低附着力实验需求。
2025-12-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Towards time-dependent, non-equilibrium charge-transfer force fields: Contact electrification and history-dependent dissociation limits
力场为给定的一组原子坐标唯一地分配原子间的力。基本假设是电子处于量子力学基态或处于热平衡。然而，有大量的情况下，这是不合理的，因为系统只是局部平衡。特别是，原子、团簇或固体的分数电荷不仅取决于原子的位置，还取决于系统如何达到其状态。例如，一个孤立固体的电荷--以及该固体中原子之间的力--通常取决于它最后一次与之接触的对应体。类似地，由分子解离产生的原子的电荷对于发生解离的不同溶剂可以不同。在本文中，我们证明，这种电荷转移历史的影响，可以占分配离散的氧化态原子。通过我们的方法，一个原子可以向另一个邻近的原子提供整数电荷，以改变其氧化态，就像氧化还原反应一样。除了整数电荷，原子可以交换“部分电荷”，这是用分裂电荷平衡方法确定的。
2013-08-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
