Reliability of AlGaN/GaN high electron mobility transistors on low dislocation density bulk GaN substrate: Implications of surface step edges

To enable gaining insight into degradation mechanisms of AlGaN/GaN high electron mobility transistors, devices grown on a low-dislocation-density bulk-GaN substrate were studied. Gateleakage current and electroluminescence (EL) monitoring revealed a progressive appearance of EL spots during off-state stress which signify the generation of gate current leakage paths.Atomic force microscopy evidenced the formation of semiconductor surface pits at the failure location, which corresponds to the interaction region of the gate contact edge and the edges ofsurface steps

TO SELECTION OF TECHNOLOGICAL SCHEME OF SOFTENING HEAT TREATMENT FOR HIGH CHROMIUM CAST IRON

Purpose. High chromium cast irons with austenitic matrix have low machinability. The aim of work is search of new energy-saving modes of preliminary softening heat treatment enhancing the machinability of castings by forming an optimum microstructure. Methodology. Metallographic analysis, hardness testing and machinability testing are applied. Findings. It was found out that high temperature annealing with continuous cooling yields to martensite-austenite matrix in cast iron 270Х15Г2Н1MPhT, which abruptly affects the machinability of cast iron. Significant improvement of machinability is achieved by forming of structure "ferrite + granular carbides" and by decline of hardness to 37-39 HRC in the case of two-stage isothermal annealing in the subcritical temperature range or by the use of quenching and tempering (two-step or cyclic). Originality. It was found that the formation of the optimal structure of the matrix and achievement of desired hardness level needed for improving machinability of high chromium cast iron containing 3 % austenite-forming elements, can be obtained: 1) due to pearlite original austenite followed by spherodization eutectoid carbides, and 2) by getting predominantly martensite structure followed by the decay of martensite and carbides coagulation at high-temperature tempering. Practical value. The new energy-saving schemes of softening heat treatment to ensure the growth of machinability of high chromium cast iron, alloyed by higher quantity of austenite forming elements, are proposed

ВПЛИВ ЛЕГУВАННЯ НА ТЕМПЕРАТУРУ ПЕРЕТВОРЕННЯ «ПЕРЛИТ – АУСТЕНИТ» У КОМПЛЕКСНО-ЛЕГОВАНИХ БІЛИХ ЧАВУНАХ

Purpose. Pearlite is not accepted in the microstructure of wear resistant steels and cast irons. To prevent the pearlite by means of appropriate selection of mode of quenching requires the knowledge of the temperature of the critical points Ac1 and Ac3 for various steels and cast irons. Purpose of work is determine the effect of V (5-10%) and Cr (up to 9%) on the temperature range of the phase-structural transformation "pearlite®austenite in the complex-alloyed V-Cr-Mn-Ni white cast irons with spheroidal vanadium carbides. Methodology. Nine Mg-treated cast irons smelted in laboratory furnace were used for investigation. The metallographic and optical dilatometric analysis methods as well as energy-dispersive spectroscopy were used. Findings. It is shown that in irons studied the critical point Ac1 is in a temperature range from 710-780 °C (lower limit) up to 730-850 °C (upper limit). The data on the concentrations of chromium and vanadium in a matrix of iron are presented, the regression equation describing the effect of vanadium and chromium on the temperature limits of the transformation «pearlite ® austenite» are obtained. Originality. It is shown that increase the chromium content leads to growth of lower and upper limits of the temperature interval of transformation "pearlite ® austenite"; vanadium increases only the upper limit of the range. It was found that the effect of chromium on the critical point Ac1 is attributed to its solubility in the metallic matrix (concentration of Cr in the austenite reaches 7%); vanadium, due to its slight dissolution in the matrix (vanadium content does not exceed 1.75%), affects the critical point indirectly by increasing of chromium concentration in the matrix due to enhanced carbon sequestration in VC carbides. Practical value. The temperature ranges of heating for quenching of V-Cr-Mn-Ni cast irons with spheroidal vanadium carbides, which provides the formation of austenitic-martensitic matrix without pearlite, is transformation proposed.Цель. В структуре износостойких сталей и чугунов не допускается присутствия перлита. Устранение перлита путем грамотного выбора режима закалки предполагает знание температур критических точек Ас1 и Ас3 дляконкретных сталей и чугунов. Целью работы является определение влияния V (от 5 до 10 %) и Cr (от 0 до 9 %) на температурный интервал фазово-структурного перехода «перлит ® аустенит» (точки Ас1) в комплексно-легированных белых V-Cr-Mn-Ni чугунах со сфероидизированными карбидами ванадия. Методика. Использованы чугуны девяти различных составов, выплавленные в лабораторных условиях и подвергнутые модифицирующей обработке Mg-содержащей лигатурой. В работе применены металлографический метод анализа, оптическая дилатометрия, энергодисперсионная спектроскопия. Результаты. Показано, что в исследованных чугунах критическая точка Ас1 находится в температурном интервале от 710–780 оС (нижняя граница) до 730–850 оС (верхняя граница). Представлены данные по концентрации хрома и ванадия в матрице чугунов, получены регрессионные выражения, описывающие влияние содержания ванадия и хрома на температурные границы превращения «перлит ® аустенит». Научная новизна. Показано, что в исследованных чугунах рост содержания хрома приводит к повышению нижней и верхней границ температурного интервала превращения «перлит ® аустенит»; ванадий повышает лишь верхнюю границу интервала. Установлено, что влияние хрома на критическую точку Ас1 реализуется благодаря его частичному растворению в металлической матрице (концентрация Сr в аустените достигает 7,0 %). Ванадий, ввиду его незначительного растворения в матрице (содержание ванадия в твердом растворе не превышает 1,75 %), влияет на критическую точку опосредованно, за счет увеличения концентрации хрома в матрице вследствие более активного связывания углерода в карбиды VС. Практическая значимость. Предложены температурные интервалы нагрева под закалку белых V-Cr-Mn-Ni чугунов со сфероидизированными карбидами ванадия, обеспечивающие получение в структуре чугунов аустенитно-мартенситной матрицы при полном отсутствии перлита в структуре.Мета. У структурі зносостійких сталей та чавунів не допускається присутності перліту. Запобігання виникненню перліту шляхом грамотного вибору режиму гартування передбачає знання температури критичних точок Ас1 і Ас3 для конкретних сталей і чавунів. Метою роботи є визначення впливу V (від 5 до 10 %) і Cr (від 0 до 9 %) на температурний інтервал фазово-структурного переходу «перліт ® аустеніт» у комплексно-легованих білих V-Cr-Mn-Ni чавунах зі сфероїдізованими карбідами ванадію. Методика. Використано чавуни дев’яти різних складів, які було виплавлено в лабораторних умовах та піддано модифікуванню Mg-вміщуючою лігатурою. В роботі використано металографічний метод аналізу, оптична дилатометрія, енергодисперсійна спектроскопія. Результати. Показано, що в досліджених чавунах критична точка Ас1 знаходиться в температурному інтервалі від 710–780 оС (нижня межа) до 730–850 оС (верхня межа). Представлено дані по концентрації хрому та ванадію в матриці чавунів, отримано регресійні вирази, що описують вплив ванадію та хрому на температурні межі перетворення «перліт ® аустеніт». Наукова новизна. Показано, що в досліджених чавунах зростання вмісту хрому призводить до підвищення нижньої та верхньої меж температурного інтервалу перетворення «перліт ® аустеніт»; ванадій підвищує лише верхню межу інтервалу. Встановлено, що вплив хрому на критичну точку Ас1 реалізується завдяки його розчиненню в металевій матриці (концентрація Сr в аустеніті досягає 7,0 %). Ванадій, зважаючи на його незначне розчинення в матриці (вміст ванадію в твердому розчині не перевищує 1,75 %), впливає на критичну точку опосередковано, за рахунок збільшення концентрації хрому в матриці внаслідок більш активного зв’язування вуглецю в карбіди VС. Практична значимість. Запропоновано температурні інтервали нагріву під загартування білих V-Cr-Mn-Ni чавунів зі сфероїдізованими карбідами ванадію, щоб забезпечити отримання аустенітно-мартен-ситної матриці за повної відсутності перліту в структурі

Структурний і фазово-елементний розподіл у імпульсному плазмовому покритті, отриманому з використанням твердосплавного катоду

Метою даної роботи є дослідження мікроструктурних особливостей покриття, одержаного імпульсно-плазмовою обробкою з використанням твердого сплаву WC-TiC-Со (Т15К6) у якості розхідного (еродуючого) електрода. Покриття наносили на низьколеговану конструкційну сталь 75Г1 за допомогою електротермічного аксіального плазмового прискорювача з потужністю дугового розряду до 20 МВт. В роботі використали мікроскопічний аналіз (за допомогою скандувальних мікроскопів Quanta FEG 650 FEI та Ultra-55 Carl Zeiss), енергодисперсійну спектроскопію (JED-2300, JEOL) та вимірювання мікротвердості (FM-300, Future-Tech Corp.) при навантаженні 20 г. Було встановлено, що після 10 плазмових імпульсів на поверхні сталі утворилось покриття товщиною 95-125 мм, а між покриттям та основою виник модифікований сталевий шар товщиною 33-40 мкм. Покриття складалось із матриці зі структурою високовуглецевого мартенситу або суміші мартенситу і залишкового аустеніту з мікротвердістю 415-977 HV (середнє значення 707 ± 113 HV). В межах матриці виявлено випадково розташовані глобулярні карбіди, збагачені вольфрамом (W,M)C або титаном (Ti,M)C діаметром 0,1-9,1 мм. Загальна об’ємна частка карбідів становила 15 %. EDS дослідження показало, що карбіди одночасно вміщували як вольфрам, так і титан, тобто вони не були "відірвані" з катоду і перенесені плазмовим потоком, а утворились in situ із рідини при кристалізації покриття. Матеріальний вклад катоду в формування покриття не перевищив 17 %, що пояснюється незначною ерозією твердого сплаву через високу температуру плавлення карбідів WC і TiC. Покриття в основному складалося з продуктів ерозії сталевого електроду (аноду) плазмового прискорювача. Матриця покриття виявилась легованою рядом елементів (W, Ti, Co, Cu), які еродували з поверхні катоду під час його плавлення та випаровування під дією високострумового розряду в камері прискорювача.The object of this work is to study microstructural features of the coating obtained by pulsed-plasma deposition using cemented carbide WC-TiC-Со as an eroded electrode. The coating was deposited employing an electro-thermal axial plasma accelerator involving a pulse arc discharge with the power reached 20 MW. Cemented carbide (an alloy of T15K6 grade) was used as a tip of the cathode to be eroded under the discharge. The substrate material was low-alloyed structural steel 75Mn1. The investigations included scanning electron microscopy observation (Quanta FEG 650 FEI, Ultra-55 Carl Zeiss), energy-dispersive Xray spectroscopy (JED-2300, JEOL) and microhardness measurement (FM-300, Future-Tech Corp.) under the load of 20 g. It was shown that after 10 plasma impulses the coating of 95-125 µm thick was obtained tightly adjusted to the modified substrate layer. The coating consisted of high-carbon martensite or martensite/retained austenite matrix with a microhardness of 415-977 HV (mean value of 707 ± 113 HV) and of randomly distributed 2.1 vol. % globular carbides (W,M)C and (Ti,M)C of 0.2-8.5 µm diameter. EDS study revealed that the carbides were alloyed with tungsten and titanium both. It allowed to conclude that carbides were not transferred by plasma flux but they crystallized in situ from the melt deposited on the substrate surface. The contribution of cemented carbide to the coating formation was limited by 17 % which was explained by low cemented carbide erosion caused by the high temperature of carbides WC and TiC melting. The coating was mostly composed of the product of the erosion of a steel anode. The matrix was alloyed with the elements (W, Ti, Co, Cu), released from the cathode during its melting/evaporation under the high-current discharge

До вибору технологічної схеми пом’якшувальної термічної обробки високохромистого чавуну

Purpose. High chromium cast irons with austenitic matrix have low machinability. The aim of work is search of new energy-saving modes of preliminary softening heat treatment enhancing the machinability of castings by forming an optimum microstructure. Methodology. Metallographic analysis, hardness testing and machinability testing are applied. Findings. It was found out that high temperature annealing with continuous cooling yields to martensite-austenite matrix in cast iron 270Х15Г2Н1MPhT, which abruptly affects the machinability of cast iron. Significant improvement of machinability is achieved by forming of structure "ferrite + granular carbides" and by decline of hardness to 37-39 HRC in the case of two-stage isothermal annealing in the subcritical temperature range or by the use of quenching and tempering (two-step or cyclic). Originality. It was found that the formation of the optimal structure of the matrix and achievement of desired hardness level needed for improving machinability of high chromium cast iron containing 3 % austenite-forming elements, can be obtained: 1) due to pearlite original austenite followed by spherodization eutectoid carbides, and 2) by getting predominantly martensite structure followed by the decay of martensite and carbides coagulation at high-temperature tempering. Practical value. The new energy-saving schemes of softening heat treatment to ensure the growth of machinability of high chromium cast iron, alloyed by higher quantity of austenite forming elements, are proposed.Цель. Высокохромистые чугуны с аустенитной структурой матрицы обладают плохой обрабатываемостью резанием. Целью работы является поиск новых энергосберегающих режимов предварительной смягчающей термической обработки, обеспечивающих повышение обрабатываемости резанием отливок за счет формирования оптимальной микроструктуры. Методика. Применены металлографический анализ, испытания на твердость и обрабатываемость резанием. Результаты. Установлено, что отжиг от высоких температур с непрерывным охлаждением приводит к получению в чугуне 270Х15Г2Н1МФТ мартенситно-аустенитной матрицы; данный факт резко ухудшает обрабатываемость чугуна резанием. Существенное улучшение обрабатываемости резанием достигается получением структуры «феррит + зернистые карбиды» и снижением твердости до 37-39 HRC в случае использования двухстадийного изотермического отжига в субкритическом интервале температур или за счет применения закалки с высоким отпуском (двухстадийным или циклическим). Научная новизна. Установлено, что формирование оптимальной структуры матрицы и достижение требуемого уровня твердости, необходимых для повышения обрабатываемости резанием высокохромистого чугуна, содержащего 3 % аустенитообразующих элементов, возможно в двух случаях. Это: 1) за счет перлитного превращения первородного аустенита с последующей сфероидизацией эвтектоидных карбидов; 2) путем получения преимущественно мартенситной структуры с последующим распадом мартенсита и коагуляцией карбидов при высоком отпуске. Практическая значимость. Предложены новые экономичные схемы смягчающей термической обработки, обеспечивающие рост обрабатываемости резанием высокохромистых чугунов, легированных повышенным количеством аустенитообразующих элементов.Мета. Високохромисті чавуни з аустенітною структурою матриці мають низьку оброблюваність різанням. Метою роботи є пошук нових енергозберігаючих режимів попередньої пом’якшувальної термічної обробки, які забезпечать підвищення оброблюваності різанням виливків за рахунок формування оптимальної мікроструктури. Методика. Використано металографічний аналіз, випробування на твердість та оброблюваність різанням. Результати. Встановлено, що відпал від високих температур із безперервним охолодженням призводить до отримання в чавуні 270Х15Г2Н1МФТ мартенситно-аустенітної матриці; даний факт різко погіршує оброблюваність чавуну різанням. Істотне поліпшення оброблюваності різанням досягається отриманням структури «ферит + зернисті карбіди» та зниженням твердості до 37-39 HRC у разі використання двохстадійного ізотермічного відпалу в субкритичному інтервалі температур або за рахунок застосування гартування з високим відпуском (двохстадійним або циклічним). Наукова новизна. Встановлено, що формування оптимальної структури матриці й досягнення необхідного рівня твердості, потрібних для підвищення оброблюваності різанням високохромистого чавуну, що містить 3% аустенітоутворюючих елементів, можливо у 2-х випадках. Це: 1) за рахунок перлітного перетворення первородного аустеніту з подальшою сфероідізацією евтектоїдних карбідів; 2) шляхом отримання переважно мартенситної структури з наступним розпадом мартенситу й коагуляцією карбідів при високому відпуску. Практична значимість. Запропоновано нові економічні схеми пом’якшувальної термічної обробки, які забезпечують зростання оброблюваності різанням високохромистих чавунів, легованих підвищеною кількістю аустенітоутворюючих елементів

EFFECT OF ALLOYING ON TEMPERATURE OF TRANSFORMATION «PEARLITE – AUSTENITE» IN COMPLEX-ALLOYED WHITE CAST IRONS

Purpose. Pearlite is not accepted in the microstructure of wear resistant steels and cast irons. To prevent the pearlite by means of appropriate selection of mode of quenching requires the knowledge of the temperature of the critical points Ac1 and Ac3 for various steels and cast irons. Purpose of work is determine the effect of V (5-10%) and Cr (up to 9%) on the temperature range of the phase-structural transformation "pearlite®austenite in the complex-alloyed V-Cr-Mn-Ni white cast irons with spheroidal vanadium carbides. Methodology. Nine Mg-treated cast irons smelted in laboratory furnace were used for investigation. The metallographic and optical dilatometric analysis methods as well as energy-dispersive spectroscopy were used. Findings. It is shown that in irons studied the critical point Ac1 is in a temperature range from 710-780 °C (lower limit) up to 730-850 °C (upper limit). The data on the concentrations of chromium and vanadium in a matrix of iron are presented, the regression equation describing the effect of vanadium and chromium on the temperature limits of the transformation «pearlite ® austenite» are obtained. Originality. It is shown that increase the chromium content leads to growth of lower and upper limits of the temperature interval of transformation "pearlite ® austenite"; vanadium increases only the upper limit of the range. It was found that the effect of chromium on the critical point Ac1 is attributed to its solubility in the metallic matrix (concentration of Cr in the austenite reaches 7%); vanadium, due to its slight dissolution in the matrix (vanadium content does not exceed 1.75%), affects the critical point indirectly by increasing of chromium concentration in the matrix due to enhanced carbon sequestration in VC carbides. Practical value. The temperature ranges of heating for quenching of V-Cr-Mn-Ni cast irons with spheroidal vanadium carbides, which provides the formation of austenitic-martensitic matrix without pearlite, is transformation proposed

High-Speed Planar GaAs Nanowire Arrays with <i>f</i>_max > 75 GHz by Wafer-Scale Bottom-up Growth

Wafer-scale defect-free planar III–V nanowire (NW) arrays with ∼100% yield and precisely defined positions are realized via a patterned vapor–liquid–solid (VLS) growth method. Long and uniform planar GaAs NWs were assembled in perfectly parallel arrays to form double-channel T-gated NW array-based high electron mobility transistors (HEMTs) with DC and RF performance surpassing those for all field-effect transistors (FETs) with VLS NWs, carbon nanotubes (CNTs), or graphene channels in-plane with the substrate. For a planar GaAs NW array-based HEMT with 150 nm gate length and 2 V drain bias, the on/off ratio (<i>I</i>_ON/<i>I</i>_OFF), cutoff frequency (<i>f</i>_T), and maximum oscillation frequency (<i>f</i>_max) are 10⁴, 33, and 75 GHz, respectively. By characterizing more than 100 devices on a 1.5 × 1.5 cm² chip, we prove chip-level electrical uniformity of the planar NW array-based HEMTs and verify the feasibility of using this bottom-up planar NW technology for post-Si large-scale nanoelectronics

Demonstration of high mobility and quantum transport in modulation-doped beta-(AlxGa1-x)(2)O-3/Ga2O3 heterostructures

In this work, we demonstrate a high mobility two-dimensional electron gas (2DEG) formed at the beta-(AlxGa1-x)(2)O-3/Ga2O3 interface through modulation doping. Shubnikov-de Haas (SdH) oscillations were observed in the modulation-doped beta-(AlxGa1-x)(2)O-3/Ga2O3 structure, indicating a high-quality electron channel formed at the heterojunction interface. The formation of the 2DEG channel was further confirmed by the weak temperature dependence of the carrier density, and the peak low temperature mobility was found to be 2790 cm(2)/Vs, which is significantly higher than that achieved in bulk-doped Beta-phase Gallium Oxide (beta-Ga2O3). The observed SdH oscillations allowed for the extraction of the electron effective mass in the (010) plane to be 0.313 +/- 0.015 m(0) and the quantum scattering time to be 0.33 ps at 3.5K. The demonstrated modulation-doped beta-(AlxGa1-x)(2)O-3/Ga2O3 structure lays the foundation for future exploration of quantum physical phenomena and semiconductor device technologies based on the beta-Ga2O3 material system. Published by AIP Publishing