绑定机构
扫描成功 请在APP上操作
打开万方数据APP,点击右上角"扫一扫",扫描二维码即可将您登录的个人账号与机构账号绑定,绑定后您可在APP上享有机构权限,如需更换机构账号,可到个人中心解绑。
欢迎的朋友
万方知识发现服务平台
获取范围
  • 1 / 96
  (已选择0条) 清除 结果分析
找到 1910 条结果
[硕士论文] 郑明晖
工程硕士 广西大学 2018(学位年度)
摘要:ZnXY2(X=Si、Ge和Sn;Y=P、As和Sb)化合物属于Ⅱ-Ⅳ-Ⅴ2黄铜矿型结构半导体化合物,因为其特殊的电子结构和光学特性,其在非线性光学、半导体激光器、红外光学参量振荡器和太阳能电池等领域展现出十分广阔的应用前景。为了进一步了解这类化合物的微观电子结构与非线性倍频效应之间的内在联系,有必要对其结构和相关性能进行深入研究。本文用基于密度泛函的第一原理方法计算了ZnXY2(X=Si、Ge和Sn,Y=P、As和Sb)的晶格常数、弹性常数、体积模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比、电子态密度、能带结构、光学性能等,并采用准谐德拜模型计算了德拜温度、体积模量、热膨胀系数、定压比热容等热力学性能。
  本文主要计算结果如下:
  (1)ZnSiY2(Y=P、As和Sb)三个化合物的晶格常数的计算值与实验值以及其他理论计算值一致。计算的弹性常数表明,该系列化合物满足力学稳定性条件。弹性模量显示这些晶体材料的抗压缩性能比抗剪切性能强,其中ZnSiP2的刚度最高;B/G比值显示这些化合物均属于脆性半导体材料。电子结构显示ZnSiP2、ZnSiAs2和ZnSiSb2均为直接带隙半导体。而对光学性能而言:这三个化合物实现相位匹配能力依次增强,在红外区域透光性依次减弱。计算的热物理性能结果表明ZnSiY2系列化合物的的德拜温度随着Y原子序数的增加而减小;它们的体积模量随着温度的增加而减少,随着压强的增加而增大;它们的热膨胀系数和定压比热容随着温度和压强的变化趋势基本相同,且随着温度的升高而变大,随着压强的增大而减小。
  (2)ZnGeY2(Y=P、As和Sb)三个化合物的晶格常数计算值与实验值以及其他理论计算值一致。该系列化合物满足力学稳定性条件。弹性模量显示这些晶体材料的抗压缩性能比抗剪切性能强,其中ZnGeP2的刚度最高,B/G比值显示这些化合物均属于脆性半导体材料。其电子结构显示ZnGeP2为间接带隙半导体,而ZnGeAs2和ZnGeSb2为直接带隙半导体,这三个化合物的光学性能显示:在红外区域透光性依次减弱,ZnGeAs2实现相位匹配能力较好。这三个化合物的的德拜温度随着Y原子序数的增加而减小;它们的体积模量随着温度的增加而减少,随着压强的增加而增大;它们的热膨胀系数和定压比热容随着温度和压强的变化趋势基本相同,随着温度的升高而变大,随着压强的增大而减小。
  (3)ZnSnY2(Y=P、As和Sb)三个化合物的晶格常数计算值与实验值以及其他理论计算值一致,该系列化合物也满足力学稳定性条件。这些晶体材料的抗压缩性能比抗剪切性能强,其中ZnSnP2的刚度最高,B/G比值显示ZnSnP2和ZnSnAs2属于脆性半导体材料,而ZnSnSb2属于塑性半导体材料。电子结构显示ZnSnP2、ZnSnAs2和ZnSnSb2均为直接带隙半导体,光学性能显示:ZnSnP2和ZnSnSb2实现相位匹配能力较好,这三个化合物红外区域透光性依次减弱。这些化合物的的德拜温度随着Y原子序数的增加而减小,它们的体积模量随着温度的增加而减少,随着压强的增加而增大;它们的热膨胀系数和定压比热容随着温度和压强的变化趋势基本相同,随着温度的升高而变大,随着压强的增大而减小。
[硕士论文] 行言
物理学;理论物理 延边大学 2018(学位年度)
摘要:拓扑绝缘体是量子物质的一类新状态,但是不能简单地与传统的绝缘体还有半导体联系在一起。它是一类新型的电子材料,拥有一个像普通绝缘体一样的体带隙,但是在其边缘或者表面却拥有受保护的无带隙导电态。这些态存在的原因来自于物质内部的自旋轨道相互作用和物体本身所具备的时间反演对称性。此外,超导体和绝缘体之间存在一个直接的类比,其表现为超导体准粒子的Bogoliubov-de Gennes哈密顿量与能带绝缘体的哈密顿量类似,也就是其超导带隙对应绝缘体的能带带隙。因此,拓扑超导体应运而生。拓扑超导体在体中拥有一个完全配对的带隙,且它所拥有的由Majorana费米子组成的无带隙的边缘或者表面态为拓扑量子计算的实现提供了一个新的途径和方法。这些拓扑材料已经在许多系统中理论地预测和实验地观测。本文主要对典型的一维拓扑绝缘体和超导体进行量子模拟和研究,具体研究内容如下:
  基于耦合腔阵列,研究衰减腔和增益腔的位置对非厄密耦合腔阵列中自发PT对称性破缺行为的影响。我们分别在三种不同的情况下对系统的能谱及其拓扑非平凡和平凡区域的PT对称性进行了详细地分析和讨论。这三种情况分别为衰减腔和增益腔位于系统的两端,位于系统的第二个和倒数第二个位置,以及交替地位于系统的每个位置。腔数目的奇偶性也被考虑用来检测所应用的非厄密项对于PT对称和PT非对称系统的影响。我们发现衰减腔和增益腔的位置对系统的自发PT对称性破缺行为存在显著的影响,并且在每种情况下系统均显示了新奇且可区分的自发PT对称性破缺行为。由于腔数目奇偶性的影响,非厄密项对于PT对称和PT非对称系统的影响在第一种情况下是不同的,然而在第二种情况下是相同的。
  基于带电的回音壁微腔阵列,模拟标准的Kitaev模型,并且揭示这个系统与标准Kitaev模型及其推广系统之间的紧密联系。此外,我们发现这个系统的拓扑特性深深依赖于有效的光力耦合强度。与在Majorana基矢下标准的Kitaev模型相比,在光力诱导的Kitaev拓扑非平凡相中,带电的回音壁微腔阵列新颖和独特的结构导致了可控制的光子声子边缘局域。此外,作为一个例子,我们也模拟了扩展的Kitaev模型,且该系统所拥有的两种拓扑不同的非平凡相能够实现更加灵活的可控制的光子声子边缘局域。这个系统提供了一个可选择的方法来模拟其它更复杂的与p波超导配对相联系的一维非相互作用无自旋拓扑模型。
[硕士论文] 范晓光
凝聚态物理 延边大学 2018(学位年度)
摘要:随着电子器件的小型化,自旋电子学器件的研制引起了广泛关注。自旋电子学器件需要从磁电极到半导体的有效自旋极化电子的注入,因此在费米能级处具有100%自旋极化率的半金属材料和自旋无带隙半导体材料被认为是理想的自旋极化电子注入源。半金属材料在一种自旋方向的能带呈现半导体特性,而在另一种自旋方向能带呈现金属性,因此具有100%自旋极化率。自旋无带隙半导体材料在一种自旋方向的能带中费米能级位于能隙之中,而另一种自旋方向的能带中费米能级处存在宽度为零的能隙,即导带底与价带顶在费米能级处相交。在半金属材料的研究过程中,材料的自旋极化率在实验测量中并未达到理论预期值,可能是由于表面的产生导致表面与块体的电子结构、磁性和半金属特性等方面具有较大差异。因此,研究半金属材料表面的电子结构,磁性及半金属特性对自旋电子学器件的研制具有重要意义。
  本文利用基于密度泛函理论的全势线性缀加平面波方法(FLAPW),结合广义梯度近似(GGA),研究了半金属Heusler合金Mn2CoAl(001)表面的电子结构,磁性及半金属特性。计算得到Mn2CoAl块体的最优化晶格常数为5.717(A),在Mn2CoAl的自旋向上能带中价带顶(Γ点)与导带底(X点)相切于费米能级,而在自旋向下的能带中费米能级处于非零带隙之中,即Mn2CoAl块体呈现半金属特性与自旋无带隙半导体特性。对于Mn2CoAl(001)表面,我们考虑了八种可能的表面,即AlAl表面、AlMn表面、MnA-void表面、Mn(A)表面、Mn(B)表面、CoMn表面、CoCo表面及MnB-void表面。计算得到的Mn2CoAl(001)的表面相图表明在适当热力学平衡条件下,可以得到较为稳定的AlMn、AlAl、Mn(A)、Mn(B)及CoCo等表面。通过对表面的态密度分析,我们发现半金属特性在CoCo表面、CoMn表面、AlAl表面、Mn(A)表面、MnA-void表面、MnB-void表面中被破坏,其中AlAl表面、Mn(A)表面、MnA-void表面、MnB-void表面的自旋极化率约为70%,CoCo表面、CoMn表面的自旋极化率小于40%;而在AlMn表面、Mn(B)表面保留其半金属特性,即具有100%自旋极化率。表面的形成导致表面原子的磁矩与块体相应原子的磁矩相比发生了较大的改变。Mn2CoAl(001)的八种表面都失去其自旋无带隙半导体特性。
[博士论文] 朱一鸣
凝聚态物理 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,二维原子晶体的特殊结构和性质掀起了一股新的研究热潮。二维过渡金属硫族化合物是一类典型的二维原子晶体材料,其优良的性质使其在基础研究和器件应用上都备受关注,如基于柔韧性和半导体特性的柔性显示应用,基于直接带隙、谷旋光特性的新型光电器件,基于电荷密度波相变的新型电学器件等。本博士论文基于所在课题组的二维原子晶体制备基础,研究了多种二维过渡金属硫族化合物迥异于块体材料的电学性质,并将其应用到场效应晶体管、振荡器等电子元器件中,在此过程中还探索并建立了不稳定二维材料(空气敏感、电子束敏感等)的器件微纳制备工艺。论文的具体内容如下:
  1.二维硫化钼(MoS2)及其合金材料的场效应晶体管研究
  使用物理气相沉积法和机械剥离方法分别制备了MoS2(1-x)Se2x,Mo(1-x)WxSe2, Mo(1-x)WxS2等二维合金材料,Mo(1-x)WxS2拉曼光谱表征发现了合金中A′1、E′振动模式的单模行为、双模行为,提出了使用修正的等位移模型(MREI)模型解释合金振动模式的单双模行为,并推导了这两种振动模式的拉曼模位移与合金组份的定量关联,结合实验数据拟合,获得了拉曼位移与组分x的函数关系。
  使用电子束曝光技术,制备了基于 MoS2(1-x)Se2x,Mo(1-x)WxSe2单层、少层的场效应晶体管器件,研究了器件的室温电学性质与组分的关系以及荧光峰为705 nm的合金 MoS2(1-x)Se2x器件的变温电学性质,观察到了随着组分 x的增大二维MoS2(1-x)Se2x合金的场效应晶体管由n型向p型的转变。
  2.二维硫化锆(ZrS2)的场效应晶体管研究
  通过化学气相沉积法,在氮化硼基底上制备 ZrS2二维薄膜,实验发现电子束辐照可对 ZrS2二维薄膜造成损害。通过改进电子束曝光工艺,在材料上预先蒸镀Au膜,再结合湿法刻蚀工艺,制备了特定位置、特定厚度的ZrS2场效应晶体管。
  研究了不同厚度ZrS2器件的室温电学性质,观察到了ZrS2场效应晶体管的电学性质随厚度的变化:阈值电压随着厚度的增加逐渐减小,电导和场效应迁移率随厚度增加而增加;当厚度超过6 nm后,两个参数会饱和,说明了厚层ZrS2二维薄膜中上层材料能有效屏蔽样品表面的杂质对导电沟道中电子的散射。此外,在厚层样品的器件中(8.1 nm和12.1 nm),观测到了材料随着栅压的变化发生了金属-半导体相变。测量了迁移率与温度的关系,通过μ~ T-γ拟合,推断ZrS2场效应晶体管中载流子散射主要来自晶格振动散射、电离杂质散射、界面处电荷陷阱散射。
  3.二维硫化钽(TaS2)的相变振荡器件研究
  建立了易氧化二维材料的场效应晶体管的室温制备工艺,并用于制备1T-TaS2的晶体管器件,电学性质测量发现:温度引起近公度的电荷密度波态(NC-CDW)与非公度的电荷密度波态(IC-CDW)之间的转变;电场激发1T-TaS2在多个亚稳态之间转变,窄沟道的器件需要更高的激发电场。通过设计高频子载体,测试了基于相变负阻效应的振荡器件,获得振荡波形与工作电压之间的变化关系,推断电场引发相变的机制,并提出提高器件频率的优化方案。
[博士论文] 王建平
光学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:确定性纠缠光源在量子信息技术中有重要的应用。在传统的实验方案中,它们一般是通过非线性参量下转换过程实现的。但是这种纠缠光源不是确定性的,有很小的概率产生冗余的多光子纠缠,并且在每个脉冲中光子对的有和无完全是随机的。为了克服这一困难,人们提出了基于量子点双激子级联跃迁产生确定性的纠缠光子对。这种纠缠光源的优势在于它每次可以确定性地产生一对纠缠光子对。但实现这种量子点纠缠光源的最大困难是,在级联过程中单激子的两个偏振态的能量不是简并的,存在一个能量差,被称为精细结构劈裂。精细结构劈裂的存在会破坏光子的纠缠性,所以在实验上很难实现量子点纠缠光源。在过去的十多年中,对量子点的精细结构的调控研究受到了广泛关注。本论文主要讨论外应力对量子点精细结构劈裂的调控。
  本文包含的主要工作如下:
  1.发展了有限温度经验赝势方法研究温度对量子点光学性质的影响:温度对量子点的光学性质影响很大,比如它会使得量子点的发光位置红移。在我们的方法中温度对经验赝势的影响主要是通过Debye-Waller因子引入的。通过拟合体材料高对称点的有效质量,能隙以及它们的能带随着温度的变化关系,我们确定了有限温度经验赝势理论中的相关参数。利用该方法我们计算了量子点发光能量和温度的关系,与实验结果吻合很好。我们发现量子点的精细结构劈裂不随温度显著变化。
  2.应力对量子点精细结构的调控:量子点的精细结构劈裂可以通过外力调控。我们讨论了单轴应力和组合应力对量子点精细结构劈裂的影响。我们证明利用组合的两个单轴应力,量子点的精细结构劈裂可以被调节到接近零,从而可以在实现纠缠光源。该方案已经被很多实验验证。
  3.应力调控量子点物理性质的模型理论:我们利用Bir-Pikus方法讨论了应力对量子点精细结构劈裂的影响,并且解析推导了精细结构,激子偏振角等在外应力下的行为。该方法得到的结果和经验赝势方法得到的结果在数量级上是一致的。利用该方法,我们可以深入理解应力对量子点精细结构影响的微观机制。
  4.波长可调的纠缠光源:尽管量子点可以作为理想的纠缠光源,而且也已经在实验上获得了验证,但是量子点的差异很大,不同的量子点的发光能量完全不同,无法实现不同量子点之间的纠缠。我们证明了利用三个独立应力,不仅可以完全消除其精细结构劈裂,而且可以调节其波长,为实现可扩展的量子点纠缠光源打下了基础。
[博士论文] 卢坤媛
化学 苏州大学 2017(学位年度)
摘要:PbX(X=S,Se,Te)纳米晶材料因具备较强的量子限域效应,使得其带隙可调性很强,其吸光范围基本可以覆盖所有可见光到近红外区域,并且具有较高的吸光系数,同时PbX量子点太阳能电池可以采用低成本溶液制备且表现出优异的稳定性。这些独特的优异性质非常符合太阳能电池工作要求,有望成为高效廉价的光伏材料。且目前PbX量子点太阳能电池的认证效率(NREL)已经和有机太阳能电池和染料敏化太阳能电池相当。这些使得PbX量子点材料成为目前最热门,最有潜力的新型无机太阳能电池材料之一。加大对基于纳米晶材料的新型太阳能电池的研究,充分利用纳米晶材料的潜能,对推动新一代高效光伏器件的产业化意义重大。
  虽然PbX量子点太阳能电池发展迅速,但是其光电转换效率距离其理论效率相差甚远,并且离工业化生产也有很长的一段道路。故对PbX量子点太阳能电池中的纳米材料以及器件结构需要投入更多的研究工作。本文主要从量子点太阳能电池的器件结构和表面处理两个方向入手,研究量子点材料合成、薄膜沉积控制和器件结构对最终器件效率的影响规律。具体研究成果如下:
  第一章:PbX量子点太阳能电池的介绍。主要简述了量子点的基本性质,太阳能电池的表征方法,以及基于器件结构发展的PbX量子点太阳能电池发展进程。
  第二章:PbS量子点反置太阳能电池中清洗溶剂对器件性能及制作工艺的影响。通过使用乙腈替代常用的甲醇作为量子点薄膜制备时的清洗溶剂,避免了甲醇清洗过程中对量子点表面的破坏。首次发现了乙腈对碘交换量子点薄膜具有修复作用,利用此性质可以通过增加单层量子点薄膜厚度来减少量子点薄膜沉积次数,同时保证获得高质量的纳米晶薄膜。基于此,我们成功获得了以三层量子点光敏层(通常为10层)制备的量子点器件,获得了11.2%的认证效率(实验室最高效率11.8%),为同类固态配体交换 PbX量子点太阳能电池转换效率的最高值。这对将来的产业化来说大大简化了量子点电池的器件制备过程。
  第三章:PbS量子点正置太阳能电池的优化与界面研究。我们借鉴PbS量子点太阳能电池反置器件中特殊的量子点结结构,将其首次应用到正置器件中,并且采用有机聚合物半导体材料优化阳极界面,促进了激子在界面处的分离与传输,进一步提升了器件性能,并获得了目前PbS量子点太阳能电池正置器件的最高效率(8.45%)。
  第四章:卤族元素掺杂的PbX量子点的合成及其太阳能电池器件制备。我们在PbS量子点合成过程中引入了高活性的卤素掺杂前驱体,并研究了其对PbX量子点形貌、光学性质和掺杂性质的影响。实现了对PbX可控的n-型掺杂,并在此基础上构筑了P-N结太阳能电池和梯度掺杂的量子点太阳能电池,明显提高了以1,3-苯二硫醇(BDT)为交换配体的量子点太阳能电池器件效率。
  综上所述,本论文以材料合成调控、成膜工艺和器件结构为主线,较为系统地研究了各个环节对最终器件性能的影响规律。对基于量子点材料的基础研究和实际应用均起到了一定的促进作用。
[硕士论文] 杜香容
凝聚态物理 四川师范大学 2017(学位年度)
摘要:CdS是Ⅱ-Ⅵ族半导体,掺有磁性杂质(过渡金属或稀土离子)的Ⅱ-Ⅵ族、Ⅲ-Ⅴ族半导体是重要的稀磁半导体,稀磁半导体主要是通过利用电子的电荷特性和自旋特性,不仅具有半导体材料的特性,还具有磁性材料的特性。它将半导体的信息处理和磁性材料的信息储存功能,半导体材料的优点和磁性材料的非易失性两者相结合,若稀磁半导体材料研制成功,将会是材料领域革命性的进步。同时稀磁半导体在磁性物理学和半导体物理学之间架起了一架桥梁,因此不论从理论方面还是实际应用方面都具有非常重要的意义,成为了近年来国内外研究的热点。在理论研究中,掺杂稀磁半导体的零场分裂符号的疑难是长期以来没有彻底解决的问题。本文采用晶体场和电子顺磁共振理论,完全对角化方法,基于赵的双ζ离子波函数和离子局部结构,计算得到了CdS∶Cr2+晶体的光谱精细结构、电子顺磁共振g因子和零场分裂参量。计算结果与实验符合。研究发现,对于CdS∶Cr2+晶体,只考虑自旋五重态,不能解释其零场分裂参量。自旋三重态对零场分裂有着重要影响。在实验误差范围内,自旋单态也有不可忽略的影响。
  本文创新工作如下:
  1、给出了新的D2d对称下CdS∶Cr2+晶体的零场分裂公式,解决了前人工作中的符号问题。
  2、系统地讨论了自旋多重态对CdS∶Cr2+晶体零场分裂贡献的相对大小。
  3、第一次对CdS∶Cr2+晶体的结构,光谱,g因子和零场分裂作出了统一解释。
[硕士论文] 侯佩佩
材料工程 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:多元硫属化合物是一类结构非常丰富的半导体材料,具有优良的物理化学性能,在非线性光学、光催化、太阳能电池等领域具有广泛的应用。因此,它们的合成研究已经成为目前无机化学合成方向的一个十分活跃的研究领域。近年来,因为含砷的硫属化合物具有新颖的结构类型和潜在的应用前景,吸引了越来越多人的关注。
  众所周知,表面活性剂具有蒸气压较低、热稳定性高、价格便宜等优点,且能够调节纳米晶体的尺寸、表面能、物理性质,以及调控多孔框架结构内部孔的尺寸等,在纳米晶和多孔框架材料的制备合成方面应用广泛,但其应用在制备合成新型多元硫属化合物方面的报道研究相对较少。
  本文以表面活性剂配合有机胺作为反应介质,通过对反应条件(反应物的种类及用量、溶剂种类和用量、反应温度、反应时间等因素)进行调控,成功制备出6种新型四元含砷的硫属化合物Cs3CuAs4S8(1)、Cs3CuAs4Se8(2)、NaAg2AsS3·H2O(3)、KAg2AsS3(4)、Cs2Ag2As2S5(5)和Cs3AgAs4S8(6),该工艺过程简单,易于操作,且制得目标产物产率较高,晶体质量较好。通过SEM、EDS、单晶X射线衍射、XRD、UV、TG及理论计算等手段,对化合物进行结构与性能表征分析。发现这6种硫属化合物都具有二维层状的结构,且除化合物NaAg2AsS3·H2O是间接带隙半导体材料外其他均为直接带隙半导体材料。
[博士论文] 李洪炬
物理学 湖南大学 2017(学位年度)
摘要:石墨烯材料由于其独特的电子能带结构而在中红外波段支持并传播表面等离子体波。自从这一点在2012年被实验证实以来,基于石墨烯等离激元的纳米光学器件已经成为近几年的研究热点。石墨烯材料的引入更是为亚波长纳米等离子体光子学的研究提供了一个崭新的平台。本论文借助耦合模理论和时域有限差分法,从理论分析和数值模拟两个方面研究基于石墨烯等离激元电磁耦合滤波器、布拉格反射器、等离子体诱导透明器件、以及完美超吸收器的理论设计原理及其性能调控机制。全文主要内容如下:
  (1)理论设计双缺陷型的单层石墨烯结构。模拟结果表明,由于激发的表面等离子体波在石墨烯和空气的边界处发生反射,双空气缺陷之间的石墨烯条带相当于一个标准的法布里-珀罗谐振腔。整个结构则表现出完美的中红外带通滤波器的效应。带通滤波透射峰的光谱位置不仅可以通过改变双缺陷的距离进行调控,还可以通过改变石墨烯的化学势进行调控。而透射峰的品质因子可以利用空气缺陷大小的改变进行优化。此外,模拟结果进一步证实,透射峰的共振波长随着衬底材料折射率的增加而发生线性的红移现象。因此,整个器件将在光学滤波和折射率传感方面有着重要应用。
  (2)理论设计石墨烯-周期性介质光栅-石墨烯的三明治结构。研究双层石墨烯结构的对称和反对称模式的表面等离子体波的波矢特性和电场分布。比较周期性介质光栅对两种模式的调控效果。计算结果得到了对称模式传播下的布拉格反射器效应和相应的超宽带的带阻滤波透射谱,并给出对应的物理机制分析。模拟结果表明介质光栅的结构参数和石墨烯化学势改变都可以用于调节透射禁带的光谱位置。而介质光栅的折射率改变不仅可以调节透射禁带的光谱位置还可以有效地调控透射禁带的带宽,并得到带宽4.3μm的超宽带透射谱。此外,还研究了基缺陷型光栅结构对透射谱的调制效应。整个结构将有助于中红外等离子体纳米集成回路的实现。
  (3)理论研究基于单个石墨烯条带波导共面耦合短石墨烯条带的电磁诱导透明效应。模拟结果显示基于石墨烯条带边模式的传播,短的石墨烯条带相当于一个标准的法布里-珀罗谐振腔。对于石墨烯波导侧向耦合单个短石墨烯条带结构,我们得到了明显的带阻滤波效应。而对于尺寸一样但耦合距离不一样的两个短石墨烯条带耦合在石墨烯波导同一侧的结构来说,临近波导的短石墨烯条带通过边模式的近场耦合直接和波导作用,相当于一个明模式。远离波导的短石墨烯条带无法跟波导直接作用相当于一个暗模式。共振波长相同的明暗模的干涉相消导致显著的等离子体诱导透明效应的出现。在不改变耦合系统结构尺寸的条件下,仅仅改变石墨烯的化学势可以有效地调节透明窗口的中心波长。而两个短条带耦合距离的改变则影响透明窗口的品质因子。三能级系统和耦合模理论(CMT)都证实了所有的模拟结果。并且得到群时间延迟高达0.28 ps的透明窗口,这将在等离子体的慢光器件中有着重要作用。
  (4)理论研究了基于周期性双层石墨烯条带阵列的宽角度窄带的完美超吸收器。模拟结果表明双层石墨烯条带结构支持反对称耦合的偶极子-偶极子电场共振。而当石墨烯条带电场共振的有效阻抗和空气中的阻抗实现匹配时,条带阵列可以抑制所有的反射波。同时,超厚的金属层衬底抑制了结构的所有透射。因此,在共振波长处得到了吸收率百分之百且带宽为300 nm的吸收峰。这和耦合模理论预测的现象完全一样。耦合系统的结构尺寸和石墨烯化学势的改变可以有效地调控吸收峰的光谱位置。此外,该石墨烯完美吸收器能在入射角改变至少60°的条件下保持优越的吸收性能。这将在太阳能电池和中红外波段的光学滤波方面发挥重要应用。
[博士论文] 刘畅
材料物理与化学 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:多元硫属化合物是一类具有丰富组成和结构的半导体材料,这也使得它们具有了多样的物理化学性能,在非线性光学、光催化、离子交换、光电化学电池等现代科学领域具有广泛的应用前景。因此,它们的合成研究已经成为目前无机化学合成的一个重要研究领域。在硫属化合物合成方法中,相较于高温合成方法,较低温度的合成方法更有利于结构丰富的介稳相晶体的形成。低温溶剂热法作为一种较为有效的新型化合物合成方法,已被成功应用于新型多元硫属化合物的合成。影响溶剂热反应的因素很多,包括原料、反应介质、反应条件(温度、时间)等,此众多影响因素为溶剂热法制备新型多元硫属化合物提供了多种可能。因此寻找合适的反应原料、反应介质和反应条件,是成功制备具有新型结构和丰富性能的多元硫属化合物的关键因素。本文将选择含有孤对电子的15族元素As和Sb,以及具有较强亲硫能力的过渡金属Ag和Cu作为硫属化合物的组成元素,将此两类离子作为主要骨架阳离子引入到硫属化合物阴离子结构中;以碱土金属离子作为平衡阳离子,水合肼作为主要的反应介质;通过对反应物种类及用量、溶剂种类和用量、反应温度、反应时间等因素进行调控,合成了一系列新型四元和五元硫属化合物。并对化合物的合成条件、晶体结构、热稳定性、能带结构、光电化学性能等进行了测试表征和性能研究。
  本研究主要内容包括:⑴以水合肼作为溶剂,15族金属Sb,过渡金属Cu/Ag作为主要骨架阳离子,碱土金属Ba2+作为平衡阳离子,调整反应物比例,制备了4种新型四元锑硫属化合物:二维层状结构的BaAgSbS3(1)、三维框架结构的BaAgSbS3·H2O(2)以及同构的三维框架化合物BaCuSbS3(3)和BaCuSbSe3(4)。⑵以水合肼作为溶剂,15族金属As,过渡金属Cu/Ag作为主要骨架阳离子,碱土金属离子Sr2+或Ba2+作为平衡阳离子,调整反应物比例,制备了3种新型四元砷硫化合物:二维层状结构的SrAg4As2S6·2H2O(5)、同构的一维链状化合物BaAgAsS3(6)和BaCuAsS3(7)。⑶在水合肼作为反应溶剂的基础上,引入聚乙二醇400(PEG-400)和1,2-丙二胺,进行混合溶剂体系的反应。以15族金属Sb,过渡金属Cu作为主要骨架阳离子,将碱金属和碱土金属阳离子同时引入到化合物晶体结构中,制备了3种同构的一维链状五元硫化物 K2Ba3Cu2Sb2S10(8)、Rb2Ba3Cu2Sb2S10(9)和Cs2Ba3Cu2Sb2S10(10)。⑷在对上述化合物进行单晶衍射研究的基础上,进行纯相的制备及物理性能研究。热重分析表明它们具有一定的结构热稳定性,通过紫外可见光谱表征其能隙宽度,并对其能带结构和态密度分布情况进行理论计算研究。对BaCuSbS3(3)、BaCuSbSe3(4)、K2Ba3Cu2Sb2S10(8)、Rb2Ba3Cu2Sb2S10(9)、SrAg4As2S6·2H2O(5)、BaAgAsS3(6)和Cs2Ba3Cu2Sb2S10(10)进行光电化学性能研究,结果表明相应化合物具有一定的可见光响应特性。
[博士论文] 王征
材料物理与化学 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:作为一种II-VI族氧化物半导体材料,ZnO室温条件下禁带宽度3.37 eV,激子束缚能为60 meV,具有优异的发光性能,在LED和LD等光电器件领域具有极大的应用前景。二维的量子阱结构作为有源层,可实现对载流子的有效限制,是提高ZnO发光效率的关键。ZnO/ZnMgO量子阱中的发光行为,特别是激子复合行为及其对极性的依赖性等还有很多值得深入研究的地方。此外,随着以石墨烯为代表的新型二维材料的发现和相关新型光电器件的提出,制备自支撑的二维超薄ZnO材料,能使其具有独特的性质,并拓展其应用。
  本研究主要内容包括:⑴利用变温稳态和瞬态发光光谱详细研究了脉冲激光沉积法(PLD)生长的高质量Si基ZnO/Zn0.9Mg0.1O多量子阱中的激子复合行为。发现激子辐射复合寿命在19-300 K范围内均随温度呈线性增加,证实其纯二维激子特征,表明直至室温,激子均被限制在量子阱内,没有热离化为三维激子。得到室温下的辐射复合速率0.87 ns-1,高于现有文献报道值,表明量子阱的晶体质量很高,且具有本征的高效发光特性。另外,内建电场的存在导致了量子限域斯塔克效应(QCSE),使电子和空穴的波函数在空间上分离,导致PL发光峰的红移。⑵研究了极性对分子束外延法(MBE)生长的 ZnO/ZnMgO多量子阱激子复合特性的影响。发现极性和非极性量子阱中激子非辐射复合的主导过程有所不同,非极性量子阱中均由非辐射复合中心缺陷主导,而没有激子的去局域化和激子分解过程;非极性ZnO/ZnMgO多量子阱发光峰显著展宽且出现反常温度依赖特性,表明其中激子具有强局域化特性且局域态能级分布很宽;在高密度激发下,非极性量子阱的发光性质也有别于极性量子阱,其激子-激子散射发光出现阈值相对更低。⑶利用水热法,分别以ZnS和ZnSe纳米片为中间产物,通过热氧化成功制备厚度约为2-5 nm,横向尺寸达到微米级的自支撑二维超薄 ZnO。发现热氧化过程不仅可以得到ZnO,去除残留的有机物,且不破坏结构完整性。系统研究了水热生长温度、生长时间、热氧化温度等主要实验参数对二维超薄 ZnO结构、形貌和发光性能的影响,并获得了最优参数。⑷利用变温稳态和瞬态发光光谱研究了二维超薄ZnO的光生载流子复合特性,发现一些与 ZnO体材料不同的新性质。发现低温下带边发光由自由激子的第一和第二声子伴线主导,其发光复合几率与激子动能的相关度特征参数显著低于体材料;深能级发光的辐射复合寿命具有零维特征,且陷阱态的存在使非辐射复合速率随温度的变化偏离常规理论预测;变温PL谱在160-250 K温度范围内出现负温度淬灭现象,光生载流子从陷阱态的去局域化导致室温内量子效率的提高,约为30%。⑸探索了二维超薄ZnO作为紫外激发荧光粉的潜在应用。将发绿光的二维超薄 ZnO样品与红光荧光粉和蓝光量子点混合,通过优化组分比例成功制备白光荧光粉,在390 nm的紫外LED激发下获得较高质量的白光发光,CIE指数为(0.329,0.332)。
[博士论文] 陈珊珊
材料物理与化学 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:氧化锌(ZnO)优异的光电性能使其在短波长光电器件领域有着广阔的应用前景。然而目前所制备的ZnO基发光器件仍然面临着效率低、不稳定等问题,难以满足应用需求。提高 ZnO材料和器件的发光性能一直是本研究领域努力的方向。
  本研究主要内容包括:⑴采用射频等离子体辅助分子束外延(Plasma assisted Molecular Beam Epitaxy, P-MBE)技术制备ZnO、p-ZnO:Na薄膜及非极性ZnO/ZnMgO多量子阱(Multiple Quantum Wells, MQWs),在其表面溅射Pt纳米颗粒后,光致发光(Photoluminescence, PL)谱中带边发光分别增强60、10和20倍,MQWs的内量子效率从1.8%提高至12%。低温 PL等研究证实发光性能提升机制为带边发光与表面等离激元(Surface Plasmons SPs)耦合增强和电子转移过程引起的缺陷能级复合向带边发光转变。⑵ZnO的p型掺杂技术尚不能达到应用需求,p型层低效注入仍是导致器件发光弱、发光效率低的主要原因之一。本文从ZnMgBeO四元合金的能带结构以及薄膜结构性能角度出发,分析引入微量Be对p型掺杂的辅助作用,探索获得高效稳定p型ZnO材料的新方向,为实现高效发光器件奠定基础。采用P-MBE技术制备两组不同Mg组分、不同带隙、Be组分分别为0.5%和0.7%的ZnMgO/ZnMgBeO异质结,使用X射线光电子能谱(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS)法测试两组异质结的能带结构,发现与相同禁带宽度的ZnMgO相比,引入微量Be可以有效地提高ZnMgO的价带顶和导带底,浅化受主能级,同时深化施主能级,更有利于获得p型。根据第一性原理计算以及PL和霍尔(Hall)效应等光电性能分析,发现Be的引入使得氧空位(Oxygen Vacancy, VO)形成能提高,施主型缺陷VO减少,降低施主补偿作用,有利于p型掺杂。⑶多量子阱作为发光器件的有源层是获得高效发光常用方法,同时为规避p型ZnO材料性能尚不能达到应用需求这一问题,本文提出p-GaN/(ZnO/ZnMgO)多量子阱/n-ZnO的器件结构,采用P-MBE技术,以p-GaN薄膜作为衬底和空穴传输层,在其上开展器件研制工作,获得ZnO/ZnMgO多量子阱有源层器件。电流电压曲线(Current-Voltage Curves, I-V)表明器件有整流效应,电致发光(Electroluminescence, EL)谱由375 nm的紫外峰和550 nm左右的缺陷峰组成,说明复合发光在多量子阱层中,解决了p-GaN/n-ZnO器件在p-GaN层复合发光的问题。可见,量子阱层有明显的载流子限制作用,有望大幅提升器件的发光效率。
[硕士论文] 万惠
物理学 湖南大学 2017(学位年度)
摘要:ZnS具有化学性质较稳定、抗光腐蚀、成本低等特点,而纯的ZnS带隙较宽,只能吸收太阳光的紫外部分,导致太阳光的光催化活性和利用效率较低;MoS2是类似于石墨烯的层状半导体材料,由于量子限域效应,单层MoS2不同于体材料具有独特的光学、电学性质而存在更大应用价值,然而单层MoS2是禁带宽度为1.8eV的直接带隙半导体。半导体的带隙很大程度上影响半导体的光吸收能力和氧化还原能力。研究表明,掺杂可以减小带隙,使吸收带边延伸至可见光区。本文采用第一性原理研究了:
  (一)ZnS掺杂非金属元素、金属元素和共掺杂对电子结构和光学性能的影响,取得了以下几个研究结果:
  (1)研究了Cu和V等金属元素掺杂对ZnS电子结构和光学性质的影响。发现掺杂VZn、CuZn后由于原子半径和电负性的影响,晶格常数分别变大和变小。CuZn-ZnS形成能在四种单掺模型中最小,其失真和平衡结构以及系统能量改变也较小,保证结构的稳定性。
  (2)研究了F和N等非金属元素掺杂对ZnS电子结构和光学性质的影响。发现掺杂N后ZnS形成能变为5.66eV,则替换的位置不合适,表明N可能更适合间隙位置。ZnS出现了晶体结构的畸变、带隙减小,但是掺杂系统的差别不是很大。
  (3)研究了CuZnFS-ZnS和VZnNS-ZnS等元素共掺杂对ZnS电子结构和光学性质的影响。发现掺杂后带隙减小,对CuZnNS-ZnS而言N2p和Cu3d出现在价带顶,使CuZnNS-ZnS吸收边界延伸到长波区域。以CuZnFS-ZnS为例的供体-受体钝化共掺,Cu3d轨道与S3p态在价带顶杂化,而F2s和Zn4s杂化在导带底。缺陷能级和主相位能级的共振使得带隙减少32%(1.41eV vs.2.06eV)。这样共掺杂后的ZnS吸收光谱延伸至可见光区域(<492 nm)。
  (二)MoS2掺杂非金属元素、金属元素和共掺杂对电子结构和光学性能的影响,取得了以下几个研究结果:
  (1)研究了Nd等金属元素掺杂对MoS2电子结构和光学性质的影响。发现掺杂后由于 Nd原子电负性大于Mo原子,晶格常数的变化最大。导带中最低能级均匀分布在临近的六个 Mo原子上,而价带中最高能级分布在六个Mo和Nd原子上,有利于提高光催化活性。
  (2)研究了F、Cl、Br和I等非金属元素掺杂对MoS2电子结构和光学性质的影响。发现卤族元素掺杂后,晶格常数改变不同于原子序数增加。FS晶格常数变小源于F电负性较大,其他三个系统晶格常数变大主要是原子半径较大。
  (3)研究了Nd、F,Nd、Cl,Nd、Br和 Nd、I等元素共掺杂对 MoS2电子结构和光学性质的影响。发现掺杂后带隙减小,Nd、F共掺时导带底的能级较平而费米能级以下分散,降低了电子空穴对的重组率;价带最高能级非域化在Nd原子附近,而导带底部的能级主要由Mo4d态和少量F2p混合组成,进一步表明m*e/m*h值大有利于光生电荷载体的分离。最重要的是,价带顶的电子通过捕获光子得到足够的能量(>1.38 eV)而进入两个Mo原子即两个钼原子与掺杂剂 F连接处成为光催化反应过程中活跃点。第一次证明1H-MoS2的催化活性可以通过电荷补偿共掺。
[硕士论文] 刘晓波
光学 山西大学 2017(学位年度)
摘要:半导体自旋电子学是凝聚态物理学的一个重要特色,此学科将半导体技术和基于自旋的量子效应结合起来,它不仅丰富了物理学研究内容,而且推进了自旋半导体器件的发展,是一个多学科交叉的新兴领域。半导体自旋电子学主要研究目的是利用自旋作为信息的载体,并通过控制自旋自由度来完成新一代半导体自旋电子器件的开发。实现半导体自旋器件的先备条件是具有长自旋寿命,因此对电子自旋动力学过程探究成为研究热点之一。在实验中,我们利用单光子计数方法测量了(110)-GaAs量子阱荧光动力学过程。并通过双色时间分辨科尔旋转技术,深入研究了该量子阱中自旋动力学过程。结合二者,本文验证了光生载流子对电子自旋弛豫的定量影响。主要的研究内容如下:
  (1)在温度20K条件下,利用单光子计数方法测量了不同激发功率下(110)-GaAs量子阱的荧光动力学过程。在实验中我们得到荧光寿命?随激发功率密度ρopt的增加而增大的变化趋势,拟合实验数据可得出τ∝ρ0.08opt。通过测量 GaAs量子阱的荧光寿命以及对量子阱的光学吸收计算,我们能得到不同泵浦光功率下的带间吸收所产生的空穴浓度。
  (2)进一步通过双色磁光科尔旋转技术,在测量温度为20K条件下,研究了(110)-GaAs量子阱中电子自旋动力学过程。实验中我们测量了在该结构体系中,不同泵浦光功率密度条件下所对应的自旋弛豫时间τs。当光功率密度范围从24.2 W/cm变化到140 W/cm2,此时自旋寿命对应τs=4.9 ns减小至τs=1.4 ns。泵浦光功率密度越大,产生的空穴-电子对越多,由此我们可以得出空穴对电子散射作用是影响自旋弛豫的主要机制。
  (3)结合在荧光测量实验中所计算出来的有效空穴浓度,我们可得出自旋弛豫速率l/τs随光生空穴浓度Nh成线性增加关系。同时,基于BAP机制主导的电子弛豫过程,我们在理论上估算了自旋弛豫速率与空穴浓度的线性依赖关系。实验结果表明实验上拟合出的依赖关系系数和理论计算比值符合比较好,因此我们定量验证了在低温下,BAP机制是(110)-GaAs量子阱电子自旋弛豫过程的主导因素。
[博士论文] 宋永利
物理学 哈尔滨工业大学 2017(学位年度)
摘要:金红石相宽禁带半导体在过去几十年中一直是材料物理和凝聚态物理领域的宠儿。通过掺杂TiO2和SnO2金红石相宽禁带半导体会表现出铁磁性和巨介电常数等新奇的特性,在电子器件小型化和高能量密度存储领域有着巨大的科学和应用价值。
  掺杂 TiO2是研究最早,最典型的一种氧化物稀磁半导体。但是其铁磁性起源仍然存在争议,掺杂过程中引入的Ti3+、氧空位在磁相互作用中所起的作用也未有定论。本论文的研究表明非磁性ⅢA离子 Al3+/Ga3+/In3+掺杂金红石TiO2的铁磁性源于掺杂离子、氧空位和Ti3+构成的束缚磁极化子。低浓度的氧空位使其近邻Ti3+反平行排列,不对铁磁性产生贡献。氧空位浓度较高时,氧空位相互靠近,周围的Ti形成一种亚铁磁排列,表现出较强的铁磁性。Ga掺杂会替换两个氧空位中间反平行排列的 Ti,从而增强薄膜的铁磁性。较大的掺杂离子半径有助于氧空位上的电子进入Ti的3d轨道从而获得更强的铁磁性。而拥有更大离子半径的 In3+在掺杂时更容易形成 In3+-VO+In3+结构,减少了束缚磁极化子的产率,从而导致其铁磁性最弱。
  相比于传统巨介电常数材料,(In+Nb)共掺杂金红石TiO2具有高介电常数、低介电损耗、低温度/频率依赖性等优点。但是其巨介电常数的起源仍然存在巨大的争议,掺杂离子所起的作用也仍有待研究。对这些问题的探究不仅仅具有学术意义,同时对新型巨介电常数材料的研发有很强的指导作用。
  有鉴于此,本文对单晶和陶瓷(In+Nb)共掺杂金红石TiO2的介电性质展开研究。研究发现尽管单晶和陶瓷样品在室温下均具有巨介电常数,但是通过介电常数随温度和频率的变化可以明显看到单晶中存在一个介电弛豫过程,而陶瓷中则存在两个介电弛豫过程。进一步研究表明单晶中的介电弛豫是电极层电容器效应。而陶瓷中的两个介电弛豫则分别为电极层电容器效应和晶界层电容器效应。即单晶的巨介电常数源于电极层电容器效应,而陶瓷中的巨介电常数则是电极层电容器效应和晶界层电容器效应共同作用的结果。
  在证明共掺杂 TiO2陶瓷巨介电常数主要源于晶界层电容器效应的基础上,我们通过对非等摩尔掺杂 AlxNb0.03Ti0.97-xO2陶瓷介电性质和阻抗谱的研究揭示三价阳离子和五价阳离子对巨介电常数产生所产生的作用。研究表明,Nb5+掺杂是一种施主掺杂,会使绝缘性很好的金红石 TiO2半导化,进而产生绝缘晶界和半导晶粒的微结构,从而诱导产生晶界层电容器效应表现出巨介电常数。Nb5+的掺杂同样会提高晶界的电导率,因而导致很高的介电损耗。Al3+的掺杂则是一种受主掺杂,可以有效地捕获 Nb5+掺杂引入的载流子,从而提高晶界电阻,降低介电损耗。Al3+的掺杂同样会提升晶粒电阻,因此Al3+掺杂量一旦超过Nb5+掺杂量,晶粒去半导化,巨介电常数消失。
  在对掺杂金红石 TiO2巨介电常数材料的研究基础上,我们发现一种新型巨介电常数材料,(Al+Nb)共掺杂 SnO2陶瓷。该材料具有103的巨介电常数,并且通过改变Al、Nb的掺杂比例可以有效调制介电损耗。Al0.02Nb0.05Sn0.97O2陶瓷室温介电损耗仅仅只有0.02,并且具有非常好的温度和频率稳定性。与掺杂 TiO2陶瓷中结果类似,Nb5+掺杂相当于施主掺杂产生半导晶粒进而诱导产生巨介电常数。而Al3+的掺杂可以显著降低晶界电导率,进而降低介电损耗。但是在掺杂 SnO2中Al3+掺杂提升晶粒电阻这一现象同样会对介电损耗产生影响,即晶粒电阻增大使得介电弛豫对应频率向小频率方向移动。这种移动使一个介电损耗峰逐渐向我们测试频率范围移动,从而导致介电损耗的增加。
[硕士论文] 王旭深
凝聚态物理 河南大学 2017(学位年度)
摘要:具有纤锌矿结构的ZnO是一种直接带隙、宽禁带的n型半导体材料,它在室温下的禁带宽度为3.37eV,激子结合能高达60 meV,是一种明星半导体材料。而作为一维材料的ZnO纳米线由于具有大的比表面积、高的表面活性以及优异的光电特性得到了广泛研究。其中,ZnO纳米线肖特基势垒器件在光检测、气体传感等方面表现出优异的性能。大量研究表明,纳米线表面吸附的氧气是调控势垒的关键因素。但是,在Au、Pt等贵金属与ZnO纳米线形成的肖特基势垒中,金属-半导体的功函差与吸附氧气同时对势垒的电学输运特性产生影响和控制作用,这对我们更加深入地研究吸附氧对肖特基势垒控制的机制、发展吸附氧的调控手段造成了困难。本文将采用功函数较低的Ag作为金属电极与ZnO纳米线形成接触,消除功函数差对势垒的影响,研究这种接触中氧气的吸附对肖特基势垒的控制作用,并研究光照、电压调控等手段对氧气吸附、脱附的控制作用,在此基础上发展新型的光电器件。
  本研究分为三个部分:第一章介绍了研究背景,介绍了ZnO纳米线肖特基势垒的基本特性及其在发展高性能光电器件中的应用。氧气吸附是控制 ZnO纳米线肖特基势垒的关键因素,基于氧气吸附对势垒的控制,可以发展紫外光检测器、气敏传感器等器件。通过背景论述分析了目前研究中存在的问题,提出本论文的研究思路。第二章通过化学气相沉积(CVD)法在Si基底上制备了ZnO纳米线,并利用场发射扫描电镜(FESEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和X射线衍射仪(XRD)对纳米线进行了表征。结果表明我们制备的纳米线产量大、结晶性优良,符合气-液-固(V-L-S)生长机理。同时,我们探索出了一种利用显微镜结合三维移动平台操控纳米Ag墨水在位制备ZnO纳米线器件的方法,该方法具有简便、高效、成本低的优点。通过电学测试,我们验证了低功函的Ag与ZnO纳米线之间可以形成肖特基势垒。通过光电流的测试,我们发现氧气吸附在Ag/ZnO肖特基势垒中起到关键的控制作用。第三章发现在Ag/ZnO纳米线肖特基势垒中,氧气的脱附受到紫外光照和反偏电压两种因素的调控,在此基础上发展了一种新型的电阻开关器件,这种器件只有在光照和反偏电压的共同作用下才能从高阻态变为低阻态,单独施加“光”或“电”其中的一种调控都不能产生电阻开关特性。通过对开关特性的分析,我们提出了氧气在光和电共同作用下的微观脱附机制。基于这种新型的电阻开关器件,我们发展出了两种新型器件:双向可控整流二极管,以及“光”“电”混合逻辑门电路。在双向可控整流二极管中,可以通过控制调控电压的极性来调控二极管的整流方向。在“光”“电”混合逻辑门电路中,可以对“光”和“电”两种不同类型的输入信号进行逻辑“与”门运算。
[硕士论文] 杨旻昱
集成电路工程 西安电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着半导体工艺水平的不断进步,集成规模与电路速度也翻倍增长,因此带来了一系列电互连问题,光互连技术解决方案应运而生。通过改性技术(如应力、合金化等作用),Ge可由间接带隙半导体转变为准直接带隙或者直接带隙半导体。(准)直接带隙改性Ge半导体载流子辐射复合效率高,应用于光器件发光效率高;同时,(准)直接带隙改性Ge半导体载流子迁移率显著高于Si半导体载流子迁移率,应用于电子器件工作速度快、频率特性好。鉴于改性Ge半导体在光器件和电器件两方面的应用优势,其具备了单片同层光电集成的应用潜力,已成为领域内研究的热点和重点。
  本研究以改性Ge半导体为对象,基于薛定谔方程,在研究建立改性Ge材料应变张量和形变势模型的基础上,采用kp微扰法,分别建立了改性Ge材料导带、价带E-k关系模型以及直接带隙Ge1-xSnx合金kp模型,为后续带隙类型转化规律、改性Ge能带结构与调制研究提供重要理论依据。基于改性Ge应变张量模型和形变势模型,建立不同改性条件下Ge带隙类型转化模型,揭示改性致Ge半导体带隙类型转化规律;基于改性Ge材料导带、价带E-k关系模型,建立了直接带隙弛豫GeSn合金和准直接带隙改性Ge半导体的能带结构模型,为后续Ge基光互连中发光器件有源层的设计提供重要理论依据。依据同层单片光电集成器件各部分有源层能带关系要求,基于固体能带理论,研究了直接带隙弛豫GeSn合金和准直接带隙这两种改性Ge半导体在单轴应力作用下禁带宽度的变化规律,提出了改性Ge单轴应力禁带宽度调制方案,为Ge基同层单片光电集成的实现提供了重要理论参考。基于Sellmeier色散方程与Lorentz-Lorenz方程,建立了直接带隙弛豫GeSn合金和准直接带隙改性Ge半导体折射率模型。然后在此基础上,利用FDTD仿真优化了改性 Ge矩形波导几何结构参数,并针对波导与发光器件结构兼容问题,对改性 Ge锥形过渡波导区域进行了仿真设计,获得了有实用价值的相关结论。
[硕士论文] 吴建鲁
集成电路工程 西安电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:中子探测技术在国土安全、空间科学、医疗卫生、工业等领域有着广泛的应用前景。目前,应用最广泛的中子探测器为3He正比计数管,作为其探测介质的3He主要来源于核武器项目的3H衰变,随着冷战的结束,3H的储备减小导致3He供应量逐渐下降,同时又由于近年来世界各国对3He气体的需求大幅增加,导致3He面临严重短缺的现象,因此对可替代3He正比计数管的新型中子探测器的研究已成为国际上的热点。微结构半导体中子探测器(MSND)是在平面型半导体中子探测器基础上发展起来的一种新型的中子探测器,其突破了平面型半导体中子探测器探测效率低的瓶颈,同时还具有能量分辨率高、时间响应快、线性范围宽、体积小、工作偏压低等优点,是替代3He中子探测器的发展方向之一。传统半导体材料的MSND在一般环境下表现良好,但在高温、强辐射等恶劣环境下工作时其性能会逐渐变差甚至失效。第三代半导体4H-SiC与传统的半导体材料Si、GaAs等相比,具有禁带宽度大、临界位移能高等优点,可以满足恶劣环境下MSND对材料性能的要求。本文以4H-SiC作为衬底材料,采用蒙特卡洛方法、TCAD软件研究了MSND对热中子的探测性能及其电流脉冲响应特性、电荷收集特性。
  本研究主要内容包括:⑴总结了MSND对衬底材料及中子转换材料的性能需求,确定了以4H-SiC作为衬底材料、6LiF作为中子转换材料可使MSND具有耐高温、抗辐射、输出信号幅度高、中子伽马甄别能力强等优点。⑵采用FLUKA软件模拟了沟槽型、圆孔型、圆柱型三种微结构的MSND在不同结构参数、不同系统甄别阈(LLD)下对热中子的探测性能,并对比分析了三种微结构的 MSND对热中子探测性能的优劣,确定了在三种微结构 MSND中沟槽型MSND性能最为优异;然后,得到了系统甄别阈为300KeV时三种微结构MSND的最优参数,沟槽型MSND在沟槽宽度20μm、沟槽间距5μm时拥有30.71%的最大探测效率,圆孔型MSND在圆孔直径30μm、圆孔间距5μm时拥有30.11%的最大探测效率,圆柱型MSND在圆柱直径20μm、圆柱间距10μm时拥有25.18%的最大探测效率。⑶采用TCAD软件模拟了4H-SiC沟槽型MSND分别对α粒子、3H粒子的电流脉冲响应特性及电荷收集特性。结果表明,随次级粒子在4H-SiC中沉积能量的增大,MSND电流脉冲高度增高,电荷收集时间变长。当次级粒子入射到灵敏区内时,MSND电流脉冲高度较高,电荷收集时间较短且电荷收集率接近100%,随灵敏区内电场强度增大,MSND电流脉冲高度增高,电荷收集时间变短;当次级粒子入射到灵敏区外时,MSND电流脉冲高度很小,随入射位置的变深,MSND电荷收集时间变长、电荷收集率变小。最后,总结了4H-SiC沟槽型MSND制作工艺流程。
[硕士论文] 晁苗苗
集成电路工程 西安理工大学 2017(学位年度)
摘要:SiC表面重构的发生会引起表面态密度增加,这使得SiC材料表面的电学、光学等特性不同于体内的原子,极大地影响了SiC功率器件的性能。因此本课题基于Valence-Mending概念对4H/6H/3C-SiC重构表面进行了S吸附计算,希望得到解开SiC重构表面的理论模型与方法,从而为实验验证提供更好的理论依据,最终达到改善器件稳定性的目的。本课题主要采用第一性原理计算,从吸附能、键长、键角的恢复能力、态密度、成键布居以及电荷布居分析等方面,对4H/6H/3C-SiC重构表面分别进行了S原子的吸附分析,并对Si材料(2x1)重构表面分别进行了H、C、O、S、Se五种原子的吸附比较,进而分析表面重构结构由于外来原子的引入而向体结构恢复的程度,探索S吸附对器件特性的改善情况。主要结论如下:
  1.吸附S原子后重构体系的表面能都会不同程度的降低,结构趋于稳定,表面态数量下降,s原子与重构键发生作用,重构结构有向体结构恢复的趋势,这与本课题小组在实验方面的结果相吻合。
  2.对不同初始吸附位和不同覆盖率下的SiC不同重构表面进行S原子的吸附对比,结果发现,4H/6H-SiC表面两种重构结构的最佳初始吸附位是TOP位,(√3×√3)R30°(以下简称√3)重构和(3x3)重构的最佳吸附率分别是1/2ML和1/3ML。3C-SiC表面(3x2)重构的最佳初始吸附位是H3位,最佳吸附率是1/6ML;(2x1)重构的最佳初始吸附位是B位,最佳吸附率是1/2ML。
  3.吸附的S原子解开表面重构键的能力对不同重构结构是不一样的。其中4H-SiC重构表面的键长、键角恢复程度比6H-SiC稍大;相比于(3x3)重构,√3力重构的键角恢复更明显,吸附能更低,结构更稳定,S原子对√3)重构结构的恢复影响更大。而3C-SiC表面重构键的恢复较之4H/6H-SiC更明显;相比于(3x2)重构,(2x1)重构的吸附能更低,结构更稳定,键长、键角的恢复程度稍高,S吸附对(2x1)重构面的解重构贡献要大些。
  4.吸附S原子后,4H/6H/3C-SiC表面重构结构均有向体结构恢复的趋势,但恢复能力不同。其中4H-SiC表面重构结构的恢复程度比6H-SiC稍大,而3C-SiC的重构表面受S原子的影响最大,重构结构恢复最为理想,同时立方结构体系的表面吸附能相对较小,表面稳定性更强。
  5.对Si表面(2x1)重构结构分别进行了H、C、O、S、Se五种原子的吸附比较,发现吸附原子均有向最稳定的吸附位置B位移动的趋势,表面非对称的硅硅二聚物由于外来原子的引入变成了对称结构,且不同吸附原子对应的重构表面键长、键角恢复能力相差较大。对于吸附原子H、C、O、S、Se来说,键角的最高恢复率分别是18%、19%、21%、51%、20%,故当吸附原子为S且吸附率为1/2ML下的B位吸附时,表面重构结构的键角恢复程度最大。
[硕士论文] 吴继宝
集成电路工程 西安电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:半导体GeSn材料由于其独特的材料特性引起广泛的研究,例如可通过调节Sn组分改变能带结构而显示出直接带隙的能力,高的电子和空穴迁移率,并且与传统Si工艺相兼容,这使得其成为制备与Si工艺兼容的光电子器件和高速CMOS集成电路的理想材料。对于GeSn光电探测器,可通过调节有源吸收层中Sn组分以扩展探测器响应谱的截断波长进入中红外波段,来实现吸收波长可调的GeSn光电探测器,探测范围包含近中红外所有波段。本文基于第一性原理,建立GeSn材料原胞。并基于GeSn原胞得到不同Sn组分下的GeSn材料能带结构修正模型。通过分析材料能带值、掺杂浓度等材料参数和不同工作温度,得到GeSn光电探测器参数随其变化的变化规律。并在此基础上设计了一种GeSn光电探测器结构,并对其进行仿真,仿真结果表明该结构具有高的量子效率、高的响应度、低的暗电流。
  本研究主要内容包括:⑴基于第一性原理,创建不同Sn组分GeSn材料原胞。基于密度泛函理论平面波法计算不同Sn组分下GeSn二元材料能带结构,并根据GeSn合金的能带变化趋势对计算结果进行修正。基于Bloch波描述电子行为的半经典方法对吸收系数公式进行推导,得到吸收系数模型。计算得到半导体Ge材料的吸收系数,并研究不同温度下Ge材料吸收系数的变化规律。⑵分析GeSn材料带隙值、吸收系数、掺杂浓度等材料参数和不同工作温度对GeSn光电探测器性能的影响。研究结果表明,材料能带值越小,光电探测器暗电流越大;能带值的减小使得吸收光谱向长波方向移动,也就是能带的减小导致吸收系数增加;吸收系数决定了量子效率的大小,而量子效率又直接影响光电探测器的响应度大小;提高P区和N区的掺杂浓度将有效抑制暗电流大小;降低器件工作温度也可抑制暗电流,使得器件可正常工作;温度上升40K,暗电流将升高一个量级;光电流信号随着入射光功率增加而线性增加。建立二极管电流-电压公式修正模型,修正模型可表示暗室和光照条件下二极管伏安特性。基于GeSn合金的材料特性和光电探测器基本原理设计出高性能GeSn PIN光电探测器结构。⑶半导体材料的吸收系数决定光电探测器的量子效率。计算0%、2%、4%、6%、8%、10%Sn组分下半导体GeSn材料的直接带隙和间接带隙的带隙值,并根据GeSn吸收系数模型计算相应 Sn组分下 GeSn材料不同波长的吸收系数。使用 TCAD sentaurus软件对所设计的高性能GeSn PIN光电探测器结构进行仿真,得到探测器量子效率、响应度、暗电流与光电流和频率响应等关键参数。仿真结果表明,GeSn光电探测器表现出很高的量子效率和响应度,低暗电流,也得到良好的频率响应。随着Sn组分的增加,量子效率随之增大,响应谱截断波长向长波方向扩展。当Sn组分为2%是,响应度为1.17A/W;当Sn组分大于6%,截断波长进入中红外波段;当Sn组分为10%时,响应谱截断波长为2.48μm,响应度峰值波长为2.3μm,对应响应度为1.6A/W。当Sn组分增加到10%,光电探测器暗电流上升两个量级。
  (已选择0条) 清除
公   告

北京万方数据股份有限公司在天猫、京东开具唯一官方授权的直营店铺:

1、天猫--万方数据教育专营店

2、京东--万方数据官方旗舰店

敬请广大用户关注、支持!查看详情

手机版

万方数据知识服务平台 扫码关注微信公众号

万方选题

学术圈
实名学术社交
订阅
收藏
快速查看收藏过的文献
客服
服务
回到
顶部