全国政协委员、郑州大学副校长单崇新:将科普资源送到群众家门口

“科技创新、科学普及是实现创新发展的两翼,作为人口大省、农业大省,提升农村居民科学素质,有利于实现乡村全面振兴。”全国政协委员、郑州大学副校长单崇新说,科普是一件回馈社会的工作,也是科技工作者需要履行的一份社会责任。作为中国物理学会科普委员会委员,单崇新从2017年开始在郑州大学每年举办科普开放日活动,至今已举办六届。

ZnCdSe量子点的激子行为研究

用金属有机化学气相沉积(MOCVD)的方法在晶格失配较小的情况下制备了ZnCdSe量子点,并用原子力显微镜(AFM)和极低温度下的发光光谱确认了量子点的形成。原子力显微镜观测的形貌变化发现,随着生长后时间的增加,量子点的尺寸逐渐增大,而密度减小,这是由于熟化过程作用的结果。随着量子点生长完毕与加盖层之间间隔时间的增加,量子点的发光峰位明显红移,且由变温光谱得到的激子束缚能逐渐变小。这可以解释为随着间隔时间的增加,量子点的熟化过程导致量子点的尺寸增大,量子限域效应减弱所致。

ZnCdSe量子点的MOCVD生长及其演变

利用应力释放模型计算了 Zn Cd Se/Ga As间的临界厚度 ,并以该临界厚度为基础 ,用 MOVCD设备在Stranski-Krastanow (S-K)生长模式下 ,外延生长了 Zn Cd Se量子点。用原子力显微镜和光谱测量的方法研究了量子点的演化过程。随着时间的推移 ,量子点发生了两种变化 ,即 Ostwald熟化过程和量子点的生成过程。另外 ,量子点由尖塔状逐渐演化为圆顶状。这种形状的变化可以用晶体生长模型进行解释。通过分析量子点样品的发光光谱 ,发现了两种发光机制 ,一种是零维量子点激子的发光 ,另一种是二维激子的发光。随着量子点生长完毕与加盖层之间间隔时间的增加 ,零维激子对二维激子发光的比值增加 ,且发光峰位明显红移。

背入射Au/ZnO/Al结构肖特基紫外探测器

设计制作了一种Au/ZnO/Al结构的紫外探测器,光的入射方式采用背入射式。ZnO薄膜是用磁控溅射在蓝宝石衬底上制备的。I-V测试表明：Au与ZnO形成了肖特基接触。得到探测器的光响应峰值在352nm,截止边为382nm,可见抑制比达一个量级。由于该探测器是一种垂直结构器件,对于进一步实现ZnO紫外探测器阵列及单光子探测有很好的研究价值。

生长在p-GaAs衬底上的ZnO基异质结二极管电致发光(英文)

利用等离子体辅助分子束外延在p型砷化镓衬底上制备了ZnO异质结发光二极管。实验表明:GaAs与ZnO之间的氧化镁绝缘层能够有效改善器件光电性能,I-V特性的研究表明该器件具有良好的整流特性,开启电压为3 V,电致发光光谱由一个紫外发光峰和一个可见发光带构成,其来源分别为ZnO层中近带边缺陷以及深能级缺陷相关的辐射复合。

羧甲基壳聚糖对水中Cd^(2+)的絮凝处理研究

应用羧甲基壳聚糖对水中Cd2+离子进行絮凝处理，研究了溶液的酸度、温度、絮凝时间以及电解质的相对量等因素对除镉率的影响。研究表明，在最佳条件下，用此法处理含镉浓度在30～50ms／L的水样，除镉率可达99．9％以上。本文还对羧甲基壳聚糖除镉机理进行了初步探讨。

太阳盲MgZnO光电探测器

利用射频磁控溅射技术在石英衬底上制备了MgZnO合金薄膜,并采用传统湿法刻蚀的方法在薄膜上制备了梳妆叉指Au电极,构成金属-半导体-金属(MSM)结构。在室温下,实现了太阳盲MgZnO光电探测器,器件的探测峰值位于225 nm,截止边为230 nm。

低温外延生长平整ZnO薄膜

在较低温度下实现平整ZnO薄膜的生长有利于ZnO的可控p型掺杂以及获得陡峭异质界面.本文使用分子束外延方法,采用a面蓝宝石为衬底,在450℃下生长了一系列ZnO薄膜样品.在富氧生长的条件下,固定氧流量不变,通过调节锌源温度来改变锌束流,以此调控生长速率.样品的生长速率为40～100 nm/h.通过扫描电镜(SEM)表征发现:在高锌束流的生长条件下,样品表面有很多不规则的颗粒；降低锌的供应量后,样品表面逐渐平整.原子力显微镜(AFM)测试结果表明:样品的均方根表面粗糙度(RMS)只有0.238 nm,接近于原子级平整度.这种平整表面的获得得益于较低的生长速率,以及ZnO外延薄膜与a面蓝宝石衬底之间小的晶格失配.

以S-K和V-W模式生长ZnCdSe和ZnSeS量子点及其特性

用低压金属有机化学气相外延(LP MOCVD)技术,以Stranski Krastanow(S K)模式,在GaAs衬底上生长了CdSe和ZnCdSe量子点(QDs)。用原子力显微镜(AFM),观测到了外延层低于临界厚度时,CdSe自组装量子点的形成过程,并把其机理归结为表面扩散效应和应变弛豫效应的联合作用。依据理论计算外延层临界厚度值的指导,用LP MOCVD技术在GaAs衬底上生长了ZnCdSe量子点,详细观测了ZnCdSe量子点的形成和演变,这些过程可用Ostwald熟化过程和形成过程的联合作用来解释。用LP MOCVD技术,以Volmer Weber(V W)模式,在GaAs衬底上生长了ZnSeS量子点,随着生长时间的增加,量子点尺寸增大,而量子点密度减少,这些现象可用表面自由能来解释。

通过交替生长气氛调控N掺杂ZnO薄膜电学特性

使用分子束外延方法在c面蓝宝石衬底上生长了系列氮掺杂ZnO薄膜样品。在连续的富锌气氛环境中生长的样品,由于存在大量的施主缺陷,呈现n型电导。为了抑制施主缺陷带来的补偿效应,在生长过程中,通过周期性补充氧气,形成周期性的富氧气氛,缓解了氮掺杂浓度和施主缺陷浓度之间的矛盾。光致发光测量表明,通过交替生长气氛,氧空位和锌间隙等缺陷在薄膜中得到了显著抑制。通过交替生长气氛生长的外延薄膜的结晶质量也有所提高。样品显示出重复性较高的p型电导,载流子浓度可达到1016cm-3。周期性补氧调节生长气氛的生长方式是一种有效实现p型掺杂ZnO的方法。

硼对氮掺杂的p型ZnO薄膜的影响

利用分子束外延设备在蓝宝石衬底上生长了B/N共掺的p型ZnO薄膜,对比了B/N共掺和N单掺杂样品的物理学性能。通过X射线光电子能谱测试证明了在薄膜中存在有B和B—N键。B/N共掺样品的空穴浓度比单一N掺杂样品高近两个量级。且ZnO∶(B,N)薄膜在两年多的时间内一直显示稳定的p型电导。这是由于B—N键的存在提高了N在ZnO薄膜中的固溶度,且B—N键之间强的键能和B占据Zn位所表现的弱施主特性不会带来强的施主补偿效应,说明B是N掺杂ZnO薄膜的一种良好的共掺元素。

MOCVD生长MgZnO薄膜及太阳盲紫外光电探测器

利用MOCVD在蓝宝石衬底上,通过低温生长实现了立方结构、吸收边在255nm的Mg0.52Zn0.48O合金薄膜,并采用传统湿法刻蚀的方法在薄膜上制备了梳状叉指金电极,构成金属-半导体-金属(MSM)结构,实现了在10V偏压下,器件的光响应峰值在250nm,截止边为273nm的MgZnO太阳盲光电探测器。

理工类专业“赛学”教学模式的探索与实践

“赛学”教学模式旨在入学早期,依托专业课程教学和过程化考核要求,开展课程作业答辩赛,营造浓厚的专业学习氛围,促进师生、学生之间交流,激发学习动力和专业志趣,尽快让学生从中学时期的“目标”学习(被动学习)过渡到“兴趣”学习(主动学习),防止学习热情断崖式下跌。在此基础上鼓励学生参加国内外大学生学科竞赛,培育创新能力,突出大学生中心地位,彰显授人以“鱼”,不如授人以“渔”,更不如启人以“欲”的理念,以赛导学、以赛促教、以赛督创、以赛正风。文章主要探讨教改团队在理工类专业采用“赛学”教学模式的主要内容、主要措施和特点以及实施几年来学生培养方面取得的成效和成果。

ZnO-Si不同退火条件对生长ZnSe薄膜的影响

研究了作为缓冲层的ZnO薄膜在不同的退火时间、退火温度下退火对Si衬底上生长ZnSe膜质量的影响。当溅射有ZnO膜的Si(111)衬底的退火条件变化时 ,从X射线衍射谱 (XRD)和光致发光谱 (PL)中可见 ,ZnSe(111)膜的晶体质量有较大的变化。变温的PL谱表明 ,Si衬底上生长的具有ZnO缓冲层的ZnSe膜的近带边发射峰起源于自由激子发射。

LP-MOCVD生长(ZnCdTe,ZnSeTe)/ZnTe复合量子阱的激子发光研究

用低压金属有机化学气相沉积(LP MOCVD)的方法在GaAs(100)衬底上生长了(ZnCdTe,ZnSeTe)/ZnTe复合量子阱结构。测量了生长样品的光致发光(PL)谱,得到两个发光峰(记为I1,I2),分析认为高能侧的峰为Zn0 9Cd0 1Te浅阱峰,而低能侧的峰为ZnSe0 2Te0 8深阱层的发射。对样品进行了变激发强度的PL谱测量,当激发强度增加时,PL谱中两个发光峰的比值(I2/I1)开始时迅速增加,然后缓慢减小。这是由于浅阱中的电子和空穴隧穿入深阱中导致空间电荷的分离,从而在复合量子阱结构中产生了一个内建电场所引起的。

(CdZnTe,ZnSeTe)/ZnTe复合量子阱中的超快速激子衰减

为了研究低维半导体结构中的激子过程,并进一步实现超快速的激子衰减,设计了一种新型的(CdZnTe,ZnSeTe)/ZnTe复合量子阱结构,并用低压金属有机化学气相沉积方法(LPMOCVD)制备出来。用泵浦 探测方法,采用反射式光路测量了该复合结构中CdZnTe/ZnTe量子阱的激子衰减,单指数衰减拟合给出690fs的下降沿时间。

不同生长条件下ZnO薄膜电学性质的研究

ZnO薄膜中的高的背景电子浓度能够对p型掺杂形成补偿,从而对p型掺杂造成障碍,了解高背景电子浓度的来源有助于对p型掺杂的研究。本文采用分子束外延技术在不同真空度下在a面蓝宝石衬底上生长了一系列氧化锌薄膜,发现在低真空度下生长的样品的载流子浓度较高,为1019cm-3量级;而高真空度下生长的样品,其载流子浓度比低真空生长的样品显著降低,降低了3个数量级。在相同条件下生长的样品,通过不同的后处理手段进行处理后,其电子浓度未发生明显变化,说明氧空位等本征缺陷不是ZnO薄膜中电子的主要来源,高背景电子浓度应该与生长过程中非故意引入的杂质相关。通过低温光致发光表征,发现低真空度下生长的样品在低温下3.366 eV处有强的施主束缚激子发光峰,而高真空度下生长的样品的此发光峰显著变弱。由此,高电子浓度被归结为与生长过程中非故意引入的氢杂质相关。

“碳点发光”专刊序

从富勒烯到碳纳米管再到石墨烯,碳基纳米材料由于其优越的物理、机械和化学性能在现代科学和技术的发展中占有重要地位。碳点作为一种新兴的零维碳基材料,自2004年被偶然发现以来,便因其优异的发光性能和生物兼容性引起了人们极大的兴趣。从最初的蓝色荧光碳点,到现在覆盖全光谱发光的碳点;从短寿命的荧光碳点,到长寿命的磷光和化学发光碳点;从发光量子效率不到10%提高到90%以上,碳点发光已成为发光学领域的一个重要分支。

不同密度银纳米粒子对氧化锌基发光二极管发光的增强

采用分子束外延法制备不同密度的银纳米粒子(AgNPs)修饰的局域表面等离子体共振增强n-ZnO/iZnO/MgO/p-GaN异质结发光二极管(LEDs),并对其电学及光学性质进行表征。结果显示:LEDs中引入适当浓度的AgNPs有利于AgNPs局域表面等离子体激元与ZnO激子相耦合,可以显著提高器件的电致发光性能;随着AgNPs浓度的增加,LEDs发光增强倍数先增大后减小,分析认为这是AgNPs局域表面等离子体共振耦合增强过程和AgNPs的消光过程两者之间相互博弈而导致的结果。

Si衬底上ZnSe外延膜的低压MOCVD生长

以硒化氢（H2Se）和二甲基锌为源材料,生长温度是300°C时,用低压金属有机化学气相沉积（LP-MOCVD）系统在Si（111）衬底上外延生长了ZnSe薄膜。通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜的能量色散（EDS）以及光致发光（PL）实验验证ZnSe外延膜的质量。在X射线衍射谱中只有一个强的ZnSe（111）面衍射峰,这说明外延膜是（111）取向的单晶薄膜。在能量色散谱中除了Si,Zn和Se原子外,没有观测到其他原子,说明ZnSe外延膜中杂质含量较少。ZnSe外延膜中Zn/Se原子比接近1,有较好的化学配比。在ZnSe外延膜的77K光致发光谱中没有观测到与深中心发射相关的发光峰,表明ZnSe外延膜的晶格缺陷密度较小。77K时的近带边发射峰447nm在室温时移至465nm附近。