外延纳米金刚石膜及其场发射特性

研究了纳米金刚石外延薄膜的制备方法及其场发射特性。采用电泳方法将粒径20nm以下的纳米金刚石微晶沉积到Ti电极衬底上,用热丝CVD方法在纳米金刚石微晶薄膜上再外延生长一层含非晶碳金刚石薄膜。用Raman光谱研究了外延纳米金刚石薄膜的结构并在高真空条件下研究了其场发射特性。

干法刻蚀和湿法刻蚀制备硅微尖的比较

主要研究了用干法刻蚀和各向同性湿法刻蚀的方法在〈１００〉晶面和〈１１１〉晶面的单晶硅衬底上制备硅微尖．结果表明干法刻蚀和〈１１１〉晶面的硅衬底各向同性湿法腐蚀容易制备出顶端曲率半径比较小的硅微尖，通过实验。

碳纳米带的合成及场致电子发射

介绍了液相合成的碳纳米带的场致电子发射特性,探索其在场发射中的应用。碳纳米带的合成采用电化学液相合成的方法在硅衬底上制备而成。通过扫描电镜和Raman光谱对碳纳米带的结构进行了分析。场发射特性测试结果表明,碳纳米带膜的场发射阈值电场为2.5V/μm。研究表明碳纳米带具有一些独到的特点,也非常适合场发射显示用冷阴极的制备。研究纳米石墨带薄膜的场发射特性对其在场发射显示器件和其他真空微电子器件中的应用有重要的意义。

纳米石墨晶薄膜的场发射特性

研究了纳米石墨晶的场发射特性。介绍了纳米石墨晶薄膜的制备方法,通过扫描电镜和Raman光谱对纳米石墨晶的结构进行了分析。场发射特性测试表明纳米石墨晶薄膜的场发射阈值电场为1.8V/μm。根据实验结果计算出纳米石墨晶的有效功函数在0.75～1.62eV之间。研究表明纳米石墨晶薄膜具有一些独到的特点,也非常适合场发射显示用冷阴极的制备。

多孔硅湿敏电容感湿机理的研究

多孔硅湿敏电容感湿机理的研究王维彪，金长春，王永珍（中国科学院长春物理所长春１３００２１）关键词多孔硅；电容；湿敏元件；机理中图分类号ＴＰ２１２．２随着电子技术的发展，湿敏传感器的应用越来越广泛，对推广应用电子技术实现自动控制、确保生产安全和改善设备...

光子晶体光纤的原理和应用

对新材料的探索一直是人类的奋斗目标和进步手段。光子晶体是 80年代末提出的新概念和新材料。用光子晶体做成的器件可以如人所愿地控制光子的流动 ,就像半导体中的电子一样。由于光子晶体的特点决定了其优越性能 ,因此具有广阔的应用前景。本文介绍了光子晶体中的一种重要器件———光子晶体光纤的基本原理、模式特性和色散特性以及目前的研究状况等。

一步湿法化学刻蚀硅微尖冷阴极

主要研究了湿法化学刻蚀硅微尖．采用各向同性腐蚀的方法在〈１１１〉晶面和〈１００〉晶面的单晶硅衬底上制备了硅微尖．实验结果表明〈１１１〉晶面的硅衬底上容易制备顶端曲率半径比较小的硅微尖．通过实验，调整了腐蚀剂的组成。

非线性一维光子晶体光开关与光双稳

设计和制备了ZnS/ZnSe叠层共 2 0个周期的非线性一维光子晶体光开关与光双稳器件 理论模拟了波长 5 14 .5nm的氩离子激光 ,在阈值功率密度 1.0× 10 5W/cm2 下 ,完全移出光子禁带 ,实现了光开关 同一器件也可作为光学双稳器件 ,实验测出其阈值功率密度为 1.38× 10 5W/cm2 ,双稳开关时间为 10 0ps

空间调制微型傅里叶变换红外光谱仪研究

针对目前环境、医疗、空间、气象、军事及安全等领域对傅里叶变换红外光谱仪微小型化、轻量化及固态化的迫切需求,提出并研究了一种以MOEMS多级微反射镜为核心器件的空间调制微型傅里叶变换红外光谱仪。在理论研究方面,建立了空间调制微型傅里叶变换红外光谱仪的物理模型,探究了该系统的光场分割与空间采样的光学原理;分析了多级微反射镜的衍射效应,提出了一种通过补边抑制衍射噪声抑制方法;进行了多级微反射镜采样误差的分析,并提出了基于最小二乘拟合的修正算法;通过对光源空间相干性、准直系统像差以及入射光场均匀性的分析,确定了光学系统的总体设计指标;通过对多级微反射镜基片加工精度、分束器材料色散特性和膜层透射效率等的计算分析,确定了干涉系统的设计方法与技术参数。在核心技术方面,提出了两个多级微反射镜的3种制作方法,分析了制作误差的来源及对系统性能的影响。通过工艺设计及实验条件探索,分别采用电铸法、真空镀膜法以及斜面倾角叠片法制作了两个多级微反射镜。在系统设计方面,进行了红外准直与缩束系统的光学设计,对整体光机系统进行了建模仿真,分析了杂散光噪声的来源。在图谱处理方面,利用过零采样方式,通过图像分割算法,获取了干涉图采样序列;通过对干涉图序列的插值、补零、延拓与卷积方法,完成了光谱相位误差的校正;通过离散傅里叶变换解调,实现了由干涉图像到信号光谱的数据反演。最后研究了系统光机整体的集成组装技术,并对原理样机进行了实验测试。本文研制的空间调制微型傅里叶变换红外光谱仪的特点在于:取消了动镜驱动机构与采样控制机构,具有微小型与轻量化的特点;干涉图的采样由多级微反射镜完成,其空间采样的方式增加了系统的稳定性与可靠性,实时采样的特点增加了系统的快速性与有效性;多级微反射镜阵列采用MOEMS工艺技术制作,增加了系统的采样精度。该光谱仪系统的结构及制作方法具有自主知识产权,并具有广阔的应用前景。

二维点缺陷正方光子晶体的微腔结构

通过平面波展开法对由Al2O3介质棒在空气背景介质中构成含有点缺陷的二维正方光子晶体微腔结构进行研究，计算得出缺陷态能带以及缺陷态模场分布。缺陷模对应的电磁波波长为470—476nm。对该微腔结构的品质因数的求解，得出缺陷态光谱曲线。在光谱曲线中，随着传输波长的增大，将产生几个峰值，并且在475nm处的波动最为明显，反映出在475nm附近的电磁波段在缺陷处的光强较大。进一步利用全矢量等效折射率法研究该结构缺陷模频率的稳定性，得出等效折射率的变化曲线。从等效折射率变化曲线可以看出，当传输波长达到475nm时，该结构已经达到稳定传输的区域。含缺陷模的二维光子晶体微腔结构在光子晶体发光二极管以及高阈值半导体激光器等方面有着重要的应用价值。

光电探测系统噪声特性研究与降噪设计

本文介绍了一种基于光电倍增管的锁相放大光电探测系统,并定量地对系统中光电倍增管、放大电路、高压电源的噪声特性进行研究,发现高压电源的纹波对系统噪声的影响很大。实验利用三台不同纹波的高压电源测试系统噪声,发现在无光条件下,系统噪声以光电倍增管暗噪声为主,高压纹波噪声近似线性地耦合进系统噪声中;在有光条件下,系统噪声以阳极电流散粒噪声为主,高压纹波贡献的噪声既随光电流增大而增大也与高压纹波正相关。基于以上研究,分析了高压电源的传递函数并优化反馈系数,设计了高稳定低纹波高压电源,高压纹波小于5 mV。系统整机信噪比测试表明,使用自研高压可显著提升系统信噪比,相比较于其他高压电源(纹波15 mV,50 mV),最大信号下分别提升了38%和125%。

液晶调制光子晶体微腔光衰减器

设计了一种二维液晶调制光子晶体微腔光衰减器。两条二维三角晶格空气孔光子晶体波导由一个光子晶体微腔连接,在微腔的点缺陷中填充苯乙炔类液晶。通过施加不同电压,电场诱导液晶取向以改变液晶的折射率,从而改变光子晶体微腔的谐振波长,进而实现光传播强度调节。运用时域有限差分方法和平面波展开法分析了二维液晶调制光子晶体微腔光衰减器的光学特性。数值计算结果表明:对于1.55μm通信波段,通过外界电场控制所填充的向列相液晶的方向可以对这种二维液晶调制光子晶体微腔光衰减器实现3.40%～99.58%的可调谐光输出。

金刚石/银复合材料:制备、电泳沉积及场发射性能研究

采用化学镀银的方法,制备了银包覆的金刚石复合材料,并利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)和拉曼(Raman)光谱对样品的形貌和微结构进行了表征。利用电泳沉积的方法,制备了均匀的金刚石/银复合材料薄膜,场发射测试结果表明,在22 V/μm的电场下,金刚石/银复合材料的发射电流密度可达23.7μA/cm2;而在26 V/μm的电场下,高压金刚石薄膜的发射电流密度仅为0.2μA/cm2。与高压金刚石薄膜的场发射结果相比,金刚石/银复合材料的场发射性能有明显的提高。银的存在使银与金刚石界面处形成电子发射区,在外加电场作用下,该区域电子优先隧穿表面势垒逸出到真空,形成场致电子发射。

一种新的制备ZnO纳米粒子的方法——阴极电沉积法

用阴极电沉积法制备高质量ZnO纳米薄膜,电沉积采用含有不同浓度的ZnCl2的非水二甲基亚砜溶液做电解液,室温下恒流沉积,得到纳米ZnO薄膜。研究了ZnCl2浓度对薄膜结构和光学性质的影响。沉积薄膜的ZnO粒径尺寸分别为9 8,10 4,14 5nm,随着ZnCl2浓度的增加而增大。薄膜的可见光致发光谱以紫外的自由激子发射为主。研究表明:以浓度为0 03mol/L的ZnCl2电解液制备的ZnO薄膜光学性质最好。

二维硅薄膜光子晶体波导的设计及制作

为了制作可用于通信波段的二维硅光子晶体波导,研究了光子晶体波导的设计方法及制作工艺。应用平面波展开法计算了两种空气孔型光子晶体结构的TE波禁带,经筛选采用了三角晶格空气孔结构。同样利用平面波展开法计算了引入缺陷后二维三角晶格空气孔型光子晶体波导结构的TE波禁带,经对比发现归一化频率为0.295 7的缺陷态最适宜用来制备光子晶体波导,并据此设计了用于1.55μm波长的二维三角晶格空气孔型光子晶体波导,其晶格周期为458nm,空气孔直径为339 nm。对设计的结构参数进行了容差计算,结果表明误差在-3.95~5.65 nm方能满足设计要求。最后使用聚焦离子束刻蚀工艺,制作了所设计的波导结构,并进行了测试。测试结果表明,样品实际晶格周期为463nm,空气孔直径为344 nm,比设计值大5 nm,在容差允许范围内,满足设计要求。

LED阵列的设计和制作工艺研究

根据Al GaInP外延片的结构特点设计了LED型微显示器件的主要结构。利用Markus-Christian Amann等人提出的模型对器件电流注入后的空间分布进行了简单的理论分析,总结出了像素元和上隔离沟槽的理想尺寸分别是16μm×16μm和2μm。简述了减薄GaAs衬底的作用,设计衬底电隔离沟槽宽度为5μm。采用湿法腐蚀工艺进行器件结构制备,利用不同的腐蚀剂对金属层、p-GaP层、Al GaInP层和n-GaAs衬底层进行腐蚀。实验结果表明,腐蚀后的沟槽形貌较好,其深度和宽度可以达到设计要求。

基于一维光子晶体带隙反射的YAG激光防护镜

设计并制备了一种以磷酸盐玻璃为衬底的一维光子晶体YAG激光防护镜。其中一维光子晶体的带隙反射 1 .0 6 μm波长的光 (透射率低达 1 0 - 7) ,加上磷酸盐玻璃对 1 .0 6 μm波长光的强吸收作用 (透射率约1 % ) ,使该防护镜足以防护全方位入射的、脉冲能量密度 1J cm2 以下的ns 脉冲YAG激光对人眼的伤害 ,而器件对可见光的透射率高达 70 %以上 ,而且可以避免反射光对他人的二次反射伤害。

像素分割对LED电流密度及光照度分布的影响

将300μm×300μm LED芯片阵列化为间隔为20μm的3×3个80μm×80μm的子单元,阵列化后,总饱和光输出功率是未阵列化前的5.19倍,最大注入电流提高近7倍,表明阵列可以注入更大的电流和输出更高的饱和光功率。此外,采用多颗阵列化后的LED芯片形成的芯片组照明,得知芯片组间距为最大平坦条件dmax时,接收面上照度均匀性最佳;芯片组数越多,接收面上均匀照度的面积越大。同时,9颗300μm×300μm的芯片阵列化为9个80μm×80μm LED芯片后,以dmax排列照明相对于9颗未阵列化的300μm×300μm芯片以dmax排列照明时,接收面上的光照度均匀性不变,照度值提高了3倍。

二维金属型光子晶体带隙研究

考虑金属的色散特性,运用时域有限差分方法计算了分别由Ag、A l两种金属构成的三角晶格二维金属型光子晶体的带隙结构,得出了带隙结构与填充率的关系曲线。以Ag填充率为0.6为例,三角晶格的第一带隙归一化频率的上限为0.90,第二带隙的范围为1.24～1.41;正方晶格第一带隙归一化频率的上限为0.70,第二带隙的范围为0.84～1.06。研究结果表明三角晶格金属光子晶体相对正方晶格具有更宽阔的第一带隙和中心频率更高的第二带隙。

硅纳米线阵列的光学特性

在常温常压条件下,采用改进的金属催化化学腐蚀方法在n型单晶硅片（100）上制备了大面积垂直于硅衬底、直径均匀、排列整齐的硅纳米线阵列。分析了样品的表面形貌和反射谱,纳米线直径为1050 nm。在腐蚀时间分别为15,30,60 m in时,纳米线长度分别为9,17,34μm。样品的减反射性能优异,在3001 000nm波段,得到了2.4%的反射率。初步分析了纳米线阵列的减反射机制和不同腐蚀时间样品的反射率差异。