杂原子掺杂的含单空位缺陷BN纳米管的非线性光学性质

采用密度泛函理论(DFT)研究了杂原子M(M=Li,Na,K,Be,Mg,Ca,C和Si)在B/N单空位缺陷处的掺杂对(6,0)BN纳米管体系非线性光学性质的影响.采用B3LYP方法共得到了14种几何构型,并采用BHandHLYP方法计算了这些结构的第一超极化率β0值.研究结果表明,单纯的B或N缺陷几乎不影响BN纳米管体系的非线性光学性质;与B缺陷处掺杂的体系相比,杂原子在N缺陷处的掺杂更有利于提高BN纳米管体系的第一超极化率β0值;对于同周期掺杂原子,还原性越强的原子掺杂对BN纳米管体系的第一超极化率β0值的改善越明显,表现为β0(Ⅰ族)>β0(Ⅱ族)>β0(Ⅳ族);对比同主族掺杂原子,第三周期元素Na和Mg的掺杂能更有效地提高体系的第一超极化率β0值,原因主要在于原子半径和还原性等因素共同决定其对BN纳米管体系第一超极化率β0值的改善程度.本文研究结果为有效提高BN纳米管体系的非线性光学性质提供了一种新思路,为基于BN纳米管的非线性光学材料设计提供了有价值的理论信息.

台阶聚束AlN高温热退火形貌演化研究

本文在具有0.2°至1.0°斜切角的c面蓝宝石衬底上通过金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)生长了台阶聚束表面形貌AlN外延层,并系统研究了高温退火过程中其表面形貌演化规律,且基于第一性原理计算揭示了表面形貌演化背后的物理机制。研究发现,随退火温度逐步升高,AlN外延层台阶边缘首先出现具有六方结构特征的热刻蚀凹坑,随后在台面上形成边缘规则的多边形凹坑,其主要原因是AlN表面台阶边缘处Al-N原子对脱附能量(10.72 eV)小于台面处Al-N原子对脱附能量(12.12 eV)。此外,由于台阶宽度随斜切角增大而变窄,台面处凹坑在扩张过程中易与台阶边缘处凹坑发生合并形成V形边缘,斜切角越大台面上凹坑数量越少。本文阐明了不同斜切角蓝宝石衬底上生长的AlN在高温热退火过程中台阶聚束形貌演变机制,为面内组分调制的AlGaN基高效深紫外LED提供基础。

量子随机数高斯噪声信号发生器

现有的高斯噪声信号发生器都是采用数学计算的方式生成随机数的,这种方式不能实现真正的随机信号,与实际噪声信号不符。本文提出基于量子随机数的高斯噪声信号发生器,通过单光子探测器对选择路径的光子信号的探测作为随机数的来源,实现基于真随机的高斯噪声信号发生器。将得到的随机数经过WGN高斯算法处理得到高斯噪声信号,在FPGA中使用verilog语言实现。对产生的噪声信号进行幅度谱和功率谱分析,结果表明产生的噪声信号幅度值在0~255之间变化,幅度谱服从高斯分布,噪声信号的功率谱在20dB上下均匀波动,服从均匀分布,满足高斯白噪声的特性。与现有的噪声信号发生器相比,基于量子随机数的实现方式,其随机数来源清晰,能够做到真正的随机性,为实现真随机数的高斯噪声信号发生器提供了一种简易的方案。

AlGaN基宽禁带半导体光电材料与器件

AlGaN基材料是带隙可调的直接带隙宽禁带半导体材料,是制备紫外(UV)光电子器件的理想材料。经过数十年的研究,目前已经在异质衬底外延生长AlGaN基材料、高效掺杂等方面取得了巨大进展。以此为基础,AlGaN基紫外光电器件制备领域也得到长足发展。在本综述中,主要介绍了高质量AlGaN基材料的MOCVD外延生长方法、掺杂方法以及近年来在紫外发光、紫外探测器件方面取得的进展。

高温热处理a面AlN表面形貌演变机理

非极性a面AlN(a-AlN)能够从根本上解决极性AlN引起的量子限制斯塔克效应问题,是提升AlGaN发光器件效率的有效途径。但是,非极性AlN生长面临更大的挑战,目前难以实现低缺陷密度、高平整表面的非极性a-AlN。高温热处理是一种提高AlN质量的有效方法,但在热处理过程中,非极性a-AlN的表面形貌演变的物理机理尚不明确,直接影响了a-AlN表面改善与质量提升。本研究通过对a-AlN薄膜在不同条件下进行高温热处理,对样品的表面形貌演变过程进行了表征与分析,并结合第一性原理计算,揭示了高温热处理对非极性a-AlN表面的影响及其物理机理。结果表明,在高温热处理过程中Al、N原子更趋向于从a面与m面分解,而在c面吸附,使得a-AlN样品表面在高温热处理过程中出现了沿c轴方向的高取向性条纹原子台阶形貌,进而提高a-AlN材料质量。本研究为实现高质量非极性a-AlN材料及紫外发光器件提供了重要基础。