硅基低维红外探测薄膜材料的研究概况

Si基探测器与硅读出电路的单片集成不仅使光电芯片在性能上得到重要改善,还可极大地降低成本。在对量子阱、量子点原理描述的基础上,综述了它们应用于薄膜红外探测材料的研究进展,提出了近期工作的重点。

离子注入诱导硅材料发光的研究进展

阐述了采用离子注入技术在硅晶体(Si)中形成缺陷的发光机制,综述了离子注入诱导硅材料发光的研究进展,包括稀土离子掺入硅晶体形成稀土杂质中心发光,Ⅳ族元素C、Ge离子注入Si/SiO2形成等离子缺陷中心发光,以及B、S、P等常规离子注入硅晶体的缺陷发光,其中重点介绍了Si离子自注入诱导硅材料发光的研究现状,最后展望了硅基材料发光的未来发展。

外延GaNAs薄膜价带分裂随温度变化的研究

利用分子束外延(MBE)技术在GaAs(001)衬底上生长了GaN0.01As0.99薄膜,然后使用光调制反射(PR)光谱研究了薄膜的光学性质和能带结构。PR光谱实验表明GaN0.01As0.99/GaAs薄膜价带在Γ点发生轻、重空穴分裂,且分裂的轻、重空穴带到导带边的2个跃迁峰随着温度的升高均发生红移。采用Varshni法则、Bose-Einstein关系和BAC模型分别对轻、重空穴的能隙分裂和红移特征进行了拟合。分析结果表明,随着温度的升高,Ga-NAs外延层与GaAs衬底间晶格失配的减少可能是导致应变能和价带分裂能量减少的主要因素。

Ge/Si量子点生长的研究进展

回顾了近年来在Ge/Si量子点生长方面的研究进展。主要讨论了为了提高量子点空间分布有序性、增大量子点的密度、减小量子点的尺寸及改善其分布均匀性而采取的各种方法,如图形衬底辅助生长、表面原子掺杂及利用超薄SiO2层辅助生长等,以及Ge量子点的演变及组分变化。

利用第一性原理研究Ge∶Si电子结构与光学性质

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法和广义梯度近似,计算了掺杂Ge前后单晶Si中Si-Ge键的布居值、键长以及能带结构和态密度。计算结果表明,Ge掺杂后体系晶格常数发生变化,Ge-Si键变长,布居值及带隙宽度减小。还进一步研究了掺杂Ge后的光学性质,掺杂后静态介电常数值与纯Si相比有所增大,且吸收带宽变窄、吸收带边明显红移,并对这些掺杂诱导的材料物性变化进行了解释。

硅离子注入SOI晶片中发光研究

本文报道了通过500 keV从1013cm-2到3×1014cm-2的不同剂量的28Si离子自注入技术,结合不同温区退火,在SOI晶片中引入一系列发光中心(X,W,R,D4,D3,D2和D1中心)研究。采用光致发光测量表征,分别研究了退火温度、注入剂量以及测试温度对样品光学性质的影响。研究发现,W线的最佳退火温度大约为275℃,注入剂量为1013cm-2量级;R线发光强度最大时需要的注入剂量为3×1013cm-2,退火温度为700℃;与体Si晶体不同,离子注入SOI晶片内仅在275℃的低温退火3 min,在1013cm-2小剂量样品的PL谱中也观察到D1和D2带。本研究结果为硅基红外光电器件的探索奠定了基础。

Si(001)-p(2×2)表面原子结构与电子态的第一性原理研究

采用基于第一性原理的密度泛函方法对Si(001)-p(2×2)表面的原子结构和电子态进行了系统的研究。计算采用的是含有8个Si原子层的超晶胞结构,且电子态是由Si(001)-p(2×2)表面的优化结构分析所得。计算结果表明表面形成了非对称二聚体,近表面几层原子发生相应的弛豫现象。由于表面原子的配位环境发生变化,表面原子的电荷分布也发生了变化。通过对比,得到了与实验结果一致的计算结果。

本征和Al3＋掺杂ZnO薄膜的特性研究

采用溶胶-凝胶方法在载玻片衬底上制备了本征及不同Al3+掺杂浓度的ZnO:Al薄膜,利用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜,紫外-可见光吸收光谱及霍尔效应研究了Al3+掺杂浓度对ZnO:Al薄膜结构和光电性能的影响。结果显示,ZnO:Al薄膜为六角纤锌矿晶体结构,具有很高的沿c轴的(002)择优取向,Al3+掺杂并没有改变ZnO的晶体结构,只是Al取代了Zn;掺杂前后薄膜样品均在ZnO带边吸收的位置有较强的吸收而在可见光范围吸收较小;并且当Al3+掺杂浓度为1.5%(摩尔百分比)时所获得的ZnO:Al薄膜具有最小的电阻率,为26Ωcm。

Si_3P_4和Ge_3P_4电子结构及光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的广义梯度近似(GGA),计算了赝立方结构的Si3P4和Ge3P4的基态稳定结构,以及它们的电子结构和光学性质。计算结果表明:Si3P4和Ge3P4均为间接带隙半导体,Si-P键及Ge-P键成键方式为共价键;Si3P4和Ge3P4均具有较大的静态介电常数;两者相比较而言,Ge3P4的反射率、折射率及吸收系数在数值上更大。从Si3P4和Ge3P4的能量损失函数中可知仅有外层电子参与了光学跃迁。计算结果为这两种材料的潜在应用提供了理论依据。

硅缺陷发光的研究概况

硅发光器件与硅读出电路的单片集成是实现全硅光电子集成的关键,因此Si基发光材料的研究极为重要。本文重点对各类硅缺陷的发光进行了综述,并介绍了它们应用于发光器件的研究进展。

Ge在Si(100)-2×1表面化学吸附的第一性原理研究

应用密度泛函理论,构造了具有非对称二聚体结构的Si(100)-2×1重构表面,在系统研究了其表面结构及特性的基础上,计算了Ge在不同吸附位置的表面吸附能,以及吸附前后的表面投影态密度。计算结果表明:Ge原子在基位(pedestal)吸附最稳定。另外,在吸附Ge原子之后,我们得到了一个具有完整对称性的特殊Si原子二聚体结构。此结构中相邻的两个二聚体链互相平行且分别与Si表面平行,每对二聚体Si原子呈对称分布。

SiGe∶H薄膜太阳能电池研究进展

针对氢化非晶硅(a-Si∶H)薄膜太阳能电池在发展过程中所面临的问题,阐述了氢化硅锗(SiGe∶H)薄膜在太阳能电池制备方面的优越性及其最新研究进展,总结了提高SiGe∶H薄膜太阳能电池效率的几种方法,着重介绍了叠层太阳能电池内部运行机理,分析了影响叠层太阳能电池转换效率的因素,最后对SiGe∶H薄膜材料在太阳能电池领域的应用前景以及一些亟待解决的问题进行了展望。

自填隙原子对Si晶体性能影响的研究

运用第一性原理的超软赝势方法研究了Si晶体中自填隙形成的多种缺陷对体Si电子结构和光学性质的影响。理论计算表明,缺陷使体Si材料的晶格常数、体积、电学和光学性质等产生了不同程度的改变,空位缺陷导致Si晶体材料吸收光谱红移。

斜切衬底自组装模板形成机制及生长有序量子点的研究进展

在斜切基片表面上引入原子台阶并对物理表面进行改性,可提高表面吸附原子的成核率及抑制量子点的合并,实现三维量子点在Stranski-Krastanov(S-K)模式生长的调控生长。概述了斜切基片法在Si衬底上生长有序量子点的研究进展;介绍了斜切基片作为图形衬底生长有序量子点的应用。叙述了斜切基片产生台面、台阶和扭结的图形衬底结构机制及影响因素,探讨了台阶模板形成机制及台阶模板上生长量子点的研究进展。

红外探测器集成OLED的光上转换器研究进展

红外探测器集成OLED的光上转换器不仅可以结合红外探测器(PD)和有机发光二极管(OLED)的优势,提高转换效率,降低生产成本,而且可以实现红外光信号到可见光影像的转换,有广阔的应用前景。阐述了PDOLED光上转换器的基本原理,综述了光上转换器的研究现状,分析了影响转换效率的主要因素,并对其中的一个重要因素——中间界面的常用结构和作用机理的最新研究成果进行了重要归纳,随后介绍了该类杂化器件在探测成像方面的应用进展,最后提出了PD-OLED光上转换器的发展方向并对其应用前景进行了展望。

Ge纳米粒子制备技术的研究进展

Ge纳米粒子由于其小尺寸特性而展现出的良好的光学性能吸引着人们对其不断进行深入探索。综述了Ge纳米粒子的物理和化学制备技术,如分子束外延、氢化物还原锗盐等,并对Ge纳米粒子有代表性的光学特性进行了概述,最后展望了Ge纳米粒子的未来发展方向。

半导体量子点集成有机发光二极管的光光转换器进展

介绍的光光转换器是新型红外光-可见光转换器件,红外光产生的光生载流子直接注入有机发光二极管产生可见光。以半导体红外探测与有机发光器件单片集成的光光转换器,直接实现了红外光到可见光的集成转换,在红外凝视技术中有极大的应用潜力。综述了无机红外探测与有机发光的光-光转换器的研究进展。

两步法溅射中缓冲层厚度对Ge薄膜质量的影响

采用低温缓冲层技术制备Ge薄膜,利用AFM和Raman光谱研究缓冲层厚度对低温Ge缓冲层残余应变弛豫的影响。实验结果显示:随着缓冲层厚度的增加,残余应变弛豫度增大。在30 nm厚的低温Ge缓冲层上生长800nm厚的Ge外延层。Ge薄膜具有良好的结晶性,表面粗糙度RMS为2.06 nm。

锰氧化物薄膜激光能量计的信号读出电路系统研制

利用MS-51系列单片机,设计和研制了专用于基于钙钛矿锰氧化物薄膜激光感生热电电压效应的激光能量计的信号读出电路系统,采用三位发光二极管(LED)数码显示器记录激光能量/功率。使用出射波长为248nm和308nm准分子激光器测试表明:输出能量和LED记录结果存在较为优良的线性关系。

绝缘层上Si/应变Si_(1-x)Ge_x/Si异质结p-MOSFET电学特性二维数值分析

对绝缘层上Si/应变Si1-xGex/Si异质结p-MOSFET电学特性进行二维数值分析,研究了该器件的阈值电压特性、转移特性、输出特性.模拟结果表明,随着应变Si1-xGex沟道层中的Ge组分增大,器件的阈值电压向正方向偏移,转移特性增强;当偏置条件一定时,漏源电流的增长幅度随着Ge组分的增大而减小;器件的输出特性呈现出较为明显的扭结现象.