半导体氮化铟(InN)的晶格振动

本文总结了新型半导体InN薄膜晶格振动研究的现状，主要为Raman散射光谱及部分红外光谱的研究结果。重点内容为InN(包括六方纤锌矿结构和立方闪锌矿结构)的布里渊区中心(Γ点)声子结构、电子激发态(等离子激元)与纵光学声子耦合、无序化激发模和晶格振动模的温度、应力效应等，也涉及部分和InN有关的氮化物合金以及超晶格、量子阱和量子点等结构的晶格振动研究。同时对相关材料和结构的Raman光谱研究作了一些展望。     

ZnSe/ZnS/L-Cys核壳结构量子点光声与表面光伏特性

ZnSe量子点光电子特性的研究对于其微观电子结构探测和应用领域的扩展具有重要的意义.本文结合表面光伏与光声技术以及激光Raman研究了不同回流温度下制备L-半胱氨酸(L-Cys)为配体核壳结构ZnSe量子点的微结构和光声与表面光伏特性.结果发现,具有n-型光伏特性的ZnSe量子点在近紫外到可见光范围内展示出优良的表面光伏性质.尤其在波长为350-550 nm范围内光子能量绝大部分用于产生表面光伏效应,而不是用于无辐射跃迁导致的晶格热振动,同时证实了光声与表面光伏效应之间的能量互补关系.实验指认ZnSe量子点在300-350 nm短波区域出现的光声信号和在1120,1340和1455 cm~(-1)高频区域出现的Raman峰与配体L-Cys的多声子振动模式密切相关.实验结果表明,随着回流温度的降低,ZnSe量子点的平均粒径有减小趋势,这在改善样品的表面效应和小尺寸效应的同时,有利于提高核壳结构ZnSe量子点的光伏转换效率.     

P3_121(D_3~4)空间群晶体的Raman谱研究(Ⅰ) 二元系压电晶体用Al_(1—x)Ga_xPO_4的Raman谱

测得了二元系压电晶体磷酸铝镓Al_(1-x)Ga_xPO_4(x=0.12)的Raman谱,与α-ALPO_4晶体的Raman谱相比,声子频率的红移多于蓝移;E类振动的TO和LO模的劈裂明显减少,依据晶格动力学的观点解释了这些特点。     

高压合成立方氮化硼的振动光谱

 本文利用FT-IR和Raman光谱对用不同触媒高压合成的不同颜色立方氮化硼晶格振动的声子吸收和散射进行了研究。获得了较完整的晶格振动信息，并在1 000~1 300 cm^-1范围内，观测到了3个新的振动谱带，其中一个位于1 089 cm^-1， 归属为体TO声子和表面TO声子组合带，另两条513、801 cm^-1推测为杂质诱发吸收带。     

P3121(D34)空间群晶体的Raman谱研究(Ⅰ)——二元系压电晶体用Al1-xGaxPO4的Raman谱

测得了二元系压电晶体磷酸铝镓Al_1-xGa_xPO₄(x=0.12)的Raman谱,与α-ALPO₄晶体的Raman谱相比,声子频率的红移多于蓝移;E类振动的TO和LO模的劈裂明显减少,依据晶格动力学的观点解释了这些特点。 关键词：     

MOCVD生长的InN薄膜中In分凝现象

利用金属有机物化学气相淀积(MOCVD)方法不同生长条件下在c面蓝宝石衬底上制备了InN薄膜,通过不同的物理表征手段研究了InN薄膜的物理性质,结果表明:合适的生长温度可以抑制InN薄膜表面分凝现象。研究认为较低的生长温度使作为N源的NH3分解率较低,In—N的成键可能性小,导致In在表面聚集出现分凝;而较高生长温度时,InN薄膜中In—N键能较小,易发生断裂,反应活性较强的N和H原子逸离薄膜表面,In滞留在薄膜表面也导致In分凝现象的出现。相对于表面分凝的样品,未出现表面分凝的样品的薄膜晶体质量和表面形貌也得到了提高。同时,通过Raman散射谱研究了晶格振动E2声子模的应力效应。     

石墨烯对ZnO微米棒光学特性的影响

采用化学气相沉积(CVD)方法制备了具有良好结晶质量和(002)择优取向的ZnO微米棒。在此基础上,选取单根ZnO微米棒,将其部分搁置于单层石墨烯表面。光致发光(PL)谱结果表明,石墨烯不仅增强了ZnO微米棒的紫外发光强度,同时也对光场在ZnO微米棒中的分布有很大的限域作用。分析认为这是由于石墨烯的表面等离子效应引起了ZnO微米棒与石墨烯之间的光-物质相互作用导致的。在拉曼(Raman)光谱中,石墨烯对ZnO微米棒的E2(L)声子振动模和E2(H)声子振动模的强度具有明显的减弱效应,这进一步证明二者之间存在光子的传输和电荷的转移,从而导致其晶格振动受到抑制。     

P型半导体氧化锌薄膜的Raman光谱研究

本文主要对超声喷雾热解方法生长在本征Si衬底上的N－In共掺的p型ZnO薄膜的Raman光谱进行了研究。通过洛仑兹(Lorentz)模型和等离子激元与纵光学声子耦合模理论模型拟合不同浓度下的室温Raman光谱, 我们对样品的Raman峰进行了指认; 同时也得到了样品的空穴浓度和迁移率, 结果和霍耳测量得到的空穴浓度和迁移率符合的较好, 证明了霍耳测量p型ZnO薄膜得到的电学参数是可信的。随后我们又对不同浓度的p型ZnO薄膜的变温Raman光谱进行研究,运用一个详细的模型(考虑了晶格热膨胀、残余应力、和三声子、四声子衰变)描述不同浓度下各个样品Raman光谱中的等离子激元与纵光学声子耦合模随温度变化的情况。分析拟合参数, 可以清楚地了解随着浓度的增加耦合模参数随温度的衰变行为。     

(Cu,Al)掺杂ZnO薄膜表面处缺陷的拉曼光谱研究

采用电感耦合等离子体增强物理气相沉积法制备了(Cu,Al)掺杂ZnO薄膜,超导量子干涉磁强计测试结果表明,薄膜具有室温的铁磁性。采用激光共聚焦拉曼(Raman)光谱研究了(Cu,Al)掺杂ZnO薄膜的表面特性,以两种处理方式对薄膜进行了Raman光谱测试:共聚焦模式从薄膜表面开始至不同深度处进行测试;对薄膜样品进行预处理加工,采用面扫描模式在薄膜平面对(Cu,Al)掺杂ZnO薄膜的斜面进行测试。分析了Raman光谱A₁(LO)峰的中心位置和强度变化,结果表明,界面处晶格应力和缺陷明显增强。这些晶格畸变和点缺陷的存在会对体系的铁磁性有促进作用。     

InN量子点的液滴外延及物性表征

由于1. 55μm波段广泛应用于通信领域,为了探索不同生长温度对InN量子点的形貌影响,并且实现自组装InN量子点在1. 55μm通信波段的发光,对InN量子点的液滴外延及物性进行了相关研究。首先利用射频等离子体辅助分子束外延(PA-MBE)技术在GaN模板上,采用液滴外延方法在3种温度下生长了InN量子点结构。生长过程中靠反射高能电子衍射(RHEED)对样品进行原位监控。原子力显微镜(AFM)表征结果表明随着生长温度升高,量子点尺寸变大,密度减小。在生长温度350℃和400℃下,观测到了量子点;当温度高于450℃时,未观测到InN量子点。当生长温度为400℃时,量子点形貌最好,密度为6×10~8/cm~2,对400℃下生长的InN量子点进行了变温PL测试,成功得到InN量子点在1. 55μm波段附近的光致发光,并且随着测试温度的升高,量子点的发光峰位发生了先红移后蓝移最后又红移的S型曲线变化,这种量子点有望在未来应用于量子通信领域。     

强耦合的动力学Jahn-Teller效应理论

本文讨论了强耦合情况的、即电子的静态畸变能量大于晶格或分子振动量子能量的情况的动力学Jahn-Teller效应。我们发展了一种适用于强耦合情况的微扰方法,在其中将本征值及本征函数依照电子振动耦合系数的倒数或振动量子能量与静态畸变能量之比展开成幂级数,具体讨论了O_h点群中的Г₈态,求得了电子振动能级。区别于弱耦合情况的特点主要在于:1)虽然并不发生静态畸变,但是振动模的简并性及频谱却都发生了变化;2)如果与电子相耦合的振动模是“调谐”的,则电子及晶格振动的集体运动模将出现,这个理论能被用来解释Weinstock等人所做的关于TcF₆及ReF₆的红外光谱以及Raman光谱的实验结果。     

MOCVD-GaxIn1-xAsyP1-y/InPDBR结构的晶格振动

利用微区Raman散射技术研究了MOCVD-Ga_xIn_1-xAs_yP_1-y/InPDBRs结构的晶格振动。在InP衬底上生长的与InP晶格匹配的四元合金Ga_0.4In_0.6As_0.85P_0.15中包含三种主要的振动模式,分别归属于类InAs、类GaAs和类GaInP。随着Ga_0.4In_0.6As_0.85P_0.15与InP交替生长构成的DBRs结构周期数增加,Raman散射谱中三种振动模式的谱线线型发生明显变化,类InAs振动强度不变,谱线窄化,峰值位置向低频方向移动,类GaAs和类GaInP振动强度逐渐减弱。同时类InAs与类GaAs振动强度比增大。Raman散射研究中声子的限制效应表明多层结构生长过程中界面存在非完整晶态。     

纳米磷化镓粉体中混杂石墨和金刚石微晶的拉曼光谱分析

利用Raman光谱并结合能量色散X射线显微分析(EDX)和X射线衍射图谱(XRD)对混杂于纳米磷化镓粉体内的石墨和金刚石纳米微晶进行了分析。结果表明,在纳米GaP粉体Raman光谱中,位于1324 cm-1和1572 cm-1的两个宽强散射谱带分别归属于金刚石的F2g模和石墨的E2g模振动。EDX结果证实纳米GaP粉体材料中含有碳元素。XRD图谱中出现了石墨和金刚石的低晶面指数衍射峰。     

脉冲功率对含硅量子点SiCx薄膜物相结构及光谱特性的影响

基于硅量子点（Si-QDs）的全硅叠层太阳电池被认为是最有潜质的高效太阳电池之一。目前所报道的硅量子点薄膜存在硅量子点数密度低、缺陷多等问题,限制了硅量子点太阳电池的光电转换效率。微波退火(microwave annealing, MWA)被认为是一种有益于制备纳米结构材料的方法。微波退火的非热效应可以降低形核能,改善薄膜的微结构和光电性能。因此,采用磁控共溅射技术并结合微波退火工艺,在不同的脉冲功率下制备了含硅量子点SiC_x薄膜;采用掠入射X射线衍射(GIXRD)、拉曼(Raman)光谱、紫外-可见-近红外分光光度计和光致发光(PL)光谱表征薄膜的物相结构及光谱特性;研究不同脉冲功率对硅量子点数密度和性能的影响,进而改进磁控共溅射工艺,制备硅量子点数密度较高和性能良好的薄膜。样品的GIXRD谱和Raman谱均显示其中存在硅量子点,其强度先增大后减小;通过谢乐(Scherrer)公式估算出硅量子点尺寸呈现先增大后减小的规律,脉冲功率为80 W时尺寸达到最大(8.0 nm）。在Raman光谱中还观察到中心位于511 cm-1处出现硅量子点Si-Si横向光学振动模式的拉曼峰,其强度也呈现先增大后减小的趋势;对拉曼光谱做最佳高斯(Gauss)分峰拟合,得出薄膜的晶化率均高于62.58%,脉冲功率为80 W时制备的薄膜具有最高的晶化率(79.29%)。上述分析表明薄膜中均有硅量子点的形成,且数量先增加后减小,脉冲功率为80 W时硅量子点数量最多。通过测量样品的透射率T、反射率R等光学参数,利用Tauc公式估算出薄膜的光学带隙,发现带隙值随溅射功率的增加先减小后增大,在脉冲功率为80 W时最小(1.72 eV)。硅量子点尺寸与光学带隙成反比,说明薄膜中的硅量子点具有良好的量子尺寸效应。通过PL光谱分析样品的发光特性,对其做最佳高斯拟合,发现样品中均有6个发光峰。结合Raman光谱的分析结果,可以得出波长位于463~624 nm的发光峰源于硅量子点的作用;而波长位于408和430 nm的发光峰则源于薄膜内部的缺陷态,峰位没有偏移,但强度有变化。根据发光峰对应的波长可计算其能带分布,从而确定缺陷态类型：408 nm的发光峰归因于≡Si°→E_v电子辐射跃迁,430 nm的发光峰则归因于≡Si°→≡Si-Si≡的缺陷态发光。还研究了硅量子点的尺寸对发光峰移动的影响。结果表明,随硅量子点尺寸变小（大）,发光峰蓝移（红移）。综上,溅射功率为80 W时制备的含硅量子点SiC_x薄膜性能最佳。研究结果为硅量子点太阳电池的后续研究奠定了基础。     

一维晶格振动声子谱的全量子理论和"不变量本征算符"方法

建立一维晶格振动声子谱的全量子理论,其哈密顿量是自动包含了Born-von-Karmann边界条件的环链量子哈密顿量,然后用不变本征算符方法简捷地求出其声子谱.     

分子束外延n-GaAs/SI-GaAs薄膜材料的拉曼光谱研究

用分子束外延(MBE)技术, 在GaAs(100)衬底上生长了不同Si掺杂浓度（从1016 cm-3到1018 cm-3）的n-GaAs薄膜。通过在室温下拉曼光谱的测量对n-GaAs薄膜的谱形进行了分析,拉曼位移出现了明显的移动,光学横模TO峰相对的增强,光学纵模LO峰相对的减弱。文章分析了原因这是由于Si掺杂浓度不断的提高,致使界面失配位错不断地提高造成的,内部应力也在不断的增大,原来的晶格振动平衡被破坏,四价Si替代了三价Ga致使谱线移动。并且由于横声子模具有Raman活性,横声子模被相对的增强了。实验结果与理论是互相吻合的。     

在醋酸纤维素薄膜中四苯基卟吩的零声子线和局域模

测量了酸醋纤维素(cellulose acetate)薄膜中四苯基卟吩(α,β,γ,δ-tetraphenyporphin,即TPP)的吸收光谱。分析了Gauss型的非均匀加宽的零声子线,用Huang-Rhys-Pekar(H-R-P)Wp(S,)函数得到了H-R-P因子S～1.45.Raman散射实验证实了在TPP中有频率大约为1323cm-1振动模的存在,同时也观测到了频率大约为1440cm-1的吡咯C-H弯曲模、1357cm-1的吡咯=C-N拉伸振动模和频率大约为1155cm-1的单取代苯拉伸振动模。     

LPE碲镉汞薄膜的显微Raman谱与显微荧光谱分析

利用Raman显微镜系统对4块用液相外延(LPE)方法在Cd0.96Zn0.04Te衬底上生长的Hg0.8Cd0.2Te外延薄膜样品，在100～5 000cm^-1光谱范围进行测量，在实验曲线中除了观察到与碲镉汞材料晶格振动相符的类．HgTe的光学振动横模(TO1模)和纵模(LO1模)的Raman散射峰、类-CdTe光学振动横模(TO2模)和纵模(LO2模)混合的Raman散射峰以及来源于TO1 LO1的二级Raman散射峰外，在1 000～5 000cm^-1光谱范围首次发现了LPE碲镉汞薄膜的显微荧光峰，该显微荧光的发光范围换算为电子伏特标度为1．34～1．83eV．发光中心位于2750cm^-1即1.62eV，发光峰的半高宽(FWFIM)约为0．25eV。通过分析指出．该显微荧光来源于碲镉汞外延层中阴性离子空位与材料导带底的共振能级的发光。     

单壁碳纳米管声子谱计算

本文对单壁碳纳米管的结构对称性进行分析,并对其晶格振动模对称性进行分类。计算单壁碳纳米管的声子谱,给出了直径在0.7～10.0nm范围内的碳纳米管的拉曼活性和红外活性振动模的频率。     

(CdSe)_l(ZnSe)_3/ZnSe短周期超晶格多量子阱的共振Ramam谱

在(CdSe)_1(ZnSe)_3/ZnSe短周期超晶格多量子阱中,根据一维线性链模型计算的结果与实验结果的比较表明,我们在不同的共振条件下分别观察到了来自多量子阱的阱中和垒中ZnSe限制纵光学声子模的Raman散射。与GaAs/AlAs量子阱的偏振选择定则不同,在共振条件下,我们在两种偏振配置下都观察到了阱中ZnSe限制模LO_1,并认为这种不同可能来源于样品特殊的电子子带结构和光学声子行为。