超导单光子探测器件直流特性研究

超导单光子探测技术是基于超薄超导薄膜的非平衡态热电子效应的一种新型的单光子探测方法。超导单光子探测器(SNSPD)的计数率可达到GHz,时间抖动小于100ps,因而在未来量子通信系统中有着广阔的应用前景。介绍了NbN超导单光子探测器件的工作原理和器件超导性能测试系统;测试了超导单光子探测器件的电阻-温度、电流-电压等特性。并对测试结果进行了分析和讨论。     

电子束蒸发和离子束溅射HfO_2紫外光学薄膜

HfO2薄膜在紫外光学中具有十分重要的地位,不同方法制备的HfO2薄膜特性不同,可以满足不同的实际应用需求。本文分别利用电子束蒸发和离子束溅射方法制备了用于紫外光区域的HfO2薄膜,并对薄膜的材料和光学特性进行了表征与比较。通过对单层HfO2薄膜的实测透射和反射光谱进行数值反演,得到了HfO2薄膜在230～800 nm波段的折射率和消光系数色散曲线,结果表明两种方法制备的HfO2薄膜在250nm的消光系数均小于2×10-3。在此基础上,制备了两种典型的紫外光学薄膜元件(紫外低通滤波器和240nm高反射镜),其光谱性能测试结果表明,两种不同方法制备的器件均具有较好的光学特性。     

掺杂N的浓度对SiC薄膜的光敏特性影响(英文)

在热丝化学汽相沉积(HFCVD)法制备SiC薄膜过程中,研究不同的N掺杂下制备样品的光敏特性.对薄膜在室温和较高温度(410℃)下进行光敏特性测试,结果表明,薄膜的制备工艺参量对其光敏特性有较大影响;较高温度下其敏感特性和室温下测试的结果大体一致;在合适条件下制备的薄膜对不同波长的光有较好的敏感特性.可以看出,SiC薄膜在研究高温光敏器件领域具有很好的应用前景.     

PS-TPD空穴传输层的高亮度绿光有机电致发光器件的研究

研究了不同质量比的聚苯乙烯(PS)三苯基二胺(TPD)复合空穴传输层对有机电致发光器件(OLED)性能的影响。采用此掺杂体系作器件的空穴传输层,利用旋涂工艺制备了结构为indium-tin-oxide(ITO)/polystyrene(PS)∶N,N′-bis(3-methylphenyl)-N,N′-diphenylbenzidine(TPD)/tris-(8-hydroxyquinoline)-aluminium(Alq3)/Mg∶Ag的双层有机电致发光器件。为便于比较,另直接蒸镀TPD薄膜做空穴传输层制备了相似结构的器件。利用飞行时间法对不同PS-TPD质量比例的薄膜的空穴迁移率进行了表征,并对器件的电致发光特性进行了测试。测试结果表明,掺杂薄膜的空穴迁移率比纯TPD膜的低1~2个数量级。当质量比为m(PS)∶m(TPD)=10∶90时,器件具有最高光亮度14280 cd/m2和最高流明效率1.2 l m/W。说明适当质量比PS的引入相对降低了薄膜的空穴迁移率,调节了TPD的空穴传输能力,更有效地平衡了复合区内正负载流子的数目,从而提高了器件的发光亮度和效率。     

硫化亚锡薄膜的可控制备及其光伏特性

由于具有较大的光学吸收系数与低廉的材料成本,硫化亚锡(SnS)在新型薄膜太阳能电池中展现出巨大的应用前景。为了实现SnS薄膜的可控制备,进而研究其光伏特性,首先,利用脉冲电沉积法在不同工艺条件下制备了一系列SnS薄膜;然后,通过X射线衍射(XRD)技术与扫描电子显微镜(SEM)对薄膜的晶体结构与表面形貌进行表征,结合紫外-可见-近红外吸收光谱测试结果,研究两种不同开启脉冲电压对SnS薄膜禁带宽度的影响。同时,采用莫特-肖特基方程定量计算了SnS薄膜的导电类型与掺杂浓度。在此基础上,设计了基于Au/SnS/CdS/ITO异质结的原型光伏器件。在AM1.5标准太阳光照射下,原型器件开路电压为111 mV,短路电流密度为20.81μA/cm~2。为未来低成本、高性能的薄膜太阳能电池吸收层材料研究提供了理论基础和实验依据。     

阳极界面修饰对钙钛矿太阳能电池性能的影响

采用在聚(3,4-乙撑二氧噻吩)∶聚苯乙烯磺酸(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)∶Poly(styrenesulfonate),PEDOT∶PSS)阳极界面层上直接旋涂二甲基亚砜(Dimethyl Sulfoxide,DMSO)的方法,对PEDOT∶PSS薄膜进行修饰,以提高所制得的钙钛矿太阳能电池器件性能.在5000rpm转速条件下旋涂DMSO后,器件的能量转换效率达到11.43%,与PEDOT∶PSS阳极界面层未做任何修饰的器件相比,效率提高了29.15%.测试表征了修饰前后PEDOT∶PSS薄膜的透光性、表面形貌、电导率、器件的外量子效率曲线以及器件在光照和暗态下的J-V特性曲线,分析了器件性能提高的原因.结果表明:经过修饰的PEDOT∶PSS薄膜导电性显著增强,从而更加有利于器件阳极对空穴的抽取和收集;较未修饰时,器件的短路电流密度得到了大幅度提升,进而使得器件获得更高的能量转换效率.     

射频磁控溅射法制备SnS_2薄膜结构和光学特性的研究

采用射频磁控溅射法溅射SnS_2靶,在玻璃基片上以不同射频功率和氩气压强制备一系列薄膜样品,研究了不同工艺条件对薄膜特性的影响。利用X射线衍射(XRD)和拉曼光谱(Raman)对薄膜样品的晶体结构和物相进行表征分析。利用X射线能量色散谱(EDS)、紫外-可见-近红外分光光度计(UV-Vis-NIR)对SnS_2薄膜的化学组分、光学特性等进行测试,计算或分析了SnS_2薄膜样品的组分原子比、光学常数和光学带隙。结果表明:制备SnS_2薄膜的最佳工艺条件为射频功率60 W、氩气压强0.5 Pa。在该条件下,所制备的SnS_2薄膜沿(001)晶面择优取向生长,可见光透过率和折射率较高,消光系数较小,直接带隙为2.81 e V。在此基础上,进一步制备了n-SnS_2/p-Si异质结器件。器件具有良好的整流特性及弱光伏特性,反向光电流随光照强度的增加而增大。器件的光电导机制是由SnS_2禁带中陷阱中心的指数分布所控制。     

麦克斯韦怎样建立起位移电流概念

麦克斯韦建立电磁场理论最重要的贡献之一是提出了位移电流假说。位移电流的中心思想是变化着的电场激发涡旋磁场,这一假说和涡旋电场假说(变化着的磁场产生变化的电场)构成了电磁相互作用中完整的波动图象——电磁波。 众所周知,位移电流是麦克斯韦给予法拉第的场观点以数学表述时作出的一个重要发展。麦克斯韦第一次提出位移电流假说并不象通常教科书所叙述的那样,是用安培环路定理讨论非稳恒情形时发现矛盾后提出的。实际上麦克斯韦是在得出电磁场方程之前,即在他关于电磁场理论的第二篇论文《论物理的力线》(1861—1862)中就提出了位移电流的概念。尔后,麦克斯韦在第三篇论文《电磁场的动力学理论》(1865)中再次给出了位移电流的定量形式。下面我们来看看麦克斯韦是如何提出位移电流概念的。 麦克斯韦建立电磁场理论的第一篇论文《论法拉第的力线》(1855—1856)受到汤姆逊的启发,根据流体、热现象与法拉第力线相似性,运用类比方法给予法拉第电流状态以数学表述。后来在第二篇论文中他感到有必要对力线的分布和力线的应力性质给予机理性的说明,在此过程中麦克斯韦提出了位移电流概念。     

紫外激励发光薄膜的下转换效率测试研究

紫外下转换发光薄膜在很多光电器件中有重要应用,由于转换效率可以准确地表征发光薄膜的性能,所以研究发光薄膜在紫外激励下的转换效率十分关键。利用积分球收集激发和发射光子,结合发射光谱的光子能量分布,建立了转换效率的计算方法,克服了发光薄膜的各向异性以及波导效应干扰。基于该测试方法搭建的测试系统实现了对220~400 nm紫外光激励下Lumogen薄膜和Coronene薄膜的转换效率测试。测试实验验证了该系统的可行性和可靠性,在研究紫外激励下发光薄膜发光效率上具有较大的应用价值。     

应变增强Nb掺杂SrTiO3薄膜热电性能

高性能热电材料的发展有望帮助解决未来能源危机,且随着可穿戴器件的发展与应用,热电材料和器件除了要具备更高的热-电转化性能以外,还必须具有良好的柔性.将热电材料制成薄膜既可以为微型器件供电,也有潜力应用于柔性器件.本文使用脉冲激光沉积方法,在商用SrTiO₃ (STO)和La_0.3Sr_0.7Al_0.65Ta_0.35O₃ (LSAT)衬底上制备得到了不同厚度的高质量铌掺杂钛酸锶薄膜(Nb:STO),并对薄膜的表面形貌、结构以及热电性能进行表征与测试.结果显示,使用LSAT作为衬底可以对薄膜施加面内压应变,随着薄膜厚度的增大,应变逐渐释放并接近于块体Nb:STO.随着厚度的增大,薄膜的热电性能逐渐提升,在STO衬底上生长的208 nm厚样品的室温功率因子相比于52 nm样品提升了187%.此外, 144 nm厚度的Nb:STO/LSAT薄膜室温塞贝克系数达到了265.95 μV/K,这是由于衬底应变导致薄膜样品的能带变化.本工作表明通过应变工程调控铌掺杂钛酸锶薄...     

基于差分反射光谱的真空环境有机薄膜生长在线监测方法

有机薄膜器件是微电子和光电子领域的重点研究方向。薄膜制备过程的在线监测作为研究成膜机理和优化工艺参数最直接的测量手段,对薄膜器件的高质量制备具有重要意义。为实现真空环境有机薄膜制备过程的实时在线监测,提出了一种基于差分反射光谱术的高精度测量方法。采用离轴抛物面反射镜、光学平板和光纤等基本光学元器件构建紧凑型光路系统,运用差分算法分析光谱信号,具有较高的测量性能。测试了不同实验环境下光谱信号的波动,得出在控温条件下,系统的长时间测量重复性优于2‰。还研究了并五苯分子通过分子束外延制膜法在Au基底成膜初始阶段的生长过程。通过与膜厚仪和原子力显微镜测试结果比对,光谱信号精确反映出超薄膜在生长中引起的细微光学演变,其测量精度优于亚单分子层。实验结果表明,该差分反射光谱测量系统具有宽光谱(300～820 nm)、高稳定性(重复性优于2×10-3)、高测量精度(亚单分子层)等特点,并有效地抑制了光路装配误差、光学器件缺陷和环境干扰等对光信号的影响,作为一种高精度表面表征方法,适合于薄膜制备过程的实时在线监测。     

一种有机电致发光材料水杨醛缩乙二胺锌的光电性能表征

合成了一种新型的有机电致发光材料水杨醛缩乙二胺锌[Zn(salen)],并对其结构与性能进行了表征。Zn(salen)具有较高的热稳定性,利用真空热蒸镀的方法很容易制备高质量、无定型薄膜。Zn(salen)的HOMO、LUMO能级及电化学带隙分别为-5.87,-3.41,2.46 eV。在365 nm紫外光的照射下,Zn(salen)粉体具有强的蓝光发射,但其薄膜具有黄光发射。在正向电压的驱动下,器件ITO/CuPc/NPD/Zn(salen)/Al的EL发光峰位于552 nm,是色坐标为x=0.504,y=0.316的黄光发射,器件的启动电压7.5 V,最大亮度301cd/m²,电流效率1.6 cd/A。无论是Zn(salen)薄膜的光致发光还是器件的电致发光,与Zn(salen)粉体相比,都发生了很大的红移现象,这归因于薄膜中Zn(salen)聚集态的形成。     

可变帧结构的PCM遥测帧同步器设计

针对传统帧同步器只能对固定帧格式的数据进行帧同步的缺点,提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的帧同步方案,用户可根据实际需求通过上位机软件配置帧长、帧同步字等参数,实现对不同帧结构的PCM遥测数据进行帧同步。该方案采用了参数可调的同步容错及前后方保护机制,提高了帧同步的可靠性和稳定性。给出了帧同步方案的工作原理,以及关键技术的实现方法,在实际应用中对其同步性能进行分析,测试结果表明该方案对不同帧结构的数据均可实现帧同步。     

SiC晶体缺陷的阴极荧光无损表征研究

由于在研究SiC晶体缺陷对器件性能的影响的过程中,表征材料缺陷的常用的方法是破坏性的,因此寻找一种无损的测试方法对缺陷进行有效的表征显得尤为重要。基于阴极荧光(CL)的工作原理对4H-SiC同质外延材料的晶体缺陷进行了无损测试研究。结果发现利用阴极荧光可以观测到晶体内部的堆垛层错、刃位错和螺位错以及基面位错,其阴极荧光图中的形貌分别为直角三角形、点状和短棒状。因此该方法成为SiC晶体缺陷的无损表征时的一种有效的测试方法。如果利用该方法对材料的衬底和外延层缺陷分别进行观测就能建立起衬底和外延层缺陷之间的某种联系,另外对器件工作前后的缺陷进行表征,建立器件工作前后缺陷之间的联系,就可以进一步地研究材料缺陷对器件性能影响的问题。     

基于高温超导本征约瑟夫森效应的新型两端恒流器件

我们利用高温超导本征约瑟夫森效应,研制了一种超导薄膜两端恒流器件.恒流器件是将生长在斜切20度LaAlO3基片上的Tl-2212超导薄膜光刻成微桥得到的.对于6μm×8μm的微桥器件,其最高工作电压可达15V以上,当两端电压在1V～11V之间变化时,电流基本稳定在4.3mA,误差不超过±5%,动态内阻大于104 Ω,在最佳工作位置(3V～8V)动态内阻可以达到105 Ω.通过数字模拟,对实际应用中两端恒流器件的rf调制进行了较详细的分析,并可使恒定电流上rf调制小于1%.     

高功函数的钛酸镧掺杂氧化铟透明导电薄膜的制备与光电特性研究

制备了一种新型的具有高功函数的掺钛酸镧(LaTiO3)的氧化铟(ILTO)三元透明导电氧化物薄膜,并研究了其光电特性。EDX能谱测试结果证实了样品中In、La及Ti的存在,薄膜的掺杂具有良好的均匀性及一致性。由原子力显微镜测试可知,在一个5μm×5μm的扫描区域内,样品的表面粗糙度(RMS)较小,为1 nm量级。ILTO薄膜在可见光区域的平均透过率超过了85%,其功函数接近于金的功函数(5.2 eV左右),远高于目前商业化的ITO的功函数(4.5～4.7 eV)。由于导电薄膜的功函数在光电器件中对异质结界面的势垒高度有着直接影响,较高的功函数可以提高载流子的注入及抽取能力,因此采用ILTO作为光电器件的阳极将有望改善器件的性能。     

YBa2Cu3O7-δ薄膜厚度在多层异质结构(Ag/Ba0.1Sr0.9TiO3/YBa2Cu3O7-δ/LaAlO3)中对Ba0.1Sr0.9TiO3介电性能的影响研究

铁电/超导(Ba, Sr)TiO3/YBa2Cu3O7-δ异质结在可调谐微波器件方面具有非常好的应用前景.我们采用1.2°斜切LaAlO3基片,以脉冲激光沉积法(PLD)制备出性能较好的Ba0.1Sr0.9TiO3/YBa2Cu3O7-δ (BST/YBCO)异质薄膜.并进一步研究了YBCO薄膜厚度对BST性能的影响.研究发现当YBCO薄膜厚度增加到180nm附近时,其生长模式由二维step-flow转变为三维岛状模式,严重损害了在YBCO上面生长的BST薄膜的介电性能.具体表现在:BST薄膜的介电常数和可调谐率明显降低,介电损耗和漏电流却大幅度上升.通过测量电容与温度的关系,以应力效应模型对这一实验现象作出解释,认为YBCO薄膜厚度超过临界值,生长模式的转变促使晶格失配应力在YBCO和BST薄膜中得到释放,这导致BST/YBCO界面粗糙,以及BST薄膜中产生了大量的位错和缺陷,BST薄膜的性能因而大为降低.此外,通过对完全相同条件生长的单层YBCO薄膜的表面形貌进行了AFM研究,测试结果进一步验证了YBCO薄膜厚度增加到180nm时,其表面变得异常粗糙,均方根粗糙度(RMS)从120nm厚度时的3nm增加到180nm厚度时的9nm.因此,我们提出:通过严格控制底层YBCO薄膜的厚度,进而控制它的生长模式,能够非常有效地提高BST薄膜的介电性能.     

与聚合物光波导混合集成的薄膜偏振分束器

基于光学薄膜的偏振效应和多光束干涉效应设计了由多层二氧化钛(Ti O2)-二氧化硅(Si O2)薄膜结构组成的偏振分束片,提出了在聚合物光波导中混合集成的方案,并采用时域有限差分(FDTD)数值法优化了方案中的结构设计。在聚合物材料基底上制备了Ti O2-Si O2多层薄膜偏振分束片,并将此薄膜偏振分束片嵌入聚合物光波导的沟槽中,从而实现了结构紧凑的偏振分束器。而后对此混合集成偏振分束器进行了实验表征,实验表明该器件在C波段上的插入损耗低于2.5 d B,偏振消光比大于25 d B。这样混合集成的偏振分束器不仅可用于现有的偏振控制光学系统中,而且充分发挥了薄膜偏振分束片的优势,可为实现小型化、高度集成的偏振分束器提供新方案和更多的自由度。     

石英衬底上GaN薄膜沉积及其光学性能的研究

GaN薄膜材料广泛应用于发光二极管(LED),激光二极管(LD)等光电器件。但是GaN基器件的制备与应用以及器件推广很大一部分取决于其器件的价格,常用的方式是在单晶蓝宝石衬底上沉积制备GaN薄膜样品,单晶蓝宝石衬底晶向择优,可以制备出高质量的GaN薄膜样品,但是单晶蓝宝石衬底价格昂贵,一定程度上限制了其GaN基器件推广使用。如何在廉价衬底上直接沉积高质量的GaN薄膜,满足器件的要求成为研究热点。石英玻璃价格廉价,但是属于非晶体,没有择优晶向取向,很难制备出高质量薄膜样品。本研究采用等离子体增强金属有机物化学气相沉积系统在非晶普通石英衬底上改变氮气反应源流量低温制备GaN薄膜材料。制备之后采用反射高能电子衍射谱、X射线衍射光谱、室温透射光谱和光致光谱对制备的薄膜进行系统的测试分析。其结果表明：在氮气流量适当的沉积参数条件下,所制备的薄膜具有高C轴的择优取向,良好的结晶质量以及优异的光学性能。     

CCD紫外敏感Lumogen薄膜制备与光谱表征

传统的CCD和CMOS成像传感器对紫外区域响应比较弱,这是因为多晶硅栅对紫外光有强的吸收能力,从而阻碍了紫外光进入CCD沟道。为了提高探测器对紫外辐射的敏感性,可行的一种办法是在器件上镀一层可以将紫外光转化为可见光的变频膜。采用真空蒸发法制备了有机Lumogen薄膜,并用发光官能团分析、椭圆偏振技术研究了Lumogen薄膜的发光原理与光学常数。分析与实验结果表明：Lumogen可连续光致发光原因是其分子具有四类双键结构;椭圆偏振法测得该Lumogen薄膜折射率在1.3左右,说明该膜具有增透效果。同时,通过测量Lumogen薄膜的透射光谱、吸收光谱、光致发光发射谱和激发谱,表征了Lumogen薄膜的光谱性质,发现Lumogen薄膜在可见波段(>470 nm)有较好的透过性,用紫外光激发会产生较强的黄绿光(中心波长位于523 nm),且激发光谱宽(240～490 nm)。结论表明Lumogen薄膜的发射光谱能够与CCD等传统硅基成像器件的响应光谱匹配,是一种符合实际要求的紫外敏感薄膜。