硅光电二极管的双光子响应

报道用连续光1.3μmInGaAsP半导体激光器探测硅光电二极管中的双光子响应(我们把倍频效应和双光子吸收统称为双光子响应).通过实验,证明在硅光电二极管中必然有倍频吸收引起的光电流存在.     

超二代像增强器多碱阴极光电发射特性研究

通过测量超二代像增强器多碱阴极的光谱反射率和透射率,根据能量守恒定律计算得到了多碱阴极的光谱吸收率.结果表明,只有当光子的能量大于1.333 eV以后,多碱阴极的吸收率才开始快速增大.这说明多碱阴极的光谱吸收存在一个1.333 eV的长波吸收限,入射光的光子能量如果小于该吸收限,多碱阴极将不吸收.在多碱阴极的表面电子亲合势进一步降低的情况下,多碱阴极光电发射的长波理论阈值由长波吸收限所决定.多碱阴极在吸收光子之后的电子跃迁过程中,跃迁电子的能量增加小于所吸收入射光子的能量,即存在一个"能量损失".光子的能量越高,所激发的跃迁电子所处的能级越高,能量损失越大.同时光子的能量越高,跃迁电子所处的能级越高,电子跃迁的几率越低.多碱阴极的量子效率由吸收率、跃迁几率和跃迁能级、扩散过程中的能量损失等因素共同决定,因此多碱阴极的量子效率存在长波阈的同时也存在短波阈.多碱阴极的量子效率在2.11 eV达到最大值之后,随着光子能量的增加而单调减小,在3.6 eV时,量子效率减小到零.多碱阴极在3.6 eV时的吸收系数仍然很高,但由于电子跃迁的几率低,同时电子扩散过程中的能量损失大,导致尽管多碱阴极对短波具有较高的吸收系数,但量子效率仍然较低.因此对多碱阴极所吸收的光子能量中,转换成为光电导、晶格热振动等其他非光电发射形式能量的比例而言,短波较长波高,对光电发射的贡献率而言,短波较长波低.     

SrTiO3/α-Fe2O3异质结光阳极光电转换性能

作为一类重要的光电极材料,α-Fe2O3在太阳能转化方面有着潜在的应用前景.但是,光生电子空穴对的再复合导致α-Fe2O3的光电量子产率很低.为了抑制光生电子空穴对的再复合,提高α-Fe2O3的光电量子产率,采用Spin-coating方法在透明导电玻璃FTO(SnO2:F)衬底上制备了SrTiO3/α-Fe2O3异质结薄膜光电极,并对该光电极进行了XRD、SEM、紫外-可见透射光谱的表征.在三电极光电化学测试系统中对薄膜的光电流-电压特性、入射光子电流转化效率(Incident photon to current efficiency,IPCE)对波长的依赖性进行了表征.在相同的Xe灯照射条件下,SrTiO3/α-Fe2O3异质结光电极的光电流及IPCE值大于单一的SrTiO3、α-Fe2O3各自的光电流及IPCE值,这与理论预测的结论一致.     

光窗口对SiGe/Si异质结光电晶体管光响应的影响

分析了不同光窗口位置和不同光窗口面积对SiGe/Si异质结光电晶体管(HPT)光响应特性的影响.光窗口位于发射区时,HPTs吸收路径长,会产生较多的光生载流子,在发射结界面产生较大的发射结光生电压,有利于发射结的电子注入,因此获得较大的集电极输出电流和光增益.当入射光波长为650 nm,集电极电压为2.0 V,光窗口面积为10μm×10μm时,SiGe/SiHPT的光增益最大可以达到9.24.光窗口位于基区时,在较大的入射光功率下,HPTs吸收区的光生载流子密度大,光生空穴发生快速驰豫的可能性增加,一定程度上缓解了空穴迁移率低对器件工作速度的限制,提高了光特征频率.当入射光波长650 nm,集电极电压2.0 V,光窗口面积为10μm×10μm时,SiGe/SiHPT的光特征频率可达16.75 GHz.对于能够获得更高光增益光特征频率优值的发射区光窗口SiGe/SiHPTs,当光窗口面积从3μm×10μm到50μm×10μm逐渐增加时,电子在发射结界面的有效注入面积增加从而光增益逐渐增大;同时发射结和集电结的结电容也随之增大,RC延迟时间增长,光特征频率却逐渐减小.光增益·光特征频率优值随着光窗口面积的增加而逐渐提高,但随着面积的增加,光增益·光特征频率优值提高的速率变慢,并有逐渐趋于饱和的趋势.     

Ce、Ga、La掺杂二维SnO2电子结构及光电性质的第一性原理研究

二维材料具有优异的光学、力学、热学、磁学等性质,成为研究的热点之一. SnO₂薄膜中的电子迁移率非常高,兼具透明和良好的导电性能,是一种性能绝佳的半导体材料.本文用密度泛函理论框架下的第一性原理研究了二维SnO₂及其掺杂体系的电子结构、电子态密度、导电性能及光学性质,计算结果表明：相比较于三维SnO₂,二维SnO₂的费米能级附近产生很多杂质能级,提高了载流子浓度,带隙明显变窄,电子的局域性增强,导带中电子的有效质量增加了,电子跃迁更容易发生,增加了材料的导电性能;二维SnO₂比三维SnO₂材料的电极化能力强,在红外区、可见光区、紫外区域的光子吸收性能更优异,光电导率更高,更有利于光生电子-空穴对的分离和迁移,即可以有效地提高其光电转换效率,其中掺杂La元素能更好地提高在红外区、可见光区及紫外区吸收光子的能力,更有利于光电转换的效率,提高导电性.     

GaAs半导体中三光子吸收的研究

本文利用全量子理论推导了半导体中多光子吸收跃迁速率的一般表达式。对各种模型计算了本征GaAs在λ=2.06um下的三光子吸收系数。实验上采用非线性光电导和非线性光透射技术,测量了GaAs中三光子吸收系数。     

应用光学——光学系统设计指南

第十六章光电探测器和热探测器(续)16.1.5 光电扩散和光电子牵制效应设有一片匀质光电导体材料,辐射从其一面射入(波长λ<λ_0),如图16.5所示。此辐射将产生电子-空穴对,而电子-空穴对将从表面扩散出去。这个扩散电流已被用来测量辐照度,其方法有两种。 1.把光电导体放在磁场中,在它的两端就会产生电压,如图16.5所示。当上表面     

缺氧La0.6Ca0.4MnO3-δ薄膜的光响应特性

采用波长均为532 nm的连续激光和脉冲激光研究了缺氧La0.6Ca0.4MnO3-δ(LCMO)薄膜的光响应特性。分析了在金属态和绝缘态时,缺氧对LCMO薄膜光响应的不同影响。在脉冲宽度7 ns、峰值功率750 mW的脉冲激光作用下,缺氧LCMO薄膜在室温下呈现出明显的光响应信号,其光电导增大36.4%,上升时间约30 ns。由于光子能量大于LCMO的禁带宽度,光子注入在薄膜中产生了电子-空穴对,而电子很容易被氧空位俘获,从而在薄膜中产生大量额外的空穴载流子,大量的空穴载流子可能诱发局域绝缘-金属相变,从而在薄膜中产生明显的光电导效应。实验显示出缺氧钙钛矿薄膜在光电器件上的巨大应用潜力。     

在等光子数条件下比较不同波长入射光的光电效应

在光电效应实验中,测量了在等光子数条件下不同波长入射光产生的饱和光电流与光波长的关系.实验结果表明,当采用使单位时间入射到光电管单位面积上的光子数相同的条件时,饱和光电流随入射光波长的增加近似单调地减小,且反应了阴极材料的光电效率.从光的量子特性出发,理论上推导了实现等光子数条件的理由和方法,所得公式与测量结果一致.     

单光子计数法

一、引言 近代物理实验中常遇到极弱光的测量问题.有时甚至是分立的光子事件,即信号能量在 10-17瓦数量级以下.此时用底片感光的方法就行不通了.而锁相放大的办法又受到带宽和模拟积分漂移的限制,只有单光子计数法不受这些限制,它是测量极弱光信号的最灵敏的手段. 要探测光子,从原理上讲利用光子的量子特性,用光电倍增管检测是最为合适.但是不能使用通常的光电方法.因为第一,通常的光电方法是测量倍增管阳极的直流电流,即光子产生的光电流平均值.而在我们述及的情况下,光子数目很少,光子一个个打在光阴极上,产生一次次的电脉冲.这些脉冲是分…     

非晶硒对X射线光电转换特性的研究

非晶硒X射线光电导具有很高的固有空间分辨率,有可能研制探测X射线成象的平板化数字器件,在探测X射线成象方面倍受注目.它对X射线的光电转换特性和灵敏度是重要的性能参数之一.我们制作了约400μm厚的非晶硒膜,在1～12.5V/μm场强范围,0.2～12mR/s照射率范围测量了X射线光电流值.实验结果显示,非晶硒具有线性的光电转换特性,其灵敏度随场强的增加而增加.计算表明,对于医疗诊断常用的轫致辐射X射线谱,用X射线在非晶硒中产生一电子-空穴对所需的能量W±约50eV(10V/μm场强)     

光电效应与光电器件的应用

 一、光电效应及其理论解释著名物理学家赫兹为了验证麦克斯韦预言的电磁波,于1887年发现当光照射在金属表面时,电子可以从金属中脱出这一物理现象。这一现象叫做光电效应,可以从金属中脱出的电子叫光电子。光电效应可以分为两类。一类是当光照射在金属表面时,电子从金属中脱出,叫做外光电效应。另一类是当光照射在某些半导体材料上时,被半导体材料吸收,并在其内部激发出导电的载流子(电子-空穴对),从而使得材料的导电率显著增加(所谓“光电导”);或者由于这种光生载流子的运动造成的电荷积累,使得材料两面产生一定的电位差(所谓“光生伏特”),这两种情况叫做内光电效应。光电效应的实验规律是光的波动理论无法解释的。     

不用Si的太阳能电池

Si太阳能电池的基本结构是pn结 .能量大于禁带宽度的光子可在 pn结中激发出电子 -空穴对 .在 pn结内电场的作用下 ,电子向n侧迁移 ,空穴向 p侧迁移 .结果 p侧的电势高于n侧 ,对外电路而言 ,光 -伏电流将从p端流向n端 .在Si光电池中 ,pn结担当了多种角色 :光能吸收、电子 -空穴对的产生、内场建立以及传输电流等 .为此 ,对材料的纯度要求特别高 ,以至于它的造价一直居高不下 .最近 ,来自美国加州大学的McFarland等 ,采用在TiO2 半导体基片上镀制金膜的办法 ,发展了一种全新的光生伏打电池 (Nature ,2 0 0 3,4 2 1:6 16 ) .它的核心是TiO2…     

用红外激光脉冲触发半绝缘GaAs光电导开关的实验研究

报道了用光子能量低于GaAs禁带宽度的红外激光脉冲，触发电极间隙为3mm和8mm的半绝缘GaAs光电导开关的实验结果。使用单脉冲能量为1.9mJ的1 064nm Nd:YAG激光触发开关， 在偏置电压分别为3kV和5kV条件下，光电导开关分别工作于线性和非线性模式。用900nm半导体激光器和1 530nm掺铒光纤激光器分别进行触发实验，得到了重复频率分别为5kHz和20MHz的电脉冲波形。结果表明，半绝缘GaAs光电导开关可以吸收大于本征吸收限波长红外激光脉冲。     

纳米硅结构中分裂能级对光电输运特性的影响

基于电子在分裂能级系统中同时存在的共振隧穿和子带输运过程,结合光生载流子作用提出了纳米硅结构中的光电输运理论模型.利用该模型计算了纳米硅结构在光照条件下的电流密度、电场强度及电子浓度分布.结果表明,光生电子在具有分裂能级的纳米硅中是以共振隧穿为主要输运方式.在此基础上,详细研究了光电流与吸收系数、外加偏压以及纳米硅层层数之间的关系,发现在特定的外界条件下光电流会出现跳变增加的现象,其物理原因是纳米硅结构中电场强度的二次分布.     

用红外激光脉冲触发半绝缘GaAs光电导开关的实验研究

 报道了用光子能量低于GaAs禁带宽度的红外激光脉冲，触发电极间隙为3mm和8mm的半绝缘GaAs光电导开关的实验结果。使用单脉冲能量为1.9mJ的1 064nm Nd:YAG激光触发开关， 在偏置电压分别为3kV和5kV条件下，光电导开关分别工作于线性和非线性模式。用900nm半导体激光器和1 530nm掺铒光纤激光器分别进行触发实验，得到了重复频率分别为5kHz和20MHz的电脉冲波形。结果表明，半绝缘GaAs光电导开关可以吸收大于本征吸收限波长红外激光脉冲。     

单电子“看见”单光子

假如单光子的波长比 1 μm小很多 ,则单个光子就可以很容易地被光电倍增管探测到 .在光电倍增管里有对光敏感的物质 ,这些物质装在一个真空管里 ,当一个光子打在其上面时 ,可以产生大量的电子 .这种从一个光子到许多电子的转换在可见光至近红外的范围内都工作得很好 ,但是对较长波长的单个光子来说就不那么好了 .Komiyama等报道 〔1〕,用一个单电子晶体管作探测器 ,在测量波长为几百微米的远红外光子时 ,具有极高的灵敏度 ,这样一个探测器不仅对远红外区 (远红外区覆盖了液体或气体分子的振动谱 )的光谱学研究具有非常大的应用价值 ,而且在…     

太赫兹辐射场下的石墨烯光生载流子和光子发射

通过半经典的玻尔兹曼平衡方程理论研究了太赫兹辐射场下的石墨烯光生载流子和光子发射.研究得到了太赫兹辐射场下石墨烯的光生载流子浓度和光子发生率的解析公式.研究发现,掺杂电子浓度越小,或者温度越低,光生载流子浓度越大;掺杂电子浓度越大,或者温度越低,石墨烯的光子发射率越大.通过改变门电压或温度,可以有效地调控石墨烯光生载流子浓度和光子发射概率.理论研究结果和解析表达式对发展以石墨烯为基础的新型太赫兹光电器件具有重要的参考价值.     

导带电子的光吸收及其对材料破坏过程的影响

计算了可见光和紫外光激光照射下声子和电子-空穴散射参与的导带电子的单光子吸收和双 光子吸收速率,讨论了非线性吸收和空穴散射参与的吸收对材料损伤过程的影响.结果表明 ,这两种过程使导带电子吸收光子的速率提高一倍以上,材料发生非热致损伤的临界强度降低约1/3.雪崩速率不仅含激光强度的线性项,还包含了激光强度的二次项和激光强度与空穴 浓度的乘积项.理论给出的损伤阈值也有一定程度的减小. 关键词： 石英玻璃 双光子吸收 单光子吸收 损伤机理     

飞秒光丝阵列对10 GHz电磁波的吸收特性

为了研究飞秒光丝阵列对10 GHz电磁波的吸收特性,建立了飞秒光丝阵列吸收电磁波的有限元模型,研究了光丝内电子温度、电子数密度、光丝直径和电磁波的极化等参数对吸收系数的影响。研究结果表明:当电磁波偏振方向与光丝轴向垂直时,阵列对电磁波是透明的;增加光丝内电子数密度或提高电子温度,吸收系数先增大后减小;当光丝直径与电磁波趋肤深度相等时,吸收系数达到最大值。对于S极化电磁波,当光丝直径为50 μm时,吸收系数随入射角的增大而变大;当光丝直径为100~200 μm时,在入射角较小时,吸收系数随入射角的增大而变大;在入射角较大时会出现吸收峰值,最高可达0.45,且光丝直径越大,吸收峰值对应的入射角就越小;对于P极化电磁波,吸收系数随入射角增大而降低。