半导体物理效应及其应用讲座第四讲光吸收跃迁效应与半导体红外探测器的应用发展

光吸收跃迁效应是半导体光电探测器的基本物理过程.文章主要介绍光吸收跃迁效应在窄禁带半导体红外探测器应用方面的研究进展.讨论窄禁带半导体带间光吸收跃迁的理论和实验.文章还介绍了本征光吸收系数的表达式及其在材料表征和确定器件截止波长方面的应用,以及它在解释近年来发现的HgCdTe光电二极管电致负荧光现象方面的应用.     

Te掺杂单层MoS2的电子结构与光电性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了Te掺杂对单层MoS₂能带结构、电子态密度和光电性质的影响。结果表明,本征单层MoS₂属于直接带隙半导体材料,其禁带宽度为1.64 eV。本征单层MoS₂的价带顶主要由S-3p态电子和Mo-4d态电子构成,而其导带底则主要由Mo-4d态电子和S-3p态电子共同决定;Te掺杂单层MoS₂为间接带隙半导体材料,其禁带宽度为1.47 eV。同时通过Te掺杂,使单层MoS₂的静态介电常数增大,禁带宽度变窄,吸收光谱产生红移,研究结果为单层MoS₂在光电器件方面的应用提供了理论基础。     

半导体电阻器的温度响应

本实验用惠斯通（Wheatstone）电桥测量了半导体电阻R随温度的变化规律，同时确定了本征半导体材料的禁带宽度△E。     

GaAs中电子g因子的温度和能量依赖性的飞秒激光吸收量子拍研究

采用时间分辨椭圆偏振光抽运-探测光谱研究磁场作用下本征GaAs中电子自旋弛豫动力学，观察到吸收量子拍现象.这种吸收量子拍起源于电子自旋的拉莫尔进动，因而其拍频成为高精度测量电子g因子的一种新方法.利用这种新方法研究了本征GaAs中电子g因子的温度和能量依赖特性，发现g因子随电子的温度和能量增加而增加，但与k·p理论预测相差甚大.基于实验结果拟合，我们给出了一个g因子的温度和能量依赖的经验公式. 关键词： 椭圆偏振光抽运-探测光谱 自旋量子拍 g因子 GaAs     

Ge,Al掺杂锰硅化和物Mn4Si7的第一性原理计算

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,对本征Mn₄Si₇以及Ge, Al单掺杂和共掺杂Mn₄Si₇的晶体结构,能带结构,态密度以及光学性质进行了计算和分析.计算结果表明:本征态Mn₄Si₇的禁带宽度为0.810 eV,为直接带隙半导体材料,掺杂后晶体结构稍微变化,禁带宽度减小,且共掺杂时禁带宽度最小,电导率最好.Al以及Ge, Al共同掺杂时会产生杂质能级.掺杂后光子能量向低能级方向移动,光电导率,光吸收,反射系数都有所增大,说明掺杂改善了Mn₄Si₇的光学性质,从而可以提高光伏发电效率.     

声波在纤维性吸声材料中的传播

本文对纤维性吸声材料中声音的传播理论作了推广.文中根据纤维无规分布的假定,从微观的纤维散射过程出发,借助严格的统计力学方法,导出诸如有效密度、有效压缩模量等宏观量的理论公式。对实验研究作了简要讨论,理论结果与实验数据良好相符,不需引入任何待定的经验常数。     

窄禁带半导体材料中共振缺陷态测量

运用量子电容谱测量技术，在窄禁带半导体材料InSb和HgCdTe价带和导带中分别发现了两个共振缺陷态．根据建立的实验模型研究了这些共振缺陷态的特性 关键词：     

PbWO4电子结构的密度泛函计算

采用基于密度泛函理论的相对论性离散变分和嵌入团簇方法模拟计算了PbWO₄晶体的本征能级结构.发现价带主要由O2p轨道组成,含有部分W5d轨道;导带主要由W5d和O2p的轨道组成.发现导带底由Pb6p_1/2的狭窄能级占有.禁带宽度和价带宽度分别约为4.8和4eV.计算结果很好地解释了实验得到的反射谱,并从理论上分析了PbWO₄晶体蓝光的发光模型. 关键词： 密度泛函 电子结构 4')" href="#">PbWO₄     

角动量算符与轨道波函数

稀土元素、锕系元素的价电子都处于f态,研究价电子轨道角动量问题是量子力学中重要的课题.在量子力学教科书中只给出了氢原子L_2、L_z算符共同本征矢的递推公式,没有计算出L_x、L_y的本征矢;只给出了氢原子的s、p和d电子L_2、L_z算符共同本征矢,没有给出f电子L_2、L_z算符共同本征矢.本文运用表象理论和氢原子L_2、L_z本征矢的递推公式不仅求出了氢原子f电子L_2、L_z算符的共同本征矢,而且还计算出氢原子f电子L_x、L_y的本征矢,并讨论了它们的有关性质.这对于全面了解氢原子电子轨道运动的细节是有好处的,完善了教科书中的不足.     

Co3Ti与CoTi的晶体结构与结合能的计算及其脆性

利用余瑞璜的经验电子理论及吕振家-王绍铿的结合能公式,分析了金属间化合物Co_3Ti和CoTi的晶格常数和结合能,晶格常数的计算结果与实验值相当符合,并对金属的脆性与金属中晶格电子和共价电子数量的关系进行了讨论。 关键词：     

Hg1-xCdxTe的低频吸收带

本文对Hg_1-xCd_xTe的低频吸收带,提出另一种解释。把Hg_1-xCd_xTe作为具有0—25％Cd(或Hg)替位杂质的HgTe(或CdTe)晶体,用格林函数计算含有一个Cd(或Hg)的HgTe(或CdTe)双原子链振动谱,进而讨论Hg_1-xCd_xTe混晶振动模的特性,结果表明Hg_1-xCd_xTe在k→0存在频率不趋于零的声学声子,它们有条件吸收远红外波段的光子,形成低频吸收带。它能说明已报道的实验上观察到的低频吸收带的主要特征,并表明对光学声子存在双模行为的其它混晶,在远红外吸收谱中很可能存在类似的低频吸收带。 关键词：     

Hg1-xCdxTe外延薄膜的自由载流子吸收

讨论了Hg_1-xCd_xTe外延薄膜的自由载流子吸收光谱，分析了外延层的纵向组分分布及Ｔｅ沉淀物对吸收曲线的影响．结果表明，由于外延薄膜存在着纵向组分的不均匀性，其吸收特性与体材料有区别；对某些透过率较低的样品，则应考虑Ｔｅ沉淀物对吸收的贡献     

CdxHg1-xTe混晶声子谱的远红外光谱研究

在温度4.2—300K和波数15—5OOcm^-1的范围内研究了x=0.18到0.45的不同组分的Cd_xHg_1-xTe的远红外吸收光谱。除剩余射线吸收带两侧的双声子吸收结构外,实验首次观察到一个位于波数20—50cm^-1的低频吸收带。用面间力常数的密度函数法等估计了Cd_xHg_1-xTe混晶的声子谱,并将上述低频吸收带归之于混晶导致的无序和“掺杂”诱发TA声子带模吸收效应。 关键词：     

Tamm surface states of Hg1-xCdxTe

Using the Kane model, the wave functions and dispersion laws were obtained for Tamm surface states of electrons and holes arising on the ideal surface of Hg_1-xCd_xTe crystal in the parabolic and strong nonparabolic limits. The dependence of surface electrons and holes effective masses, in the parabolic limit, is determined from the parameters of the bulk states. The surface states of heavy holes is shown to be unsensitive to the degree of nonparabolicity of the electron spectrum.     

Sb掺杂Hg1-xCdxTe的光致发光

对不同Sb掺杂浓度Hg_1-xCd_xTe（x≈0.38）样品在3.9—115K的温度范围内进行了光致发光实验测量，观察到与局域激子、带到带和施主受主对有关的辐射复合过程．并用光致发光手段发现Sb掺杂在x≈0.38的Hg_1-xCd_xTe中引入的约30meV的受主能级 关键词：     

高x值混晶Hg1-xCdxTe光吸收边的压力效应

采用金刚石对顶砧高压装置,在0—36kbar流体静压力范围和室温条件下测量了高x值的P型碲镉汞混晶Hg_0.3Cd_0.7Te光吸收边及其随压力的变化。300K下Hg_0.3Cd_0.7Te光学能隙的实验值与用经验公式的计算值一致。用最小二乘法拟合不同压力下的实验结果,得到Hg_0.3Cd_0.7Te能隙的一阶压力系数α=8.7×10^-11eV/Pa,与用化学键介电 关键词：     

n-Hg0.80Mg0.20Te界面积累层中二维电子气的输运特性研究

通过变磁场霍耳测量研究了MBE生长的Hg_0.80Mg_0.20Te薄膜在15 —250K温度范围内的输运特性.采用迁移率谱(MS)和多载流子拟合过程(MCF)相结合的方法对 实验数据进行了分析,由该方法获得的结果和Shubnikov de Hass(SdH)振荡测量的结果都证 明材料中存在二维(2D)电子和三维(3D)电子.其中2D电子主要来自于Hg_1-xMgxTe-CdTe的界面积累层或Hg_1-x关键词： 变磁场霍耳测量 界面积累层 二维电子气 1-xMg_xTe')" href="#">Hg_1-xMg_xTe     

碲镉汞辐射损伤的微观过程

利用高分辨率的电子显微技术,在原子和晶格尺度上,研究了碲镉汞晶体结构在大剂量高能电子作用下,晶体结构产生损伤、扩展和重构的过程。研究结果表明,碲镉汞结构损伤是在强电子束作用下,[(Hg,Cd)Te₄]四面体的形变,在{111}面产生并沿{111}面呈阶梯形扩展的过程。从而在[110]方向观察到了新的更大周期的两维重构网格。 关键词：     

Hg1-xCdxTe在高压下的结构、状态方程与相变

 利用X射线粉末衍射方法,在室温高压下观察到了Hg_1-xCd_xTe（x=0.19）的相变。实验是在DAC高压装置上完成的,压力从0逐步加至10.1 GPa。在常温常压下Hg_1-xCd_xTe（x=0.19）具有闪锌矿结构。从实验结果看到,在压力为3 GPa和6.8～8.3 GPa之间有两个结构相变存在。初步认为,后一个相变与Hg_1-xCd_xTe（x=0.19）的金属化有密切关系。通过计算,得到了它在相变前的状态方程,并且与二元HgTe化合物在相变规律上进行了比较。     

First-principles study of the structural,electronic and optical properties of the cubic triangular quaternary ZnxCdyHg1-x-yTe alloys under hydrostatic pressure

In the present computational study, we have explored the structural, electronic and optical properties of ZnTe, CdTe and HgTe binary compounds and their ternary alloys Zn_xCd_1-xTe, Zn_xHg_1-xTe and Cd_xHg_1-xTe as well as their ordered quaternary Zn_xCd_yHg_1-x-yTe alloys using the full potential linearized augmented plane wave (FP-LAPW) method based on the density functional theory. We have numerically estimated the total energies, the lattice parameters, the bulk moduli and their first pressure derivative using the generalized gradient approximation (GGA). The band structure is computed using the modified Becke-Johnson (TB-mBJ) approximation. Results of our study show a nonlinear dependence of the composition on the lattice constant, bulk modulus and band gap for the binary and ternary compounds as well as for the quaternary alloys. Additionally, the dielectric function, the refractive index and the loss energy were also reported. The pressure effect on the band gap energy and optical properties were also investigated and reported. Our results are in good agreement with experimental values and theoretical data available in the literature.