一维光子晶体缺陷模的偏振特性研究

利用周期结构的布洛赫定理推导了一维无限光子晶体缺陷模方程,研究了缺陷模的偏振特性,以及在不同入射角和缺陷层厚度下缺陷模位置的变化.利用传输矩阵方法对有限周期数光子晶体也进行了研究,分别对应一维无限光子晶体和有限周期数光子晶体给出了数值计算结果.通过比较这两者的数值结果得出了缺陷模随入射角和缺陷层厚度变化的一般规律.     

GaN晶体中堆垛层错的高分辨电子显微像研究

借助高分辨电子显微像结合解卷处理的方法研究了GaN晶体中的堆垛层错.简要介绍了高分辨电子显微像的解卷处理原理，指出通过解卷处理可以把本来不直接反映待测晶体结构的高分辨电子显微像转换为直接反映晶体结构的图像.用高分辨电子显微像观察了GaN晶体中的堆垛层错，对高分辨电子显微像作了解卷处理.在解卷像上清晰可见缺陷核心的原子排列情况，据此确定了层错的类型.此外，还讨论了解卷处理在研究晶体缺陷中的效用. 关键词： GaN 晶体缺陷 高分辨电子显微学 解卷处理     

基于量子阱效应的光开关

把三块各带有一个缺陷的光子晶体结合起来，如果中央晶体的缺陷模处在两侧晶体的禁带中，缺陷模内的光波会受到两侧晶体的阻碍并被局域在中央晶体内，形成量子阱结构；若一侧晶体的缺陷模被移动到中央晶体缺陷模处，则只有一侧晶体阻碍在中央晶体缺陷模内传播的光波，量子阱效应完全消失，光的传输受到最大程度的阻碍.这种结构可同时具有窄带滤波器和光开关的功能，据此提出了一种高效的、灵敏的光开关的设计.采用传输矩阵法计算了一维光子晶体的透射谱和场分布.     

基于紧束缚理论的一维多镜像光子晶体特性研究

基于紧束缚理论,分析了一维多镜像光子晶体中多缺陷模的产生及缺陷模式分裂的机理,建立了缺陷模频率与缺陷层相对位置的关系模型.采用传输矩阵理论研究了双镜像光子晶体的光学传输特性,并讨论了光子晶体周期层数、入射角度、介质层厚度等及介质的相对折射率差等参数对光子晶体缺陷模特性的影响.模拟结果表明,调整光子晶体参数和缺陷层的相对位置可有效调控光子晶体的缺陷模特性,可为光子晶体多通道滤波器等光学器件的设计和应用提供一定的理论参考.     

一维掺杂光子晶体缺陷模的共振理论

为了得到一维掺杂光子晶体的共振理论,建立了一维掺杂光子晶体的谐振腔模型,利用谐振腔的共振条件推导出缺陷模频率满足的解析公式,从理论上解释了产生一维掺杂光子晶体缺陷模的物理机理.利用频率的解析公式对缺陷模的频率随入射角、杂质光学厚度以及杂质折射率的变化规律进行了研究,解释了一维掺杂光子晶体缺陷模的变化规律.与特征矩阵法的计算结果相比,其结果完全吻合,从而证明了共振理论的正确性,弥补了一维光子晶体研究中数值计算方法的不足.     

一维掺杂光子晶体缺陷模的共振理论

为了得到一维掺杂光子晶体的共振理论,建立了一维掺杂光子晶体的谐振腔模型,利用谐振腔的共振条件推导出缺陷模频率满足的解析公式,从理论上解释了产生一维掺杂光子晶体缺陷模的物理机理.利用频率的解析公式对缺陷模的频率随入射角、杂质光学厚度以及杂质折射率的变化规律进行了研究,解释了一维掺杂光子晶体缺陷模的变化规律.与特征矩阵法的计算结果相比,其结果完全吻合,从而证明了共振理论的正确性,弥补了一维光子晶体研究中数值计算方法的不足.     

各向异性圆柱掺杂光子晶体的缺陷模及其量子效应

利用光波在一维各向异性圆柱掺杂光子晶体中径向受限的条件,研究了光波在其中出现的模式量子效应,并利用特征矩阵法计算了TE波和TM波各模式的缺陷模的变化规律,得出了一些一维各向异性圆柱光子晶体缺陷模的新结构.缺陷模的频率和透射角都随模式量子数的增加而增大.同一模式缺陷模的频率随圆柱半径的增加而减小. 关键词： 圆柱光子晶体 各向异性介质 量子效应 缺陷模     

矩形掺杂光子晶体中电磁波的模式和缺陷模

利用一维矩形掺杂光子晶体中电磁波横向受限的条件,推导出电磁波在其中各个模式满足的关系式,利用它研究了电磁波各模式的特性.利用特征法研究了电磁波的缺陷模随模式量子数和矩形边长的变化规律,得出了一维矩形掺杂光子晶体缺陷模的新结构. 关键词： 矩形光子晶体 受限 模式 缺陷模     

观察单晶缺陷的X射线反射形貌技术

晶体缺陷对晶体的许多性能有重要影响,因此研究单晶缺陷的数量、分布、性质及其与晶体性能的关系,对有目的地改进晶体质量有较大的意义。在观测晶体缺陷的方法中较常用的是扫描透射形貌术[1],然而反射形貌术装置简单,摄照时间较短,有许多优点。特别是有两种情况需要用到反射形貌术:其一是研究半导体外延层和分光晶体表面层的晶体缺陷。在这些晶体中,表面层起重要作用。由于反射法X射线穿透深度较小,一般为几微米,故能在形貌图中出现晶体表面薄层的形貌而不反映厚晶体内部状况;另一种情形是当晶体吸收很大,制备符合透射形貌术要求的薄晶体很…     

二维光子晶体缺陷模特性研究

用时域有限差分法计算了二维光子晶体的带隙和缺陷模,结果表明:在缺陷中心位置其强度达到最大值,离缺陷中心越远,强度越小.比较了方形介质柱与圆形介质柱光子晶体缺陷模:圆形缺陷缺陷模衰减的特征长度较小,但其缺陷模的品质因数较大.缺陷模的中心频率随缺陷介电常数的增大而变小,并近似成线性关系.     

一维光子晶体中亚波长缺陷膜对Goos-Hnchen位移的调制特性

利用传输矩阵法分析一维光子晶体中亚波长缺陷膜对缺陷模频率处Goos-Hnchen位移的调制特性,讨论了亚波长缺陷膜的厚度、磁导率及介电常量对一维光子晶体缺陷模频率处的Goos-Hnchen位移的影响.研究发现:一层几何厚度极小的亚波长薄膜即可非常灵敏地调制一维光子晶体缺陷模频率处Goos-Hnchen位移的位置及其大小;并且当亚波长缺陷膜为左手材料时,Goos-Hnchen位移随亚波长缺陷膜物理参量的变化趋势与普通右手材料时的情形完全相反.     

人工水晶-x面上巴西双晶的形成机制

本文以人工水晶-x面上的巴西双晶作为研究对象,在实验的基础上,利用X射线衍射形貌术和电子探针显微分析等手段,研究了双晶的形成机制,同时分析了Kern的双晶成核动力学理论的不足之处。作者提出了双晶界应变能势垒的概念,认为由于晶体的不完整性提高了晶体本身的能量状态,结果相对降低了应变能势垒的高度,使得双晶易于发生。本文结合晶体生长实验和晶体缺陷的测试,分析了双晶形成与籽晶取向、杂质、晶体缺陷的相互关系,着重指出缺陷对双晶形成的影响。本文还以凹入角生长机制讨论了双晶的发育。 关键词：     

二维原子晶体的低电压扫描透射电子显微学研究

二维原子晶体材料,如石墨烯和过渡金属硫族化合物等,具有不同于其块体的独特性能,有望在二维半导体器件中得到广泛应用.晶体中的结构缺陷对材料的物理化学性能有直接的影响,因此研究结构缺陷和局域物性之间的关联是当前二维原子晶体研究中的重要内容,需要高空间分辨率的结构研究手段.由于绝大部分二维原子晶体在高能量高剂量的电子束辐照下容易发生结构损伤,利用电子显微方法对二维原子晶体缺陷的研究面临诸多挑战.低电压球差校正扫描透射电子显微(STEM)技术的发展,一个主要目标就是希望在不损伤结构的前提下对二维原子晶体的本征结构缺陷进行研究.在STEM下,多种不同的信号能够被同步采集,包括原子序数衬度高分辨像和电子能量损失谱等,是表征二维原子晶体缺陷的有力工具,不但能对材料的本征结构进行单原子尺度的成像和能谱分析,还能记录材料结构的动态变化.通过调节电子束加速电压和电子辐照剂量,扫描透射电子显微镜也可以作为电子刻蚀二维原子晶体材料的平台,用于加工新型纳米结构以及探索新型二维原子晶体的原位制备.本综述主要以本课题组在石墨烯和二维过渡金属硫族化合物体系的研究为例,介绍低电压扫描透射电子显微学在二维原子晶体材料研究中的实际应用.     

一维光子晶体中亚波长缺陷膜对Goos-H(a)nchen位移的调制特性

利用传输矩阵法分析一维光子晶体中亚波长缺陷膜对缺陷模频率处Goos-H(a)nchen位移的调制特性,讨论了亚波长缺陷膜的厚度、磁导率及介电常量对一维光子晶体缺陷模频率处的Goos-H(a)nchen位移的影响.研究发现:一层几何厚度极小的亚波长薄膜即可非常灵敏地调制一维光子晶体缺陷模频率处Goos-H(a)nchen位移的位置及其大小;并且当亚波长缺陷膜为左手材料时,Goos-H(a)nchen位移随亚波长缺陷膜物理参量的变化趋势与普通右手材料时的情形完全相反.     

磷酸铝(AlPO_4)晶体中缺陷的X射线形貌研究

用X射线衍射形貌法研究了AlPO_4晶体中的微观缺陷。在所研究的晶体中,主要晶体缺陷是生长层,沉淀物和位错。位错密度在晶体表面附近最大,晶体中部较低。位错主要起源于热应力和由沉淀物或生长层所造成的晶格畸变。多数位错的柏氏矢量是b=(a+c)<1123>型,部分的是b=a[2TT0]。分析了晶体缺陷与生长条件之间的关系。控制生长过程中的温度波动,特别是晶体出炉时的冷却速度,对提高晶体完美性是重要的。     

半导体中的深中心

一、杂质缺陷形成的深中心 半导体中含有外来杂质或本身的缺陷.所有半导体材料及器件都要求对杂质缺陷有良好的控制.晶体的各种化学杂质,晶体中的原子空仕,间隙原子,半导体化合物中组成元素之间的反位缺陷以及它们之间的简单复合体(双空位、杂质与空位的结合等)都使晶格的周期性受到破坏,在晶体中造成一个原子尺寸大小的缺陷,称为点缺陷.此外,晶体缺陷还包括位错、层错、晶粒间界和杂质沉淀物.本文仅限于介绍几点缺陷. 很多点缺陷是晶体中电子(空穴)的有效束缚中心,形成的电子局域态,其能量往往位于半导体禁带之中,并与能带边的距离较大.这…     

缺陷态透射率可调的三缺陷层的一维光子晶体

利用传输矩阵方法，从理论上研究了三缺陷层一维光子晶体的光学性质.在缺陷层间距足够大以致于出现缺陷态简并的情况下，调节第一或第三个缺陷层的光学厚度，光子晶体缺陷态的透射率会发生最大程度的变化.这种结构可同时具有窄带滤波器和光开关的功能，据此提出了一种低阈值光开关的设计.把折射率可调的向列型液晶作为晶体的第三个缺陷层，并用4×4传输矩阵方法计算了其缺陷态透射率与电场电压的关系.     

磷酸铝(AlPO4)晶体中缺陷的X射线形貌研究

用X射线衍射形貌法研究了AlPO₄晶体中的微观缺陷。在所研究的晶体中,主要晶体缺陷是生长层,沉淀物和位错。位错密度在晶体表面附近最大,晶体中部较低。位错主要起源于热应力和由沉淀物或生长层所造成的晶格畸变。多数位错的柏氏矢量是b=(a+c)<1123>型,部分的是b=a[2110]。分析了晶体缺陷与生长条件之间的关系。控制生长过程中的温度波动,特别是晶体出炉时的冷却速度,对提高晶体完美性是重要的。 关键词：     

含负折射率材料1维光子晶体的偏振无关非全向的缺陷模

运用光学传输矩阵理论,研究了含负折射率材料1维光子晶体缺陷模的偏振特性。结果显示,零均折射率带隙中缺陷模对入射角和偏振有较强的依赖。通过对缺陷层参数的优化设计,得到了一系列的偏振无关非全向缺陷模,这是传统1维光子晶体中不能出现的。应用这些缺陷模,设计了低通、高通、带通空间滤波器。与传统光子晶体空间滤波器相比,这些空间滤波器具有偏振无关的优点。     

硅器件工艺过程中晶体滑移位错的引入和演变

半导体材料硅中存在的原生晶体缺陷(如位错、层错、旋涡缺陷)及半导体硅器件加工工艺过程中的诱生晶体缺陷(如外延层错、热氧化杆状缺陷、扩散导致的缺陷)都会给器件带来有害的影响.为了揭示缺陷是如何影响材料的结构和器件的性能,人们必须设法观察缺陷的位错、形貌,并研究它们是如何引入和演变的. 我们在60kw旋转阳极X光机上,用X射线形貌技术[1]跟踪双极集成电路基本工艺──外延、氧化、扩散过程,观察晶体滑移位错的引入和演变,并研究了滑移位错与器件成品率之间的相关性.在这方面,国内外都有过很好的工作[2,4],现将我们的实验结果报告如…