Na_5[B_2P_3O_(13)]晶体的紫外-远红外光谱分析

为了探索硼磷酸钠(Na_5[B_2P_3O_(13)],NBP)晶体可能具有的功能特性,发展适用不同光谱范围的硼磷酸盐材料,对其紫外-远红外光谱以及拉曼光谱进行了研究。实验测量了室温下NBP晶体在200～2 000 nm的紫外-可见-近红外透射和反射光谱、50～4 000 cm~(-1)远红外透射光谱以及拉曼光谱。首先根据光学常数间的关系,计算得到吸收系数、消光系数和折射率,并对计算得到的折射率采用Sellmeier方程进行拟合。然后分析由紫外到远红外的宽频透射光谱,最后对晶体的拉曼振动峰进行了指认。研究结果表明:在200～2 000 nm波长范围内最大吸收系数为3.1 cm~(-1),消光系数数量级为10~(-6),折射率在1.56～1.80之间,得到Sellmeier方程。在105～120 THz和150～375 THz频率范围内晶体透射率大于80%,在1.5～71 THz的声子吸收带的透射率几乎为零。晶体可作为某些波段的光学窗口材料或者特定波段的滤波器。     

太赫兹波频域的GaAs材料特性

利用返波振荡器(BWO)系统对不同电阻率的GaAs在太赫兹波段的透射谱进行了测试,并对太赫兹波透射谱进行了计算和分析,得到不同电阻率的GaAs材料在太赫兹波0.23～0.375THz波段范围的折射率、吸收系数和介电常数实部和虚部等光学特性参数.实验结果表明,不同电阻率的GaAs在整个测试太赫兹波频段内的折射率,吸收系数,介电常数实部和虚部均随着电阻率的增加而增加.高电阻率的GaAs材料对太赫兹波的吸收很小,其最小吸收系数可达到3.87×10-4cm-1.同时也表明采用返波振荡器系统研究分析GaAs在太赫兹波段特性是可行的.研究不同电阻率的GaAs在太赫兹波段的光学特性,对设计高效率太赫兹波天线具有重要意义.     

MOCVD法生长Ga、P掺杂的ZnO薄膜

采用金属有机化学气相沉积法在蓝宝石衬底上制备Ga、P掺杂的ZnO薄膜,分别采用X射线衍射、扫描电子显微镜、霍尔效应测试、光致发光谱对样品进行表征。通过Ga、P掺杂分别得到n、p型ZnO薄膜,n型ZnO薄膜的载流子浓度可以达到1×1019cm-3,p型ZnO薄膜的载流子浓度达到1.66×1016cm-3。所制备的ZnO薄膜具有c轴择优生长取向,并且p型ZnO薄膜具有较好的光致发光特性。     

半导体远红外反射镜中反射率和相位研究

以GaAs材料为例，研究了半导体远红外反射镜中的反射率和相位.通过拟合不同掺杂浓度下样品的远红外反射谱，得到了自由载流子的弛豫时间随掺杂浓度变化的经验公式，并把该规律应用到数值计算中.详细讨论了反射镜的结构和材料参数对反射率R和相位φ的影响.根据腔体内吸收率最高的判据得到了最优的反射镜的参数，并计算了这种优化后的反射镜的波长选择特性.最后，通过远红外反射光谱的测量，从实验上验证了这种反射镜的实际效果. 所得结论为半导体远红外器件中的反射镜设计提供了参考. 关键词： 远红外反射镜 反射率 相位     

透射式变掺杂GaAs光电阴极研究

 为了将变掺杂GaAs材料应用于微光像增强器,开展了透射式变掺杂GaAs光电阴极实验研究,制备了2种反转结构透射式变掺杂GaAs光电阴极。测试了玻璃粘接前后GaAs光电阴极载流子浓度变化,发现高温粘接后载流子浓度增加现象。通过测试高温激活的透射式变掺杂GaAs光电阴极发现,在450 nm～550 nm波段内,变掺杂GaAs光电阴极仍然具有较高的光谱响应。     

利巴韦林、磷酸氯喹、盐酸阿比多尔等抗病毒药物的红外光谱表征

自新冠肺炎(COVID-19)疫情爆发以来,国内外多家研究机构和企业都在加快推进新冠病毒(SARS-CoV-2)抗体药物的研发。药物多晶型限制了有效药物的研发进度。药物生产、存储和使用环境影响了药物的稳定性。红外光谱作为一种快速无损检测手段,可从振动光谱反映出药物结构、晶型甚至生产工艺上的差异大大提高了研发效率。首次以三种临床试验被认为治疗新冠肺炎有效药物：磷酸氯喹,利巴韦林和盐酸阿比多尔为例,利用傅里叶红外光谱仪测试得到它们在远红外(1～10 THz)和中红外(400～4 000 cm-1)波段的振动光谱。远红外光谱中,利巴韦林的特征峰位于：2.01,2.68,3.37,4.05,4.83,5.45,5.92,6.42和7.14 THz附近;磷酸氯喹的特征峰位于：1.26,1.87,2.37,3.06,3.78,5.09和6.06 THz附近;盐酸阿比多尔的特征峰位于：2.24,3.14,3.72,4.25和5.38 THz附近。结合密度函理论,选择B3LYP杂化泛函和6-311++G(d,p)基组,利用Crystal14和Gaussian16软件分析了光谱中所有特征峰对应的振动模式,实现了对振动光谱的精确指认。远红外波段,振动模式源自分子的集体振动。中红外波段,2 800 cm-1以下,振动模式主要源自基团的面内外弯曲和摇摆;2 800 cm-1以上,振动模式过渡为C—H,O—H和N—H键的面内伸缩。以考虑了周期性边界条件的晶体结构作为理论计算的初始构型,会让理论光谱与实验光谱更加吻合,尤其是在远红外波段和中红外400～1 000 cm-1的低频段。该研究对深入理解磷酸氯喹,利巴韦林和盐酸阿比多尔等抗病毒药物的药学特性,药物间相互作用,控制药物生产过程,指导药物存储和使用有重大意义。     

半绝缘GaAs的双调制反射光谱研究

半导体材料电子能带结构的确定对研究其物理性质及其在半导体器件方面的应用有重要意义.光调制反射光谱是一种无损和高灵敏度的表征半导体材料电子能带结构的光学手段.光调制反射光谱中激光调制导致的材料介电函数的变化在联合态密度奇点附近表现得更为明显.通过测量这些变化,可以得到有关材料能带结构临界点的信息.然而在传统的单调制反射光谱中,激光调制信号的光谱线型拟合和临界点数目的分析往往被瑞利散射和荧光信号所干扰.本文将双调制技术与双通道锁相放大器结合,消除了瑞利信号和荧光信号的干扰,获得了具有较高信噪比的调制反射光谱信号.双通道锁相放大器可以同时解调出反射光谱信号及其经泵浦激光调制后的细微变化量,避免了多次采集时可能存在的系统误差.利用这种技术,在可见激光(2.33 eV)泵浦下,我们测量了半绝缘GaAs体材料从近红外至紫外波段(1.1-6.0 eV)的双调制反射光谱,获得了多个能带结构临界点的信息.探测到了高于泵浦能量之上的与GaAs能带结构高阶临界点对应的特征光谱信号,说明带隙以上高阶临界点的光调制反射光谱本质是光生载流子对内建电场的调制,并不是来自该临界点附近的能带填充效应.这一结果表明双调制反射光谱能够对半导体材料能带结构带隙及其带隙以上临界点进行更准确的表征.     

不同背场的GaAs基单结太阳能电池伏安特性及分析

介绍了GaAs基太阳能电池的原理、等效电路及性能参数,基于集成电路工艺与器件计算机辅助工艺设计(TCAD)仿真工具,设计了背场分别为InAlGaP和InAlP的两种GaAs基太阳能电池,并对其结构和性能进行仿真。同时,通过分子束外延(MBE)设备制备了这两种太阳能电池,并测试了其伏安(IV)特性。在考虑并联电阻和串联电阻对太阳能电池伏安特性的实际影响后,仿真结果与实验结果基本一致。重掺杂(原子浓度为2×1018 cm-3)的InAlGaP作为GaAs太阳能电池背场时,伏安特性曲线是典型的太阳能电池的伏安特性。重掺杂(原子浓度为2×1018 cm-3)的InAlP作为GaAs太阳能电池背场时,伏安特性曲线呈现"S"形变化。分析结果表明,背场与基层形成漂移场,加速了光生少子在电池中的输运,提高了光生电流,同时,背场将光生少子反射回有源区,降低了背表面的复合概率。当InAlP作为背场时,由于异质结的存在,影响了载流子的运输,在较小的偏压下,载流子主要通过隧道效应越过势垒,在较大的偏压下,载流子主要通过热电子发射越过势垒,因此伏安特性曲线呈现"S"形变化。     

Li掺杂ZnO纳米棒的导电和发光特性(英文)

利用气相输运方法,在(111)面硅衬底上制备了名义上原子数分数为2%的Li掺杂的ZnO纳米棒(样品A)。作为比较,我们在相同的生长条件下制备了没有任何掺杂的ZnO纳米棒(样品B)。XRD分析测试表明:样品A和样品B中的ZnO纳米棒具有纤锌矿六边形结构,没有其他氧化物,例如Li2O。Hall效应测量表明:样品A导电类型为p型,空穴载流子浓度为6.72×1016cm-3,空穴载流子迁移率为2.46 cm2.V-1.s-1。样品B为n型,电子载流子浓度为7.16×1018cm-3,电子载流子迁移率为4.73 cm2.V-1.s-1。低温光致发光光谱测试表明,样品A和样品B发光峰明显的区别是位于3.351 eV(样品B)和3.364 eV(样品A)处。根据文献报道,在没有掺杂的ZnO中,3.364 eV发光峰源于施主束缚激子发光。通过变温光致发光光谱的测试,证明了在样品A中,位于3.351 eV的发光峰源于受主束缚激子发光,其光学受主能级位于价带顶142meV处。     

超薄金属膜在太赫兹波段的光学特性研究

超薄金属膜在太赫兹波段的探测器、反射镜、波导器件以及太赫兹量子级联激光器中得到了广泛应用。超薄金属膜的光学常数不仅是这些器件设计中不可缺少的参数,而且是开发新型光电材料的一个重要依据。文章运用太赫兹差分时域光谱技术对超薄金属铬、镍和钛膜的光学特性研究,获得其在太赫兹波段的折射率和消光系数,并根据菲涅尔公式计算入射介质为高阻GaAs时,GaAs/Metal界面的反射谱,三种金属在0.3～1.5THz的波段范围内的平均反射率均超过80%。研究超薄金属膜在太赫兹波段的反射特性,为设计性能优良的太赫兹辐射源、探测器及太赫兹光学元件奠定基础。     

Application of Free Carrier Absorption for Far-Infrared Detection

Far-infrared (FIR) free-carrier absorption characteristics for epitaxially grown p-type Si and GaAs thin films over a range of carrier concentrations have been investigated, both experimentally and theoretically, and employed to analyze the experimental results of FIR detection. The free-hole absorption is found to be almost independent of the wavelength and a linear regression relationship between the absorption coefficient and the carrier concentration has been obtained, which can be applied to well explain the behavior of GaAs FIR detectors with different number of layers, different applied biases, as well as different layer concentrations.     

Spin-sensitive bleaching and monopolar spin orientation in quantum wells

Spin-sensitive bleaching of the absorption of far-infrared radiation has been observed in p-type GaAs/AlGaAs quantum well structures. The absorption of circularly polarized radiation saturates at lower intensities than that of linearly polarized light due to monopolar spin orientation in the first heavy-hole subband. Spin relaxation times of holes in p-type material in the range of tens of ps were derived from the intensity dependence of the absorption.     

1,4-萘醌的太赫兹,远红外及低频拉曼光谱研究

本文对1,4-萘醌进行了太赫兹时域光谱,远红外吸收光谱及低频拉曼散射谱的测试研究。1,4-萘醌的太赫兹吸收光谱与远红外谱仪测得的光谱取得了在1.75 THz(58.3 cm-1)/1.63 THz(54.3 cm-1)等处吸收峰位基本相同、两者相互佐证和补充的结果。将太赫兹和远红外吸收谱与低频拉曼散射谱进行比较,表明两种选择机制不同的光谱在1.04,1.72和4.59 THz等处的峰位基本重合,结合群论的不可约表示理论分析,表明该样品在低频波段具有拉曼活性和红外活性的振动属性(A1、B1或B2)。采用Gaussi-an03软件的密度泛函理论B3LYP函数和6-311基组模拟单分子红外与拉曼光谱,结合实验分析,对部分分子基团或原子振转模式给与了指认。     

Difference of optical properties between porous alumina and sapphire using two-substrate method at elevated temperature

We report on simultaneous measurements of the emittance, transmittance and reflectance of a porous alumina under same environment at 573 K, which has not been obtained. It is demonstrated that the correction of substrate radiation and multiple reflections is important for the accurate measurement of infrared (IR) optical properties of porous materials in a two-substrate method. We deduced the extinction, absorption and scattering coefficients of the alumina from the measured three quantities, based on the classical geometry model. The coefficients explain the difference of the IR optical properties between the alumina and the sapphire. The increasing reflectance of the alumina with thickness, unlike the sapphire, is attributed to the relatively high scattering coefficient at short wavelengths.     

利用梯度掺杂获得高量子效率的GaAs光电阴极

获得高量子效率且稳定性良好的阴极一直是近年来发展GaAs光电阴极的重要方向。对晶面为(100),掺杂Be,厚度为1μm分子束外延生长的反射式GaAs发射层,设计了一种从体内到表面掺杂浓度由高到低分布的新型梯度掺杂结构。掺杂浓度的范围从1×1019cm-3到1×1018cm-3,并利用(Cs,O)激活技术制备了GaAs光电阴极。光谱响应测试曲线显示,与传统均匀掺杂的GaAs光电阴极相比,梯度掺杂的GaAs光电阴极的量子效率在整个波段都有提高,积分灵敏度可达1580μA/lm,且具有更好的稳定性。讨论了这种新型GaAs光电阴极获得更高量子效率的内在机理。该设计结构是现实可行的,且具有很大发展潜力,它为国内发展高性能GaAs光电阴极提供了一条重要途径。     

Detecting a true quantum pump effect

Reflectance measurements from p-type GaSb:Zn epitaxial films with different hole concentrations (10¹⁷–10¹⁸ cm^-3) have been investigated over the frequency region of 100–1000 cm^-1. A minimum broadening feature corresponding to the hole plasmon was observed in the reflectance spectra. The experimental infrared spectra were well fitted using a Lorentz-Drude dispersion model. The real part ε₁ of the dielectric function decreases with increasing hole concentration. However, the imaginary part ε₂ increases with hole concentration in the far-infrared region. This indicates that the acoustic- and optic-phonons mainly participate in the free carrier absorption processes. The hole mobility obtained from Hall-effect measurements is slightly larger than that derived from optical measurements and the average ratio of mobilities is estimated to be 1.33. Owing to overdamping effects, the upper branch of longitudinal-optical phonon plasmon (LPP) coupled modes was observed. The upper LPP⁺ frequency increases with hole concentration and it shows a transition from phonon-like to plasmon-like behavior. A theoretical analysis with solutions in the complex frequency plane describes these experimental results.     

GaAs／GaAlAs脊型波导交变式Δβ耦合器

研制了具有肖特基势垒电极的ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ双异质结脊型波导交变式Δβ耦合器．通过合理设计器件结构，降低波导层中载流子浓度和上、下包层中Ａｌ的含量，以及采用反应离子刻蚀和剥离等技术，使器件总损耗降为１０ｄＢ，消光比为２６．８ｄＢ，器件在１．３μｍ下实现单模工作．     

在不同衬底温度下用直流反应磁控溅射法制备p型ZnO薄膜

采用直流反应磁控溅射方法,通过改变衬底温度并优化生长参数,在玻璃衬底上生长了In-N共掺p型ZnO薄膜。X射线衍射(XRD)测试表明,所得薄膜结晶性能良好,且具有很好的c轴择优取向。Hall测试的结果所得p型ZnO薄膜最低电阻率为35.6Ω·cm,霍尔迁移率为0.111cm2·V-1·s-1,空穴浓度为1.57×1018cm-3。X光电子能谱(XPS)测试表明,铟元素已有效地掺入了ZnO薄膜中,且铟元素有效地促进了氮元素的掺入。紫外可见(UV)透射谱测试表明,在可见光范围内所有薄膜透光率均可达90%。     

透射式GaAs光电阴极材料的MOCVD生长

用常压MOCVD装置,制备了透射式GaAs光电阴极材料。发射层P-型GaAs掺杂浓度到10¹⁸-10¹⁹cm^-3,少子扩散长度到4.02μm。AlGaAs层的Al组分含量到0.83,其吸收光谱长波限与设计值基本符合。利用此材料进行了阴极激活实验,制成了透射式GaAs光阴极。