红外焦平面技术的重要进展—单片式SiGe红外焦平面阵列的物理基础和关键技

由ＳｉＧｅ合金与Ｓｉ构成的应变层异质结构、量子阱是８０年代中期发展起来的一种新型半导体材料。本文着重讨论了单片式ＳｉＧｅ红外焦平面阵列的物理基础、高质量ＳｉＧｅ材料的制备以及低温ＳｉＧｅ器件研制中的几个关键技术。     

红外焦平面技术的重要进展──单片式SiGe红外焦平面阵列的物理基础和关键技术

由ＳｉＧｅ合金与Ｓｉ构成的应变层异质结构、量子阱是８０年代中期发展起来的一种新型半导体材料。本文着重讨论了单片式ＳｉＧｅ红外焦平面阵列的物理基础、高质量ＳｉＧｅ材料的制备以及低温ＳｉＧｅ器件研制中的几个关键技术。     

1.55μmSi_(1-x)Ge_x光波导与Si_(1-x)Ge_x/Si多量子阱探测器集成的优化设计

对１．５５μｍ波长的Ｓｉ１－ｘＧｅｘ光波导和Ｓｉ１－ｘＧｅｘ／Ｓｉ多量子阱（ＭＱＷ）红外探测器的集成器件结构进行了系统的分析和优化设计。优化结果为：１）对Ｓｉ１－ｘＧｅｘ光波导，Ｇｅ含量ｘ＝０．０５，脊宽、高和腐蚀深度分别为８、３和２．６μｍ；２）对Ｓｉ１－ｘＧｅｘ／Ｓｉ多量子阱红外探测器，Ｇｅ含量ｘ＝０．５，探测器由厚度为５５０ｎｍ、２３个周期的６ｎｍＳｉ０．５Ｇｅ０．５＋１７ｎｍＳｉ组成，长度约２ｍｍ。结果表明，这种结构器件的内量子效率可达８８％。     

退火及铟含量对InGaAs量子点光学特性的影响

研究了退火条件和 Ｉｎ 组份对分子束外延生长的 Ｉｎ Ｇａ Ａｓ 量子点（分别以 Ｇａ Ａｓ或 Ａｌ Ｇａ Ａｓ 为基体）光学特性的影响。表明：量子点中 Ｉｎ 含量的增加将导致载流子的定域能增加和基态与激发态之间的能量间隔增大。采用垂直耦合的量子点及宽能带的 Ａｌ Ｇａ Ａｓ 基体可增强材料的热稳定性。以 Ａｌ Ｇａ Ａｓ 为基体的 Ｉｎ Ｇａ Ａｓ 量子点,高温后退火工艺 （ Ｔ＝ ８３０℃）可改善低温生长的 Ａｌ Ｇａ Ａｓ 层的质量,从而改善量子点激光器材料的质量。     

势垒区δ掺杂量子阱Ge03Si07／Si／Ge03Si07的子带间跃迁光吸收系数

采用包络函数方法对生长在Ｇｅ０３Ｓｉ０７（００１）衬底上势垒区δ掺杂量子阱Ｇｅ０３Ｓｉ０７／Ｓｉ／Ｇｅ０３Ｓｉ０７的电子能带结构及子带间光吸收特性进行了自洽的计算．对光吸收系数与量子阱的阱宽、δ掺杂位置及δ掺杂密度间的变化关系进行了讨论．最后对由高浓度的二维电子气的退极化效应所引起的频率位移进行了研究     

用泵浦-探测方法研究ZnCdSe量子阱/CdSe量子点复合结构中的激子衰减

用飞秒泵浦－探测方法测量了ＺｎＣｄｓｅ量子阱／ＺｎＳｅ／ＣｄＳｅ量子点复合结构样品的透射特性。样品中ＺｎＳｅ垒层厚度为 １５ｎｍ,泵浦一探测结果得到上升沿时间为 ３６７±６０ｆｓ,下降沿时间为１．３±０．２ｐｓ。获得ＺｎＣｄＳｅ量子阱中激子寿命约为１ｐｓ。     

能谷间相互作用对量子阱Ge_(0.3)Si_(0.7)/Si/Ge_(0.3)Si_(0.7)的电子能带结构的影响

采用建立在经验赝势理论基础上的推广ｋ·ｐ方法及电流密度算符技术，计算了生长在Ｇｅ０３Ｓｉ０７（００１）衬底上的量子阱Ｇｅ０３Ｓｉ０７／Ｓｉ／Ｇｅ０３Ｓｉ０７的导带电子束缚能级．详细地研究了因能谷间相互作用而引起的能级分裂情况，同时也讨论了电子束缚能级在阱平面方向上的色散关系     

ZnSe－CdZnse多量子阱光双稳器件的研制

本文采用电化学选择性腐蚀工艺对ＧａＡｓ衬底蚀孔，在其上获得了大面积具有光滑表面的Ⅱ－Ⅵ族半导体多量子阱外延膜．通过在其表面蒸镀反射膜，制成了高质量的Ｆ－Ｐ腔，制备出ＺｎＳｅ－ＣｄＺｎＳｅ多量子阱Ｆ－Ｐ腔光双稳器件．     

1.55μmSi1—xGex光波导在Si1—xGex／Si多量子阱探测器集成的优…

对１。５５μｍ波长的Ｓｉ１－ｘＧｅｘ光波导和Ｓｉ１－ｘＧｅｘ／Ｓｉ多量子阱红外探测器的集成器件结构进行了系统的分析和优化设计。优化结果为：１）对Ｓｉ１－ｘＧｅｘ光波导，Ｇｅ含量ｘ＝０．０５，脊宽，高和腐蚀深度分别为８，３和２．６μｍ，２）对ＳＩ１－ｘＧｅｘ／Ｓｉ多量子阱红外探测器，Ｇｅ含量ｘ＝０．５，探测器由厚度为５５０ｎｍ，２３个周期的６ｎｍＳｉ０．５ＧＥ０．５＋１８ｎｍＳｉ组成，长度约２ｍｍ。     

Si Ge量子阱和超晶格的光发射

系统地介绍了近几年来国内外对ＳｉＧｅ量子阱及短周期超晶格光发射的研究现状。由于Ｓｉ，Ｇｅ材料及器件在微电子学领域内的无可比拟的优越性，所以，超过９０％的芯片技术是Ｓｉ基的，然而，由于Ｓｉ，Ｇｅ是间接带隙，载流子跃迁几率小，其光电应用受到很大的限制，为此，人们作出了不懈的努力，并取得了可喜的进展。     

多层GaSb(QDs)/GaAs生长中量子点的聚集及发光特性

通过对多层GaSb量子点的生长研究,发现随着生长层数的增加,量子点尺寸逐渐变大,密度没有明显变化,并且量子点出现了聚集现象;当层数增加到一定数量、量子点聚集到一定大小时,聚集的量子点处会出现空洞。这些现象表明,各层量子点在生长过程中存在关联效应,并且GaAs层不能很好地覆盖在聚集的量子点之上,在继续生长其它量子点层时,聚集的量子点处在高温下出现GaSb的蒸发,从而出现空洞。PL谱出现了很宽的量子点发光峰,这很可能是由于多层量子点在生长时大小分布较宽而导致的结果。     

光致发光谱研究自组织InAs双模量子点态填充

采用固态源分子束外延技术在GaAs(100)衬底上,制备了InAs量子点,对样品进行原子力显微镜测试,统计结果表明量子点尺寸呈双模分布.光致发光谱研究表明,在室温和77 K下,小量子点的发光峰均占主导地位,原因可能是:(1)大量子点的态密度小于小量子点;(2)捕获载流子速率,大量子点小于小量子点;(3)大量子点与盖层存在较大的应变势垒和可能出现的位错和缺陷,导致温度变化引起载流子从小尺寸量子点转移到大尺寸的量子点中概率很小.     

Quantum dots in quantum well structures

Recent progress toward fabricating and characterizing quantum dots in III–V quantum well structures is reviewed. Quantum dots made by use of lithography and etching, including deep-etched, barrier-modulated, strain-induced and interdiffused quantum dots, are described. Quantum dots fabricated by growth, including natural quantum dots, dots on patterned substrates, and self-assembled dots, are discussed. Dot sizes and uniformity, energy-level splittings, and luminescence efficiencies that are now being achieved are discussed. The status of key issues, such as the energy relaxation in quantum dots, is mentioned.     

InAs自组装量子点GaAs肖特基二级管的电学特性研究

分析研究了GaAsInAs自组装量子点的电输运性质,通过对实验数据的分析,讨论了Schottky势垒对InAs量子点器件的影响和IV曲线中迟滞回路以及电导曲线中台阶结构产生的原因.迟滞回路和台阶的出现与电场中量子点的充放电过程相关:迟滞回路反映了量子点充电后对载流子的库仑作用,而电导台阶则反映了量子点因共振隧穿的放电现象 关键词： 迟滞现象 自组装量子点 共振隧穿     

Fixed-distance coupling and encapsulation of heterogeneous quantum dots using phonon-assisted photo-curing

We propose a novel method of coupling heterogeneous quantum dots at fixed distances and capsulating the coupled quantum dots by utilizing nanometric local curing of a photo-curable polymer caused by multistep electronic transitions based on a phonon-assisted optical near-field process between quantum dots. Because the coupling and the capsulating processes are triggered only when heterogeneous quantum dots floating in a solution closely approach each other to induce optical near-field interactions between them, the distances between the coupled quantum dots are physically guaranteed to be equal to the scale of the optical near fields. To experimentally verify our idea, we fabricated coupled quantum dots, consisting of CdSe and ZnO quantum dots and a UV-curable polymer. We also measured the photoluminescence properties due to the quantum-dot coupling and showed that the individual photoluminescences from the CdSe and ZnO quantum dots exhibited a trade-off relationship.     

CdSe量子点膨润土复合材料的制备与表征

首先以CdCl₂·2.5H₂O、SeO₂和NaBH₄为反应物,制备巯基丁二酸稳定的CdSe量子点。然后将有机膨润土与CdSe量子点溶液混合并充分搅拌,制备负载CdSe量子点的膨润土发光材料,用荧光光谱、扫描电镜和X射线粉末衍射等分析测试手段对所得材料的光谱性能与微观结构进行表征。光谱分析表明,量子点膨润土复合材料的发光颜色与量子点溶液非常一致;X射线光电子能谱分析表明,复合后的材料中含有Cd 和 Se两种元素;此外,在量子点膨润土复合材料X射线粉末衍射谱中可见CdSe量子点（111）、（220）及（331）3个晶面的衍射峰,2θ=4.3°处出现膨润土（001）衍射峰。数据表明,在制备的CdSe量子点膨润土复合材料中,量子点和膨润土的结构都没有改变。     

近红外量子点的发光机理研究

近红外量子点具有独特的光学性质,如荧光量子产率高,荧光寿命长,荧光发射波长可调,半峰宽窄且斯托克斯位移较大,耐光漂白能力强等, 及“近红外生物窗口”的优势,使它们在生物荧光标记、太阳能电池、量子化计算、光催化、化学分析、食品检测及活体成像等领域具有巨大的潜在应用价值。目前对近红外量子点的发光机理研究还不够完善,针对国内外的研究现状,重点对核/壳结构的量子点(CdTe/CdSe,CdSe/CdTe/ZnSe等)、三元量子点(Cu-In-Se,CuInS₂等)和掺杂型量子点(Cu∶InP等)三种不同类型近红外量子点的发光机理进行了综述。其中,Type-Ⅱ型核/壳结构量子点的发光机理多为带间复合发光,三元量子点以本征缺陷型发光为主,掺杂型量子点多为杂质缺陷型发光。探讨了近红外量子点发光原理存在的问题及发展的方向。对近红外量子点的发光机理进行系统地研究不仅有助于我们理解近红外量子点的发光性质,而且对完善相似高品质量子点的合成方法具有重要意义。     

基于CuInS2/ZnS核壳结构量子点的高光效暖白光LED

采用逐步热注射法合成了用于白光LED的CuInS₂/ZnS(CIS/ZnS)核壳结构量子点.通过调整Cu/In的比率, 在CuInS₂(CIS)量子点的基础上, 合成了发射波长在570~650 nm之间可调的CIS/ZnS量子点.与CIS量子点的低量子产率相比, 具有核壳结构的CIS/ZnS量子点的量子产率达到了78%.通过在黄光荧光粉YAG :Ce³⁺表面旋涂CIS/ZnS量子点的方式制备了暖白光LED器件.在工作电流为10 mA时, 暖白光LED的发光效率达到了244.58 lm/W.由于CIS/ZnS量子点的加入, 所制备的白光LED器件的显色指数达到86.7且发光颜色向暖色调发生了转移, 相应的色坐标为(0.340 6, 0.369 0).     

巯基丙酸分子对CdSe核壳量子点和 ZnO纳米粒子薄膜之间电荷转移的影响

通过稳态光谱和时间分辨荧光光谱研究了巯基丙酸(MPA)分子对由量子点到ZnO纳米粒子薄膜的电荷转移过程的影响。研究发现,相对于CdSe纳米粒子薄膜样品,没有MPA分子参与作用的CdSe/ZnO薄膜样品和有MPA分子连接的CdSe/MPA/ZnO薄膜样品中都存在从CdSe量子点到ZnO纳米粒子薄膜的有效电荷分离过程,但是相对于CdSe/ZnO样品, CdSe/MPA/ZnO样品中电荷转移速率明显变小。这表明MPA分子本身它并不能促进CdSe到ZnO电荷分离过程,因此可以认为用金属氧化物薄膜直接吸附量子点吸收材料,将能获得高功率转换效率的量子点敏化太阳能电池。     

Fast synthesize ZnO quantum dots via ultrasonic method

Green emission ZnO quantum dots were synthesized by an ultrasonic sol–gel method. The ZnO quantum dots were synthesized in various ultrasonic temperature and time. Photoluminescence properties of these ZnO quantum dots were measured. Time-resolved photoluminescence decay spectra were also taken to discover the change of defects amount during the reaction. Both ultrasonic temperature and time could affect the type and amount of defects in ZnO quantum dots. Total defects of ZnO quantum dots decreased with the increasing of ultrasonic temperature and time. The dangling bonds defects disappeared faster than the optical defects. Types of optical defects first changed from oxygen interstitial defects to oxygen vacancy and zinc interstitial defects. Then transformed back to oxygen interstitial defects again. The sizes of ZnO quantum dots would be controlled by both ultrasonic temperature and time as well. That is, with the increasing of ultrasonic temperature and time, the sizes of ZnO quantum dots first decreased then increased. Moreover, concentrated raw materials solution brought larger sizes and more optical defects of ZnO quantum dots.