RIG型磁光薄膜的研究进展及应用

随着光通信技术与光子集成电路的发展,非互易性器件作为光通信系统中重要的组成部分得到了越来越广泛的研究与应用。基于磁光效应制成的磁光隔离器和环行器是目前应用最为广泛的非互易性器件,为了将非互易性器件整块集成在硅片上,需制备性能与块状磁光材料相当的磁光薄膜。在近红外通信波段(1 550 nm),以钇铁石榴石(Y₃Fe₅O₁₂,YIG)为代表的稀土铁石榴石(RIG)具备优良的磁光效应,是最具应用前景的磁光材料之一。研究发现,使用稀土离子对YIG薄膜进行掺杂可以有效改善其磁光性能,尤其是Bi³⁺和Ce³⁺掺杂的YIG表现出巨法拉第效应。本文首先介绍了法拉第效应原理,介绍了三种常见磁光薄膜的生长方法,回顾了近年来的主要研究成果,介绍了磁光薄膜在光隔离器和环行器中的应用,最后对磁光薄膜的未来发展趋势进行了展望。     

6英寸低位错锗单晶生长热场设计

锗片作为衬底材料已在空间太阳电池领域得到广泛的应用,新型锗基空间太阳能电池对锗片的需求由4英寸(1英寸=2.54 cm)提高到6英寸后,低位错锗单晶的生长难度增大。本文设计开发了一种适用于直拉法生长大尺寸、低位错锗单晶的双加热器热场系统,模拟研究了不同形状主加热器的热场分布,从而得到最优的热场环境。研究发现:渐变长度为L/h=1/2、渐变率α为65°的渐变型主加热器热场结构能够获得最佳的热场分布,有利于低位错单晶的生长。经验证,生长的锗单晶热应力较低,位错密度在310～450 cm^-2范围内。     

Te溶剂Bridgman法CdMnTe晶体核辐射探测器的制备和表征

碲锰镉(CdMnTe)作为性能优异的室温核辐射探测器材料,可用于环境监测和工业无损检测领域。本文中采用Te溶剂Bridgman法生长In掺杂Cd_0.9Mn_0.1Te晶体,制备成10 mm×10 mm×2 mm大小的室温单平面探测器,研究了该探测器对²⁴¹Am@59.5 keV γ射线源的能谱响应。通过表征红外透过率、电阻率以及探测器能谱响应等参数,综合评定了探测器用CdMnTe晶体的质量、电学和探测器性能。结果表明,晶片的红外透过率均在55%以上,最好可达到60%。采用湿法钝化,100 V偏压下的漏电流由钝化前的9.48 nA降为钝化后的7.90 nA,钝化后的电阻率为2.832×10¹⁰ Ω·cm。在-400 V反向偏压下,CdMnTe探测器对²⁴¹Am@59.5 keV γ射线源的能量分辨率在钝化前后分别为13.53%和12.51%,钝化后的电子迁移率寿命积为1.049×10^-3 cm²/V。研究了探测器的能量分辨率随电压的变化特性,当偏压≤400 V时,探测器的能量分辨率主要由载流子的收集效率决定,而当偏压>400 V时,能量分辨率由漏电流决定。本文研究结果表明,Te溶剂Bridgman法生长的CdMnTe晶体质量较好,电阻率和电子迁移率寿命积满足探测器制备需求。     

Eu:Lu2O3透明闪烁陶瓷的制备与性能

采用湿化学法合成了Eu原子掺量5%的Lu₂O₃陶瓷前驱体,通过SEM、XRD研究了煅烧前后前驱体和1 100 ℃煅烧4 h后粉体的形貌、结构以及物相。结果表明煅烧后的粉体为纳米类球形、高分散且结晶性良好的颗粒。颗粒尺寸为68.5 nm。使用煅烧后的粉体为原料,在1 650 ℃真空烧结30 h制备了高透过率的Eu:Lu₂O₃陶瓷,晶粒尺寸为46 μm,在611 nm处的直线透过率可以达到66.3%。此外对陶瓷的吸收曲线、光致激发和发射光谱特性以及X射线激发发射光谱进行研究。可观察到,Eu:Lu₂O₃陶瓷存在基质和激活离子两类吸收,光致发光光谱和X射线激发发射光谱均可以看出Eu:Lu₂O₃陶瓷存在极强的⁵D₀→⁷F₂跃迁发光,位于611 nm处。对比商业的BGO单晶的X射线发射光谱,可得本实验中制备的陶瓷的光输出为85 000 ph/MeV。Eu:Lu₂O₃陶瓷本身有着高X射线以及高能粒子的阻止能力,结合高光输出特性,表明Eu:Lu₂O₃陶瓷在X射线成像等领域具有巨大的潜在应用价值。     

n-In0.35Ga0.65N/p-Si异质结的制备及其电学性能研究

采用双光路双靶材脉冲激光沉积(PLD)系统在p-Si衬底上外延生长InGaN薄膜,研究了InGaN薄膜的显微组织结构和n-InGaN/p-Si异质结的电学性能。研究表明,InGaN薄膜为单晶结构,沿[0001]方向择优生长,薄膜表面光滑致密,In的原子含量为35%。霍尔(Hall)效应测试表明In_0.35Ga_0.65N薄膜呈n型半导体特性,具有高的载流子浓度和迁移率及低的电阻率。I-V曲线分析表明In_0.35Ga_0.65N/p-Si异质结具有良好的整流特性,在±4 V时的整流比为25,开路电压为1.32 V。In_0.35Ga_0.65N/p-Si异质结中存在热辅助载流子隧穿和复合隧穿两种电流传输机制。经拟合,得到异质结的反向饱和电流为1.05×10^-8 A,势垒高度为0.86 eV,理想因子为6.87。     

无序激光晶体及其超快激光研究进展

激光是受激辐射的光放大,所辐射的波长取决于增益介质中关键电子的能级结构,特别是其最外层电子的状态决定了可能实现的激光特性。激光发展60年来,激光晶体作为激光的重要激活材料,推动了激光技术的进步和普及,是一个研究历史长而又异常活跃的研究领域。当前,超短超强脉冲激光在加工、医疗、国防等关系国计民生的领域有重要需求,适合超短超强激光的激光晶体成为了本领域的研究热点,其关键是揭示最外层电子的影响因素及设计和生长具有宽波段发射性能的激光晶体。本论文从探讨影响激活离子光谱性能的关键因素出发,综述了以本课题组十余年研究的10余种无序激光晶体为主要部分的研究结果和进展,涉及晶体生长、晶体物理、激光器件设计及应用等工作,包含了高级、中级和低级对称性晶体及其获得的最短脉冲激光结果,希望能为本领域的后续研究提供一定的参考和借鉴。     

InSb芯片碎裂与迸溅金点的关系

批量生产中经常发生的锑化铟(InSb)芯片碎裂问题制约着InSb红外焦平面探测器(IRFPAs)成品率的提升.经分析认为:低周期液氮冲击下发生在器件边沿区域的InSb芯片破碎与该区域中迸溅金点的存在有关.为从理论上明晰迸溅金点对InSb芯片局部碎裂的影响,本文建立了包含迸溅金点的InSb IRFPAs结构模型,分析了迸溅金点的存在对应力分布的影响.在此基础上,在应力集中处预置不同长度的初始裂纹用以描述InSb晶片中的位错,以能量释放率为判据,探究InSb芯片碎裂与迸溅金点和位错线长短的关系.结论如下:1)迸溅金点的存在对InSb芯片碎裂的影响是局部的,在迸溅金点与InSb芯片接触区域的两侧会形成两个应力集中点; 2)环绕预置裂纹的能量释放率会随着预置裂纹长度的增加而加速增大,当预置裂纹长度接近InSb芯片上表面时,能量释放率近乎指数增加,并在预置裂纹贯穿InSb芯片时达到最大值; 3)迸溅金点引起的InSb芯片破碎属于Ⅰ型断裂失效模式,在多周期液氮冲击中,位错线在应力集中效应的驱使下逐步扩展,直至贯穿InSb芯片,最终形成宏观碎裂失效现象.     

变刚度层叠梁的力学性能研究

为满足不同场景下的功能需求，变刚度结构得到越来越广泛的应用．以机器人手臂为例，在执行操作时，需要其手臂的结构刚度足够大，避免出现过大的扭曲和变形，而在与人交互时，又需要其结构足够柔软，以保证在此过程中与人交互的安全性．该类变刚度结构可根据需求通过外部激励在柔性和刚性状态之间自由切换．在该文章中，研究分析了层叠梁结构，通过理论推导和数值模拟，对其力学性能做出了很好的预测，同时为此类结构的研究提供了有效可靠的思路和方法．     

植酸镁基修饰电极的制备及其对双酚A的检测

采用水热法制备了植酸基材料（PAC）和植酸镁基复合材料（PA-Mg）,并用扫描电镜（SEM）, X射线衍射（XRD）, X射线光电子能谱（XPS）对PAC和PA-Mg进行了表征。分别采用循环伏安法（CV）和交流阻抗法（EIS）探究了2种材料的电化学性能,采用微分脉冲伏安法（DPV）探究了2种材料对双酚A(BPA)的响应。结果表明,相比PAC, PA-Mg表现出更优异的电化学性能,分别以PA-Mg和PAC为修饰材料,以玻碳电极（GCE）为基底电极构建PA-Mg/GCE和PAC/GCE。PA-Mg/GCE对BPA的响应电流值是PAC/GCE的2.2倍。PA-Mg/GCE在最佳检测条件下对BPA的线性响应范围为0.8～50μmol/L,检出限为0.1μmol/L,相关系数为0.996。将PA-Mg/GCE用于模拟废水中BPA浓度的测定,加标回收率在92.5%～101.5%之间。     

基于示差脉冲伏安法检测高纯铟电解液中铟离子

采用恒电位沉积法在玻碳电极上制备原位铋膜电极,利用循环伏安法、电化学交流阻抗探究玻碳电极和原位铋膜电极表面的电化学行为。对缓冲液pH、铋离子浓度、富集时间及电位等实验条件进行优化,利用示差脉冲伏安法实现高纯铟电解液中铟离子（In3+）的检测,In3+的溶出峰电流值和其浓度在0.6～2 mg/L范围呈线性关系,线性方程为c=0.061I+0.093,相关系数（R2）为0.998。在NaCl和明胶存在下,该方法仍能够有效地检测高纯铟电解液中In3+浓度。