以PVP纳米纤维为模板采用原子层沉积法制备MgxZn1-xO纳米纤维及其光学性质研究

采用静电纺丝方法制备聚乙烯吡咯烷酮(PVP)纳米纤维,并以其为模板采用原子层沉积(ALD)方法制备不同Mg掺杂浓度的MgxZn1-xO纳米纤维。研究了不同Mg掺杂浓度对复合纳米纤维结构和光学性质的影响。利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、光致发光(PL)和紫外-可见光(UV-Vis)吸收谱对样品测试并进行表征分析。结果表明,Mg元素的掺入并没有改变ZnO纳米纤维的形貌,所有样品的表面形貌极其相似,只是掺杂后纤维直径有所增大;随着Mg掺杂浓度的增加吸收边逐渐发生蓝移,表明所制备MgxZn1-xO纤维的带隙具有可调节性。与此同时,在PL谱中可以观察到样品的紫外(UV)发光峰从377nm移动至362nm,且与不掺杂的样品相比,MgxZn1-xO纳米纤维的UV发光强度明显增强。通过这种方法可以合成组分可控的MgxZn1-xO纳米纤维。在ZnO中掺入Mg元素可以有效地提高ZnO-PVP纳米纤维的禁带宽度以及UV发射强度。     

254 nm低通滤光片的研制

根据紫外光学系统的设计要求,在K9基底上研制了254 nm高反射率、可见光谱区高透过率的低通滤光片.根据膜系设计理论,通过针法优化,获得了干涉型低通滤光片的膜系;对电子束蒸镀HfO_2和MgF_2材料进行了研究,解决了材料喷溅的问题,减少了薄膜的吸收;采用考夫曼离子源,通过优化工艺参数,提高膜层致密性,解决了光谱曲线漂移的问题,改善了成膜质量.     

基于时域有限差分法的Au纳米天线增强消光特性研究

利用时域有限差分法研究了Au纳米天线对GaSb纳米线的消光增强.通过分析不同形状Au纳米阵列的电场特性和光学特性,发现三角形为最优结构,并具有高强度共振吸收峰和高的电场增强倍数.分别对三角形尺寸和纳米线的间距进行调节,结果表明:随着尺寸由70nm增加到210nm,消光峰位从783nm单调增加到1 638nm,峰位强度和电场增强倍数逐渐增加,尺寸为210nm时的增强倍数为70nm时的6倍;随着间距由80nm增加到130nm,消光峰位从1 655nm减小到1 460nm,峰位强度和电场增强倍数略微减小.因此可通过先调节间距再调节尺寸的方法来设计Au纳米天线结构.     

MgxZn1-xO/Au/MgxZn1-xO夹层透明导电薄膜的制备及光电性质研究

采用操作简单的溶胶-凝胶法和射频磁控溅射法在石英衬底上分别制备了MgxZn1-xO薄膜和MgxZn1-xO/Au/MgxZn1-xO夹层结构的透明导电薄膜并对样品进行退火处理。利用紫外-可见分光光度计、X射线衍射仪、光致发光、霍尔效应测试对在不同退火温度下薄膜的晶体结构、光学和电学性质进行表征分析,并研究退火温度对其影响。测试结果表明:所制备的薄膜样品均具有良好的c轴(c-axis)取向并呈现出六角纤锌矿结构。Mg组分的增加使得ZnO基薄膜的光学带隙逐渐增大,PL发光谱和吸收光谱的谱线出现了明显的蓝移现象,但薄膜的电学特性有所降低。而在MgxZn1-xO/Au/MgxZn1-xO夹层结构的薄膜样品中,Au夹层的存在使薄膜的光学性质变差,在紫外区域透光率约为60%。但薄膜的电学性质得到明显改善,相比MgxZn1-xO薄膜,其电阻率和迁移率显著提高。此外通过高温退火处理可以有效提高所制备薄膜的晶体质量,进一步提高样品电学特性,其中经过500℃退火后的薄膜迁移率达到了40.9cm2·Vs-1,电阻率为0.005 7Ω·cm。但随着退火温度的进一步升高,薄膜晶体尺寸从25.1nm增大到32.4nm,从而降低了该薄膜的迁移率。因此该夹层结构的MgxZn1-xO/Au/MgxZn1-xO薄膜对于促进ZnO基透明导电薄膜在深紫外光学器件中的应用有重要作用。     

Si掺杂对GaAs纳米线发光特性的影响EI北大核心CSCD

采用分子束外延技术(MBE)在Si(111)衬底上生长了非掺杂和Si掺杂砷化镓(GaAs)纳米线(NWs)。通过扫描电子显微镜(SEM)证实了生长样品的一维性;通过X射线衍射(XRD)测试和拉曼光谱(Raman)证实了掺杂GaAs纳米线中Si的存在;通过光致发光(PL)研究了非掺杂和Si掺杂GaAs纳米线的发光来源,掺杂改变了GaAs纳米线的辐射复合机制。掺杂导致非掺杂纳米线中自由激子发光峰和纤锌矿/闪锌矿(WZ/ZB)混相结构引起的缺陷发光峰消失。     

扩散掺杂的p型ZnO薄膜的光学性质研究

采用原子层沉积技术(atomic layer deposition)在InP衬底上生长ZnO薄膜,并在不同温度下(500和700 ℃)进行热退火处理,将P掺杂进入ZnO,得到p型ZnO薄膜。样品的光学特性通过光致发光光谱(photoluminescence, PL)来测定,得出热退火温度是影响P扩散掺杂的重要因素,低温PL光谱中,700 ℃热退火1 h样品的光谱展现出四个与受主相关的发射峰：3.351,3.311,3.246和3.177 eV,分别来自受主束缚激子的辐射复合(A°X)、自由电子到受主的发射(FA)、施主受主对的发射(DAP)以及施主受主对的第一纵向声子伴线(DAP-1LO),计算得到受主束缚能为122 meV,与理论计算结果一致。通过热扩散方式实现了ZnO薄膜的p型掺杂,解决了制约ZnO基光电器件发展的主要问题, 对ZnO基半导体材料及其光电器件的发展有重要意义。     

GaAs纳米线晶体结构及光学特性

采用分子束外延技术在N-型Si (111)衬底上利用自催化生长机制外延砷化镓(GaAs)纳米线,对生长的纳米线进行扫描电子显微镜测试,纳米线垂直度高,长度直径均匀度好.对纳米线进行光致发光(photoluminescence, PL)光谱测试,发现低温10 K下两个发光峰P1和P2分别位于1.493 eV和1.516 eV,推断可能是纤锌矿/闪锌矿(WZ/ZB)混相结构引起的发光以及激子复合引起的发光;随着温度升高,发现两峰出现红移,并通过Varshni公式拟合得到变温变化曲线.对纳米线进行变功率PL光谱测试,发现P1位置的峰位随功率增加而蓝移,而P2位置的峰位不变.通过拟合发现P1峰位与功率1/3次方成线性相关,判断可能是WZ/ZB混相结构引起的Ⅱ型发光;同时,对P2位置的峰位进行拟合,P2为激子复合发光.对纳米线进行拉曼光谱测试,从光谱图中发现GaAs WZ结构特有的E_2声子峰,因此证明生长出的纳米线为WZ/ZB混相结构,并通过高分辨透射电子显微镜更直观地观察到纳米线的混相结构.     

生长中断法生长InAs/GaSbⅡ型超晶格材料表面形貌的研究

利用分子束外延技术,基于控制快门开关顺序的生长中断法,在GaSb衬底上生长了10周期和20周期的InAs(10 monolayer, 10 ML)/GaSb(10 ML)Ⅱ型超晶格材料。实验中,基于软件模拟对生长参数进行调控分析,实现了As-Sb高效的置换,有效地降低了界面的应力。通过双晶X射线衍射和原子力显微镜对超晶格样品表面形貌进行测试和表征,应变分别减少到0.64%和0.56%,均方根粗糙度仅为0.81 nm和0.45 nm,为后续器件的制备提供了基础。     

GaSb衬底外延InAs薄膜及光学性质研究

利用分子束外延技术在GaSb(100)衬底上先生长作为缓冲层以降低薄膜失配度的低Sb组分的三元合金InAsSb,再生长InAs薄膜.在整个生长过程中通过反射高能电子衍射仪进行实时原位监测.InAs薄膜生长过程中,电子衍射图案显示了清晰的再构线,其薄膜表面具有原子级平整度.利用原子力显微镜对InAs薄膜进行表征,结果显示较低Sb组分的InAsSb缓冲层上外延InAs薄膜的粗糙度比较高Sb组分的InAsSb缓冲层上外延InAs薄膜的粗糙度降低了约2.5倍.通过对不同Sb组分的三元合金InAsSb缓冲层上外延的InAs薄膜进行X射线衍射测试及对应的模拟,结果表明在较低Sb组分的InAsSb缓冲层上外延InAs薄膜的衍射峰半高峰宽较小,说明低Sb组分的InAsSb作为缓冲层可以降低InAs薄膜的内应力,提高InAs薄膜的结晶质量.利用光致发光光谱对高结晶质量的InAs薄膜进行发光特性研究,10 K下InAs的发光峰位约为0.418 eV,为自由激子发光.