纳米VOx薄膜在空气中的电学特性退化研究

采用射频磁控溅射法在氮化硅衬底上沉积纳米VO_x薄膜,利用X射线衍射、原子力显微镜分别对薄膜的结晶形态及表面形貌进行表征.研究了纳米VO_x薄膜在空气中长时间暴露后的方块电阻、热滞回线等电学特性的变化情况,并分析这些变化给器件带来的影响.利用X射线光电子能谱仪、傅里叶变换红外光谱仪分析对比新制与久置薄膜的组分及分子结构差异.研究表明,暴露在空气中的纳米VO_x薄膜方块电阻增大是因为低价钒离子被吸附氧原子氧 关键词： x薄膜')" href="#">纳米VO_x薄膜 磁控溅射 电学特性 退化     

有机电光晶体4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶对甲基苯磺酸盐的太赫兹光谱研究

采用色散校正的密度泛函理论(dispersion-corrected density functional theory,DFT-D2)对有机电光晶体4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶对甲基苯磺酸盐(4-N,N-dimethylamino-4′-N′-methyl-stilbazolium tosylate,DAST)进行结构优化和太赫兹光谱计算,通过逐步提高精度进行几何优化的方法寻找DAST收敛的基态稳定结构,获得与DAST初始结构相一致的基态稳定结构.在此结构的基础上,在0—4 THz范围的太赫兹计算光谱与实验测量结果一致,说明采用DFT-D2进行优化的合理性.重要的是,首次通过计算的太赫兹光谱对DAST在0—4 THz范围的太赫兹吸收峰的振动模式进行了详细归属.结果表明:1.12 THz处的振动是DAST阴阳离子的光学声子模式,1.46 THz和1.54 THz两处的振动主要与磺酸盐有关,而2.63 THz和3.16 THz两处的振动则分别源于阳离子的扭转振动和阴离子的转动.该结果不仅很好地说明了阴阳离子分别在太赫兹响应中的贡献,而且为今后通过取代阴阳离子基团获取具有更高二阶非线性效应的DAST衍生物的新合成提供了重要的参考和指导.本文结果说明密度泛函理论在太赫兹光子学上的重要应用,对探究有机电光晶体的太赫兹响应物理原理、性能控制等具有重要的指导价值.     

四苯基卟啉锌-单壁碳纳米管复合薄膜的制备与光电特性研究

使用喷涂法制备了四苯基卟啉锌(ZnTPP)薄膜及ZnTPP-单壁碳纳米管复合薄膜。采用金相显微镜、扫描电子显微镜、台阶仪、四探针测试仪、紫外-可见光分光光度计、傅里叶红外光谱仪对薄膜的形貌、电学及光学性能等进行了系统的测量,研究了ZnTPP薄膜及ZnTPP-碳纳米管复合薄膜的太赫兹响应特性。结果表明,ZnTPP的太赫兹指纹谱峰为44,57,77,88,95和102 cm-1,与文献[3]报道的棕树叶中叶绿素的指纹谱峰基本一致。重要的是,通过与碳纳米管相复合的方法,不仅使ZnTPP有机薄膜的均匀性及致密性得到了改善,还使后者的导电性及在紫外到太赫兹波段的光吸收性能获得明显增强。此外,还发现了复合薄膜在47及66 cm-1处出现新的太赫兹吸收峰,证明了碳纳米管和ZnTPP之间存在的相互作用。这种作用使复合薄膜的综合性能得到提高。结果表明,通过加入碳纳米管,能够对ZnTPP的薄膜质量以及电学和光学性能等进行有效的改善,使之具有综合优良的物理性能、具备光电器件的应用前景。研究成果对促进有机物的太赫兹光谱研究以及寻找新型太赫兹有机敏感材料等具有重要意义。     

Study of nanocrystalline VO2 thin films prepared by magnetron sputtering and post-oxidation

Nanocrystalline VO2 thin films were deposited onto glass slides by direct current magnetron sputtering and postoxidation. These films undergo semiconductor-metal transition at 70°C, accompanied by a resistance drop of two magnitude orders. The crystal structures and surface morphologies of the VO2 films were characterized by x-ray diffraction (XRD) and atomic force microscope (AFM), respectively. Results reveal that the average grain size of VO2 nanograins measured by XRD is smaller than those measured by AFM. In addition, Raman characterization indicates that stoichiometric VO2 and oxygen-rich VO2 phases coexist in the films, which is supported by x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) results. Finally, the optical properties of the VO2 films in UV-visible range were also evaluated. The optical band gap corresponding to 2p-3d inter-band transition was deduced according to the transmission and reflection spectra. And the deduced value, E opt2p-3d = 1.81 eV, is in good agreement with that previously obtained by theoretical calculation.     

非线性有机材料DAST的研究及应用

随着光通信、光信息处理技术等的快速发展,非线性光学材料越来越受到学术界与工业的关注。与无机非线性光学材料相比,有机非线性光学材料具有响应时间短、易于加工和高非线性系数等优点。其中,4-(4-二甲氨基苯乙烯基)甲基吡啶对甲苯磺酸盐(DAST)是人工设计的一种具有非中心对称性和较强极化率的有机非线性材料。大量理论和实验结果表明,DAST具有高二阶光学非线性系数、高电光系数、大双折射率差和低介电常数等特性,能够产生更快、更强的光学非线性响应,还具有优异的太赫兹波发射及吸收性能,是目前综合性能最优、应用最广、最具研究价值的非线性有机材料。近年光谱研究显示,DAST还表现出各向异性的太赫兹光谱特性。文章系统地总结了DAST晶体在太赫兹波发射、二次谐波产生、电光探测和电光调制等众多领域的国内外研究成果,还概括了我们团队近期在DAST基薄膜、太赫兹光谱、光电特性、超材料等新领域的研究进展。此外,还提出将准相位匹配法用于DAST晶体研究、利用电场或自组装膜诱导生长DAST晶体等新思路。对DAST成果的总结和梳理,将促进非线性DAST有机材料在电光调制器、频率转换器、THz探测器等重要领域的应用与理论研究,使其能够更加广泛地应用在光通信、光信息处理、军事技术等重要领域。     

再生纤维素太赫兹光谱的实验与理论研究

采用低温溶解法制备了再生纤维素膜, 运用扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪和X射线衍射仪对所制薄膜进行形貌和晶型表征。在此基础上, 结合太赫兹时域光谱和傅里叶变换红外光谱技术, 测量了再生纤维素膜的太赫兹光谱。据此, 详细指认了再生纤维素在太赫兹波段的特征峰, 指出再生纤维素的太赫兹透过率随波数的减少而增大的现象是由其无定形部分所导致。通过比较再生纤维素和脱脂棉在100～700 cm-1的光谱特性, 发现两者具有相似的峰形,但再生纤维素在此波段的特征峰相对于脱脂棉特征峰发生了不同程度的蓝移。据此, 提出了鉴别纤维素Ⅱ和纤维素Ⅰ_β同质异晶体的一种新方法。重要的是, 还采用CASTEP对纤维素Ⅱ晶体进行结构优化及光谱的理论研究, 并对再生纤维素的太赫兹特征峰进行了系统的归属。理论计算结果表明,再生纤维素在42和54 cm-1处的太赫兹特征峰分别是由平移振动和转动的晶格振动模式引起, 而位于68～238 cm-1间的太赫兹特征峰则与—CH₂OH基团的扭绞振动以及C—H及O—H的变形振动相关。此外, 351～583 cm-1范围内的吸收峰与C—O—C及吡喃环的骨架振动相关, 而611和670 cm-1两处的吸收峰则主要源于O—H的面外弯曲振动。结果不仅揭示了再生纤维素的物质结构与太赫兹光谱间的联系, 也为理论上研究部分结晶的聚合物及生物有机大分子等的太赫兹响应的物理原理提供了参考。     

热应力对非制冷红外焦平面微桥的影响及控制研究

非制冷红外焦平面阵列的微桥结构在微加工工艺中,由于温度的剧烈变化,在薄膜中产生热应力而引起微桥的变形,将对器件产生不利影响.利用有限元分析方法,对微桥在热应力作用下产生的变形进行了分析,提出了两种控制热应变的途径:1)选择一种低热膨胀系数、低杨氏模量的电极材料;2)在电极材料的表面沉积一层SiNx薄膜.仿真结果表明,两...     

溶胶凝胶制备氧化钒薄膜的生长机理及光电特性

采用溶胶凝胶法, 在不同的退火温度下制备了不同的氧化钒薄膜. 利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、高阻仪、紫外-可见分光光度计和傅里叶红外光谱仪等, 对薄膜的形貌、晶态、电学和光学特性进行了分析. 结果表明, 溶胶凝胶法获取V₂O₅薄膜的最佳退火温度为430 ℃, 低于此温度不利于使有机溶剂充分分解, 高于此温度则V–O键发生裂解、形成更多的低价态氧化钒. 本文制备的氧化钒薄膜具有较高的电阻温度系数和光吸收率, 适合应用在非制冷红外探测器中. 本文揭示了溶胶凝胶法制备氧化钒薄膜的生长机理. 关键词： 氧化钒薄膜 溶胶凝胶 光电特性 生长机理     

有机官能团的太赫兹光谱特征研究

采用傅里叶远红外光谱仪(FTIR),在室温条件下测量了多种饱和直链有机小分子的太赫兹光谱。测试结果显示,有机官能团的差异导致有机物的太赫兹光谱特征显著不同。其中,有机物的晶格振动吸收峰和分子间氢键的振动吸收峰分别位于太赫兹高频和低频波段。而且,饱和直链一元醇的—OH官能团产生的分子间氢键的特征峰位于57 cm-1,而三十烷酸的—COOH官能团产生的分子间氢键的特征峰则位于74 cm-1。分子间氢键使三十烷醇和三十烷酸对太赫兹辐射的吸收能力明显地强于三十烷烃。相比于三十烷醇,三十烷酸的太赫兹特征峰还发生有规律的红移和蓝移现象。此外,还采用密度泛函理论B3LYP/6-311G(d, p)基组对饱和直链烷烃、烷醇和烷酸的太赫兹光谱进行了仿真计算,发现分子间氢键作用越强的有机物的单体分子的仿真结果与实测光谱的吻合程度越低。二聚体结构的仿真结果与实测光谱的吻合程度明显地高于单分子结构。研究结果对利用FTIR研究其他有机官能团的太赫兹光谱特征、探索有机分子内部的振动模式、探究有机物太赫兹响应的物理原理及器件应用等具有重要意义。     

棕树叶的形貌、成分及光谱特性研究

利用傅里叶红外光谱仪-衰减全反射技术对不同棕树叶的太赫兹光谱进行了测量, 利用扫描电子显微镜及中红外光谱表征了样品的物理形貌与化学成分. 给出了叶绿素及类胡萝卜素的太赫兹指纹谱峰, 发现植物叶子的化学成分对光学响应的影响强于其物理形貌的影响. 在棕树叶的主要化学成分中, 叶绿素的太赫兹响应强于类胡萝卜素. 提出了植物光学研究以及太赫兹有机敏感材料研究的新方法, 获得了一些重要结果. 研究结果不仅有助于人们更加深入地了解植物的一些生理行为, 并可以从中得到启发, 为设计性能更高、针对性更强、应用更广的器件功能材料创造条件, 推动理论及应用研究的发展.