退火氧化生成的硅锗低维结构的光致发光性质

用激光辐照辅助电化学刻蚀的方法加工硅锗薄膜样品,30min后,在样品表面形成了多孔状的结构,该结构在724nm处有很强的光致发光(PL)峰。将该多孔状结构的样品置于高温氧化炉中进行不同时间的退火氧化处理后,发现在不同的退火氧化条件下样品的PL光谱发生了明显的变化。通过分析,作者根据量子受限(QC)和量子限制-发光中心(QCLC)模型,建立了新的量子受限-晶体与氧化物界面态综合模型来解释样品PL发光的变化。     

半导体材料基因组计划:硅基发光材料

材料基因组计划旨在通过实验、计算和理论的有机整合协同创新, 实现新材料研发周期减半, 成本降低到现有的几分之一, 以期加速在清洁能源、国家安全、人类福利等方面的进步. 半导体材料的研究和发展奠定了半导体科学技术在当前人类社会发展中至关重要的地位, 半导体材料基因组计划的实施将促使半导体科学技术的研究和应用进入一个崭新的时代. 本文基于基因遗传算法理论设计硅基发光材料的研究工作探讨了半导体材料基因组计划的实施构想. 首先简单介绍了硅基发光的应用前景和开发硅基发光材料所面临的挑战. 随后介绍了基于模拟达尔文物种进化的基因遗传算法和高精度高性能的能带结构计算方法, 设定高效带边发光这一目标, 逆向设计拥有直接带隙发光的二维Si/Ge超晶格和一维Si/Ge核-多壳纳米线, 为实施半导体材料基因组计划提供了一个范例, 显示了材料基因组计划的强大力量和巨大价值. 最后对半导体材料基因组计划的实施提了几点建议.     

半导体低维体系简介

介绍了量子阱、量子线、量子点、半导体超晶格、二维电子气等典型的低维半导体结构及其性质和分析方法。     

半导体低维结构及应用

 信息产业是国民经济最主要的支柱之一,驱动信息产业高速发展的两个动力分别是它的器件制造和软件开发,而信息产业中最具有新原理、新功能的器件制造又完全依赖于半导体物理的研究与发展,各个发达国家和地区无不在半导体物理研究领域投入大量人力和物力,以满足社会发展、人们生活和国防安全的需求。随着人类社会对信息量需求的不断增加,微电子技术正向它的“极限”挑战,基于低维材料量子力学效应的纳米电子学、光电子学、量子计算和量子通信等正受到广泛的重视,低维材料已成为当前材料学研究的热点之一。     

硅基发光材料研究进展

微电子技术是高技术中的关键技术，硅是微电子技术的基础材料，但是硅是一种非发光材料，为了发展光电集成技术，必须大力发展硅基发光材料，多孔硅是一种有希望的硅基发光材料，它表明纳米晶粒中的量子限制效应对光发射是极有效的，随之涌现出一系列量子限制硅基发光材料，为发展光电子集成提供了新的途径。     

多孔硅锗的制备及其近红外发光增强

用激光照射辅助电化学刻蚀硅锗合金样品能够形成多种低维纳米结构。在硅锗合金上形成的多孔状结构在波长为725 nm处有很强的光致发光(PL)峰,PL的增强效应不能单独用量子受限模型来解释。我们提出新的模型来解释这种低维纳米结构的PL增强效应。     

低维半导体材料应变分布

在各向同性弹性理论的假设下，探讨了理想简单化的二维、一维与零维半导体材料量子阱、量子线与量子点的应力和应变分布规律，并讨论了它们应力、应变与应变能密度分布之间的差异.结果有助于定性理解更复杂形状结构的低维半导体材料的应力、应变及应变能分布. 关键词： 低维材料 应变分布 量子阱 量子线 量子点     

氢钝化对硅纳米晶发光强度的影响

通过热蒸发方法在单晶硅衬底上沉积了SiO/SiO₂超晶格样品,在氮气保护下对样品进行高温退火,得到硅纳米晶/SiO₂超晶格结构。随后将该结构样品分别注入3.0×1014和3.0×1015 cm-2两种剂量的H+。通过对样品的光致发光光谱的分析发现,H+注入后未经过二次退火的样品发光强度急剧下降;二次退火后的样品,随着退火温度的升高,发光强度逐渐增强;注入足够剂量的H+,其发光强度可以远远超过未注入时的发光强度。研究表明,样品发光强度的变化取决于样品内部缺陷面密度的改变,而缺陷面密度是由氢离子的注入剂量和注入后再退火的温度等因素决定的。     

低维半导体材料在非线性光学领域的研究进展

自从第一台红宝石激光器发明以来,研究人员将目光集中到激光这种普通光源达不到的强光上,由此发现了非线性光学材料以及一系列丰富多彩的相关特性—饱和吸收、反饱和吸收和非线性折射等,并将其运用到光电子器件、光开关器件和光通信当中.同时,随着工业生产对于器件集成度需求的提升,以普通三维材料为基础的器件已经难以达到应用要求,低维半导体器件的兴起将有望解决这个问题.所以,将非线性光学与低维半导体材料相结合是未来发展的重要趋势,量子点、量子线激光器和放大器的涌现也印证了这一点.本文通过对准零维量子点材料、准一维纳米线材料和二维纳米材料非线性光学前沿工作进行总结,为今后的研究提供参考.但是,低维材料由于稳定性、填充比例较低等问题,还需要进一步的研究以满足实用需求.     

超快速激光光谱学技术在晶态半导体低维材料中的应用

本文结合作者近年来的工作，评述了用超快速激光光谱学技术对晶态半导体低维材料研究的进展，分别讨论了用超快光谱研究晶态半导体低维材料中载流子各种非平衡过程的优势和原理，提出了需要进一步探讨的方面。     

Si基异质结构与应用前景

综述了９０年代以来ＳｉＧｅ／Ｓｉ等Ｓｉ基异质结构材料的优异特性的诱人的应用前景，着重介绍了能带工程为Ｓｉ基异质结构带来的新特性、新功能。     

低维限域结构中水与物质的输运

低维限域结构中水与物质的输运研究,对于解决界面化学和流体力学中的遗留问题十分关键.近年来,研究人员采用分子动力学模拟和实验手段研究低维限域结构中水与物质的输运,并将其应用于物质输运、纳米限域化学反应、纳米材料制备等领域.本文从理论和实验的角度总结一维和二维纳米通道的水与物质输运,介绍了本研究组提出的"量子限域超流体"概念,并用于解释纳米通道中超快物质的输运现象;在此基础上概述了一维纳米通道中的分子动力学模拟和水浸润性,以及外部环境(如温度和电压)对限域结构中水浸润性的调控,同时阐述了低维限域结构中的液体输运;对二维纳米通道中的分子动力学模拟、液体浸润性以及液体输运进行了综述;讨论了纳米通道限域结构在物质输运、纳米限域化学反应和纳米材料制备等领域的应用;对低维限域结构中水与物质输运面临的挑战和前景进行了展望.     

掺铒硅基材料发光的新途径

关键词：     

低维材料与光电子学的发展

光电子学的发展要求制作分子级的功能元器件，然而尺度为纳米级的材料会呈现新的光电特性，因此从理论上的实验上研究低维材料的性能和制备以及功能器件的结构具有重要的意义．     

硅基激光器已研制成功

为了在将来实现光电集成一体化，发展出能够实现受激发射的硅基器件结构是必不可少的．不幸的是，硅的非直接带隙结构使它不可能单独作为受激发射的有源介质．在过去已经采取很多种方案来解决这个问题，像使用硅纳米晶、Si／SiO2超晶格、多孔硅以及掺铒硅等等，并取得了很大的进展，而且已经报道制备出高效率的带边发射硅发光二极管(LED)．然而，一直没有达到通过电注入实现光增益和受激发射的目标．     

发光不衰减的多孔硅

用一种新的方法制备出了具有不同衰减的光致发光特性的多孔硅。如此制备的多孔硅新鲜样品,其发光峰位强度比普通多孔硅高２￣２．５倍,将样品在室温下暴露于空气中,其发光强度在前４个月中单调增加,然后达到饱和。在随后的８个月中,没有观察到发光衰减,发光峰位也没有发生变化,这种发光稳定性被归因子于多孔硅表面所形成的稳定的Ｆｅ－Ｓｉ键。文章探讨了发光不衰减、峰位不蓝移的机理,并为多孔硅发光的量子限域模型提供了强     

低维原子/分子晶体材料的可控生长、物性调控和原理性应用

本文介绍了高鸿钧课题组在物理所20年来的部分代表性工作.研究的主要方向为低维纳米功能材料的分子束外延可控制备、生长机制、物性调控及其在未来信息技术中的原理性应用.从材料的可控制备入手,结合第一性原理的理论计算,阐明材料生长机制和结构与物性的关系,进而实现物性调控和原理性应用.主要内容有:1)纳米尺度"海马"分形结构的形成及其生长机制;2)STM分辨率的提高及最高分辨Si(111)-7×7原子图像的获得;3)固体表面上功能分子的吸附、组装及其机制;4)稳定、重复、可逆的纳米尺度电导转变与超高密度信息存储;5)固体表面上单分子自旋态的量子调控及其原理性应用;6)原子尺度上朗德g因子的空间分辨及其空间分布不均匀性的发现;7)晶圆尺寸、高质量、单晶石墨烯的制备及原位硅插层绝缘化;8)几种新型二维原子晶体材料的可控构筑及其物性调控;9)"自然图案化"的新型二维原子晶体材料及其功能化.这些工作为低维量子结构的构造、物性调控及其原理性应用奠定了基础.