场助InP／InGaAsP／InP半导体光电阴极异质结能带的计算

采用双曲型的渐变函数,同时考虑加偏压时引起的阴极表面空间电荷区的变化,对场助InP/TnGaAsP/InP半导体光电阴极异质结的能带结构进行了详细的分析和计算,得到了在不同材料参数时,异质结能带结构的分布曲线.计算结果指出了达到理想的异质结传输效率时,发射层的厚度和掺杂浓度、吸收层的掺杂浓度、异质结界面处渐变区宽度以及场助偏压应满足的条件.它有助于场助半导体光电阴极的结构设计和材料参数的选择.     

1.25μm近红外场助光阴极材料InGaAsP/InP的液相外延

本文简要阐述了近红外场助光阴极的原理及对外延材料的要求。利用液相外延工艺并采用独特的掺杂技术生长出了用于近红外光电阴极的InP/InGaAsP 异质结结构。显微分析。x射线双晶衍射、电子探针、电化学C-V等测试结果表明外延层的结晶质量及电学性能符合设计的特殊要求,在此基础上制作的场助光电阴极量子效率在1.20μm处为3.5×10^-4,其响应波长可达1.25μm。     

1.25μm近红外场助光阴极材料InGaAsP/InP的液相外延

本文简要阐述了近红外场助光阴极的原理及对外延材料的要求。利用液相外延工艺并采用独特的掺杂技术生长出了用于近红外光电阴极的InP/InGaAsP 异质结结构。显微分析。x射线双晶衍射、电子探针、电化学C-V等测试结果表明外延层的结晶质量及电学性能符合设计的特殊要求,在此基础上制作的场助光电阴极量子效率在1.20μm处为3.5×10~(-4),其响应波长可达1.25μm。     

GaN/VSe2范德瓦耳斯异质结电接触特性及调控效应

降低金属-半导体界面的肖特基势垒并实现欧姆接触对于研发高性能肖特基场效应管非常重要.鉴于实验上已成功制备GaN及1T-VSe₂单层,本文理论构建GaN/1T-VSe₂异质结模型,并利用基于密度泛函理论的第一性原理研究了其稳定性、肖特基势垒特性及其调控效应.计算的形成焓及淬火分子动力学模拟表明构建的异质结是稳定的.研究表明:本征异质结为p型肖特基接触,同时发现施加拉伸或压缩应变,异质结始终保持p型肖特基接触不变,没有出现欧姆接触.而施加外电场则不同,具有明显的调控效应,较高的正向电场能使异质结从肖特基接触转变为欧姆接触,较高的反向电场能导致p型肖特基接触转变为n型肖特基接触.特别是实施化学掺杂,异质结较容易实现由肖特基接触到欧姆接触的转变,例如引入B原子能使GaN/1T-VSe₂异质结实现典型的欧姆接触,而C和F原子掺杂,能使GaN/1T-VSe₂异质结实现准欧姆接触.这些研究对该异质结的实际应用提供了理论参考,特别是对于研发新型高性能纳米场效应管具有重要意义.     

钙钛矿CsPbX3(X=Cl,Br,I)与五环石墨烯范德瓦耳斯异质结的界面相互作用和光电性能的第一性原理研究

异质结工程是一种提高半导体材料光电性能的有效方法.本文构建了全无机钙钛矿CsPbX₃(X=Cl,Br,I)和二维五环石墨烯penta-graphene(PG)的新型范德瓦耳斯(vdW)异质结,利用第一性原理研究了CsPbX₃-PG异质结不同界面接触的稳定性,进而计算了稳定性较好的Pb-X接触界面异质结的电子结构和光电性能.研究结果表明,CsPbX₃-PG(X=Cl,Br,I)异质结具有II型能带排列特征,能级差距由Cl向I逐渐缩小,具有良好的光生载流子分离能力和电荷输运性质.此外,研究发现CsPbX₃-PG异质结能有效拓宽材料的光吸收谱范围,并能显著提高其光吸收能力,尤其是CsPbI₃具有最优的光吸收性能.经理论估算,CsPbX₃-PG的光电功率转换效率(PCE)可高达21%.这些结果表明,全无机金属卤化物钙钛矿CsPbX₃-PG异质结可以有效地提高半导体材料的光电性能,预期在光电转换器件中具有重要的应用潜力.     

电场对graphene/InSe范德瓦耳斯异质结肖特基势垒的调控

半导体与金属接触是制作纳电子和光电子器件时非常重要的问题,接触类型对器件的功能实现和性能影响很大.为了制备高性能多功能化器件,就必须对界面处的势垒高度和接触类型进行调控.采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了外电场作用下graphene/In Se范德瓦耳斯异质结的电子结构.计算结果表明异质结中的graphene和In Se保留了各自的本征电子性质,在界面处形成了欧姆接触.外电场可以有效调控graphene/In Se异质结中的肖特基势垒,不但可以调控肖特基势垒的高度,而且可以调控界面接触类型.外电场还可以有效调控graphene和In Se界面电荷转移的数量和方向.     

WSe2/GeS 异质结的增强光致发光

二维半导体材料为纳米尺度的光学性质研究提供了良好的支持. 当将其构筑成异质结时, 界面间的相互作用可以改变原光电性质或产生新的性质, 是二维材料光电子器件功能控制的重要手段. 利用机械剥离法制备WSe2/GeS 异质结, 通过发光光谱研究异质结层间激子的光学性质. 结果表明:p 型 GeS 与弱 n 型 WSe2 构筑成异质结时会产生新的层间激子. 与 GeS 和 WSe2 的荧光发射强度相比, 异质结的层间激子发光强度显著增加. 此研究为设计具有先进光电性能的二维半导体器件提供了思路.     

用电化学沉积法制备ZnO/Cu2O异质p-n结

由于P型ZnO的制备仍然存在一定的困难,限制了ZnO在光电方面的应用,尤其是在发光二极管和激光器的实际应用,目前利用P型的透明半导体氧化物与n型ZnO制备异质p-n结,成为新的研究热点。选择P型导电Cu2O与ZnO制备出异质p-n结。Cu2O是一种典型的P型半导体材料,禁带宽度为2．1eV,可见光范围的吸收系数较高。首次利用电化学沉积的方法制备了ZnO／Cu2O异质p-n结,研究了电沉积ZnO,Cu2O的生长机制和ZnO／Cu2O异质结的结构、光学和电学特性。     

电场对PtO2/MoS2范德瓦尔斯异质结电子结构调控

本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了外电场对PtO2/MoS2范德瓦尔斯异质结电子结构的调控,发现当层间距d=2.83Å时异质结结构最稳定,且表现为Ⅱ型间接带隙半导体,其带隙为0.68 eV。通过施加垂直平面方向电场可有效调控PtO2/MoS2异质结电子结构,当外电场为-1 V/Å时,发生半导体-金属相变。这些研究结果表明PtO2/MoS2异质结在新型二维材料光电纳米器件方面具有广泛应用前景。     

场助InP/InGaAsP半导体光电阴极量子效率的理论计算

本文对决定场助InP/InGaAsP半导体光电阴极量子效率的诸因素进行了详细分析。基于电流连续性方程和量子力学的隧道效应,对阴极吸收层中的电子传输、发射层中的电子转移以及表面电子逸出几率等过程进行了定量计算,得到了在不同场助偏压时,波长与量子效率的关系曲线。计算结果表明,在场助偏压的作用下,可将半导体阴极在0.9—1.25μm范围的量子效率提高两个数量级以上。本文的计算结果对场助半导体阴极的结构设计及工作条件的优化具有一定的帮助。     

红外InGaAsP光电阴极研究

本文主要对阈值波长可达1.25μm的InGaAsP光电阴极进行了详细的研究。在国内首次实现了在0.5μm～1.25μm波段范围内具有光电响应的半导体光电阴极。用Cs和O₂激活后得到的光电阴极在1.06μm处的反射式光电灵敏度为3.4mA/W,量子效率为0.4%。本文还对激活表面及热清洁工艺进行了系统地分析,确定出了最佳的表面清洁温度及时间。     

SiC1-xGex/SiC 异质结光电二极管特性的研究

使用二维器件模拟软件Medici, 对SiC_1-xGe_x/SiC异质结的光电特性进行了模拟.设计了N型重掺杂SiC层的厚度为1 μm, P型轻掺杂SiC_1-xGe_x层厚为0.4 μm, 二者之间形成突变异质结.在反向偏压3 V、光强度为 0.23 W/cm²的条件下, p-n+ SiC_0.8Ge_0.2/SiC和p-n+ SiC_0.7Ge_0.3/SiC敏感波长λ分别可以达到0.64 μm和0.7 μm, 光电流分别为7.765×10^－7 A/μm和7.438×10^－7 A/μm; 为了进一步提高SiC_1-xGe_x/SiC 异质结的光电流, 我们把p-n+两层结构改进为p-i-n三层结构.在同样的偏压、光照条件下, p-i-n SiC_0.8Ge_0.2/SiC和p-i-n SiC_0.7Ge_0.3/SiC的光电流分别达到1.6734×10－6 A/μm和1.844×10－6 A/μm.     

Ag/InP Schottky结热退化机理的研究

Ag/InP Schottky结是制作TE场助光电阴极的关键,本文利用Auger分析技术,详细地研究了热处理对Ag/InPSchottky结界面特性的影响。实验结果表明高温长时间热处理会导致严重界面相互扩散,同时使Schottky结的势垒高度降低,理想因子增大,泡利负电性理论很好地解释了扩散效应。势垒高度的降低及理想因子的增大也是由界面互扩散造成的,这种扩散导致界面特性由Schotthy特性向欧姆性质转化。为防止界面互扩散及Schottky结特性的退化,可选用负电性小的金属制作Schottky结,并在工艺上尽量减少热处理的温度和时间。     

1.315 μm波长附近实际大气高分辨率吸收光谱

 用窄线宽、脉冲可调谐光参量振荡器（OPO）作光源，使用光程长达1 097m的怀特池，采用单探测器分时复用的探测方法，首次在吸收池中精确测量了实际大气中1.315 μm波长附近高分辨率吸收光谱，实验验证了实际大气中水汽是该波段的主要吸收气体；得到了实际大气中吸收分子在氧碘激光波长（7 603.14cm^-11）处的吸收截面为 (1.05±0.09)×10^-24 cm²(标准大气条件下）以及在该波段主要吸收谱线的参数，包括吸收线的位置、线强度、压力加宽半宽度等。利用实测的线参数计算了在氧碘激光波长附近大气分子的吸收截面，发现吸收最小的波长分别位于7 603.31和7 603.93cm^-1，其值约为(8.9±0.8)×10^-25 cm²，比氧碘激光波长处的吸收截面约小15%。     

Optically controlled characteristics of a new heterojunction field effect transistor

A new heterojunction field effect transistor has been proposed and studied analytically to investigate its suitability as a high speed optical detector. The characteristics of the device have been studied in the dark as well as in the illuminated conditions. In the new structure the Schottky gate of a typical high electron mobility transistor (HEMT) has been replaced by a junction gate in order to facilitate the absorption of optical radiation. The performance of the new device has been compared with that of the existing HEMT structure for similar application. It is seen that the absorption of optical radiation of suitable wavelength in the larger bandgap material results into conductivity modulation of the channel giving rise to a considerable change in the saturation drain current in illuminated conditions. This enables the device to respond to an intensity modulated optical signal. It has further been observed that due to an increased optical absorption region the modified structure shows a much better optical sensitivity than the existing one.     

Heterostructure infrared photovoltaic detectors

HgCdTe remains the most important material for infrared (IR) photodetectors despite numerous attempts to replace it with alternative materials such as closely related mercury alloys (HgZnTe, HgMnTe), Schottky barriers on silicon, SiGe heterojunctions, GaAs/AlGaAs multiple quantum wells, InAs/GaInSb strained layer superlattices, high temperature superconductors and especially two types of thermal detectors: pyroelectric detectors and silicon bolometers. It is interesting, however, that none of these competitors can compete in terms of fundamental properties. In addition, HgCdTe exhibits nearly constant lattice parameter which is of extreme importance for new devices based on complex heterostructures. The development of sophisticated controllable vapour phase epitaxial growth methods, such as MBE and MOCVD, has allowed fabrication of almost ideally designed heterojunction photodiodes. In this paper, examples of novel devices based on heterostructures operating in the long wavelength, middle wavelength and short wavelength spectral ranges are presented. Recently, more interest has been focused on p–n junction heterostructures. As infrared technology continues to advance, there is a growing demand for multispectral detectors for advanced IR systems with better target discrimination and identification. HgCdTe heterojunction detectors offer wavelength flexibility from medium wavelength to very long wavelength and multicolour capability in these regions. Recent progress in two-colour HgCdTe detectors is also reviewed.     

2～4μm波长的InAsPSb异质结激光管材料的液相外延

采用液相外延方法,生长出外延层与衬底之间的失配度△α/α≤1.6×10-3界面平直、组分恒定的InAsPSb/InAs外延晶体.单异质结外延层,得到了3.09μm波长的激光输出,双异质结外延片也得到了较好的伏-安特性曲线.