N型4H-SiC低温拉曼光谱特性

利用拉曼散射技术对N型4H-SiC单晶材料进行了30～300 K温度范围的光谱测量。实验结果表明,随着温度的升高,N型4H-SiC单晶材料的拉曼峰峰位向低波数方向移动,峰宽逐渐增宽。分析认为,晶格振动随着温度的升高而随之加剧,其振动恢复力会逐渐减小,使振动频率降低;原子相对运动会随温度的升高而加剧,使得原子之间及晶胞之间的相互作用减弱,致使声学模和光学模皆出现红移现象。随着温度的升高,峰宽逐渐增宽。这是由于随着温度的升高声子数逐渐增加,增加的声子进一步增加了散射概率,从而降低了声子的平均寿命,而声子的平均寿命与峰宽成反比,因此随着温度的升高峰宽逐渐增宽。声子模强度随温度升高呈现不同规律,E₂(LA),E₂(TA),E₁(TA)和A₁(LA)声子模随着温度升高强度单调增加,而E₂(TO),E₁(TO)和A₁(LO)声子模强度出现了先增后减的明显变化,在138 K强度出现极大值。分析认为造成原因是由于当温度高于138 K时,高能量的声子分裂成多个具有更低能量的声子所致。     

n型6H-SiC拉曼散射光谱的温度特性（英文）

三片具有不同载流子浓度的n型6H-SiC体材料用于83K到673K的变温拉曼散射研究,能够得到变温的拉曼散射模。通过测量可以得到,随着温度的增长,不同的声子散射模的拉曼峰逐渐变小。运用声子频率的温度特性计算公式,对三片样品的三个声子模的峰位进行拟合能够得到很好的拟合结果。6H-SiC样品的纵光学声子模(LOPC)的拉曼位移像其他的拉曼模一样,随着温度的增加而变小。在较高的温度时所有的声子模明显展宽。     

n-SiC拉曼散射光谱的温度特性

测量了采用离子注入法得到掺N的n-SiC晶体从100—450 K的拉曼光谱. 研究了SiC一级拉曼谱、电子拉曼散射谱及二级拉曼谱的温度效应. 实验结果表明,大部分SiC一级拉曼峰会随温度升高向低波数方向移动,但声学模红移(峰值位置向低频方向移动)的幅度较光学模小. 重掺杂4H-SiC的纵光学声子等离子体激元耦合(LOPC)模频率随温度升高表现出先蓝移(峰值位置向高频方向移动)后红移的变化趋势,表明LOPC模的温度特性不仅会受到非简谐效应的影响,还与实际已离化杂质浓度有关. 电子拉曼散射峰线宽随温度升高而增 关键词： 碳化硅 温度 纵光学声子等离子体激元耦合模 电子拉曼散射     

立方聚合氮(cg-N)的高压低温拉曼光谱研究

聚合氮是一种理想的高能密度材料。本工作在室温下将分子氮加压至136 GPa,利用激光加热至2000 K成功合成以共价N-N单键结合的三维网状立方聚合氮cg-N。采用自主设计的高压低温装置,在173 K到300 K的温度范围内测量了cg-N样品的变温拉曼光谱,观察到不同压力下cg-N的A模声子对温度具有不同的响应。基于多声子耦合模型,研究A模频率的蓝移现象和A模声子对温度的响应特性。结果表明低温条件下cg-N拉曼散射效应中三声子耦合过程占主导,133 GPa时的三声子耦合过程对声子模拉曼频移的影响要小于140 GPa,而四声子耦合过程对声子模拉曼频移的影响要大于140 GPa。     

静压下(CdTe)_2(ZnTe)_4-ZnTe多量子阱结构的多声子共振拉曼散射

用加静高压的方法改变光学能隙来实现共振条件。在以(CdTe)_2(ZnTe)_4短周期超晶格为阱层,(ZnTe)_(4)为垒层的多量子阱结构中观察到高达四阶的类 ZnTe 纵光学声子模的多声子共振拉曼散射。通过对拉曼位移随压力变化的分析,发现在与(CdTe)_2(ZnTe)_4短周期超晶格共振时测得的类ZnTe 纵光学声子模的频率比与 ZnTe 势垒层共振时测得的 ZnTe 纵光学声子模的频率低4cm~(-1)。并将它归结为在短周期超品格中纵光学声子模的限制效应。在与短周期超品格严格的2LO 声子出射共振条件下观察到了类 CdTe 的2LO 声子的共振拉曼峰。     

气相外延GaN的拉曼散射

测量了在蓝宝石衬底上气相外延生长GaN的拉曼散射谱.除观察到已被确认的两个E2,一个A1(TO)和一个E1(TO)声于振动以外,在734±3cm-1处观察到一个散射峰且从实验上确认其为GaN的纵向光学声子模E1(LO).而且发现其强度与外延层晶体质量密切相关.A1(TO)和高频E2散射峰相对强度变化显示不同生长条件引起的外延层质量的变化.     

纳米晶锐钛矿相TiO2的非简谐效应和声子局域

对晶粒尺寸为19.4,8.6和5.6 nm的纳米晶锐钛矿相TiO2,进行了从83到723 K的变温拉曼散射测量,并对Eg(1)模式进行了详细研究.根据非简谐效应和声子局域模型,对Eg(1)拉曼峰进行了拟合与计算.结果表明,以上三种纳米晶粒的晶格振动机理,在本质上是相同的.三声子过程对频率蓝移起主要作用.为了得到很好的拟合,需要同时考虑三声子和四声子过程.随着温度的升高,四声子过程增强,并对三声子过程起抵消作用.与非简谐衰减相关的声子寿命随着晶粒尺寸的减小而增加,晶粒尺寸越小衰减越慢.在低温区,声子局域是导致5.6 nm晶粒的声子寿命非常短的原因.声子局域引起Eg(1)模式在高波数段非对称展宽和频率蓝移,其对Eg(1)峰展宽的影响要大于对峰位移动的影响.     

ZnO纳米粒子光学模多声子拉曼光谱的尺寸限制效应研究

观察到近均一尺寸的ZnO纳米粒子LO模多声子拉曼频率不随尺寸变化而改变.这为一阶LO模拉曼谱不随尺寸变化的实验结果提供了进一步的证据.参照相关实验工作,本文对ZnO这种极性纳米粒子光学模拉曼谱随尺寸变化而不变的物理根源进行了理论计算和讨论,并认为长程库仑相互作用是其根源.     

MgZnO半导体材料光致发光以及共振拉曼光谱研究

用分子束外延设备在c面蓝宝石衬底上生长得到高质量Mg x Zn1-x O薄膜。X射线衍射显示,当Mg摩尔分数在0~32.7%范围内时,薄膜保持六方结构,(002)衍射峰半高宽为0.08°~0.12°,薄膜结晶质量与现有报道的最高水平相当。随着薄膜中Mg含量的增加,紫外发光峰由378 nm蓝移至303 nm。对Mg0.108Zn0.892O薄膜变温光致发光光谱的研究发现,束缚激子发光随温度变化存在两个不同的猝灭过程。对不同Mg含量薄膜共振拉曼光谱的研究发现,A1(LO)声子模频移与Mg含量在一定范围内呈线性关系,这为确定Mg x Zn1-x O薄膜中的Mg含量提供了一种简单高效的方法。通过拉曼光谱与X射线衍射对比研究发现,拉曼光谱在确定MgZnO材料相变时具有更高的灵敏度。最后,研究了Mg0.057Zn0.943O薄膜的变温共振拉曼光谱,对A1(LO)和A1(2LO)声子模随温度而变化的现象给出了一定的理论解释。     

液相外延GaAs_(1-x)P_x混晶的光学声子、等离子体激元和LO声子-等离子体激元耦合模

在40—700cm~(-1)波数和4.2—300K温度范围内研究了不同组份液相外延n型CaAs_(1-x)P_x样品的红外反射谱。对反射谱进行了赝谐振子拟合与K-K关系计算。从而获得了有关描述CaAs_(1-x)P_x样品的光学声子模、等离子体激元、LO声子-等离子体激元耦合模的重要物理参量及红外光学常数信息。基于这些计算结果,提出了双导带谷并计及与X能谷相联系的施主能级模型,用它解释等离子体激元频率和实验观察的三支主要的耦合模的温度变化规律。     

激光波长对拉曼散射水温遥感系统测温精度及探测深度的影响

机载激光拉曼散射雷达技术可以快速获取次表层海水温度的三维分布,具有重要的实用价值和经济价值.首先,从理论上分析了水的伸缩振动拉曼谱峰值位置和半高全宽与激发波长之间的对应关系,发现随着激发波长的增大,拉曼峰逐渐向长波方向移动,且拉曼光谱半高全宽显著增大.然后,实验测量了不同温度下450 nm激光和532 nm激光激发的水的拉曼光谱,对比验证了上述理论分析结果.并采用单高斯峰拟合法分析了两组拉曼光谱,拟合出高斯峰峰值位置与温度之间的关系,分析了激发波长对温度测量精度的影响.研究发现,采用较长波长的激发光可以提高拉曼光谱的测量精度,从而改善测温精度.最后,建立了拉曼散射雷达方程,分析了拉曼散射系数与激光波长之间的关系,研究了激光波长对雷达系统探测深度的影响.结果表明,激光波长对雷达系统探测深度有很大的影响,采用480 nm以下波长的激光时雷达系统探测深度较大,而采用长波段激光时雷达系统探测深度会大幅降低.实际系统设计中选取激光光源时需要综合考虑上述两方面的影响.     

He离子辐照6H-SiC引入缺陷的光谱研究

实验采用300 keV的He²⁺辐照6H-SiC,辐照温度分别为室温,450,600和750 ℃,辐照剂量范围为1×10¹⁵–1×10¹⁷ cm^-2,辐照完成后对样品进行拉曼散射和紫外可见透射光谱测试与研究. 这两种分析方法的实验结果表明,He离子辐照产生的缺陷以及缺陷的恢复与辐照剂量和辐照温度有着直接关系. 室温下辐照会使晶体出现非晶化,体现在拉曼特征峰消失,相对拉曼强度达到饱和(同时出现了较强的Si-Si峰);高温下辐照伴随着晶体缺陷的恢复过程,当氦泡未存在时,高温辐照很容易导致Frenkel对、缺陷团簇等缺陷恢复,当氦泡存在时,氦泡会抑制缺陷恢复,体现在相对拉曼强度和相对吸收系数曲线斜率的变化趋势上. 本文重点讨论了高温辐照情况下氦泡对缺陷聚集与恢复的影响,并与高温下硅离子辐照碳化硅结果进行了对比. 关键词： 6H-SiC 氦泡 拉曼散射光谱 紫外可见透射光谱     

MgB2超导薄膜的变温拉曼光谱研究

MgB₂作为迄今为止超导转变温度最高的合金超导体,由于其具有结构简单、相干长度长、晶界间不存在弱连接、上临界场很高、电-声散射时间短等特点,MgB₂超导薄膜在电子学领域有着广阔的的应用前景。拉曼光谱是研究电-声子相互作用和超导能带的一种有效方法,且已广泛用于分析MgB₂材料的电子、声子特征以及超导体能带结构,研究表明,样品质量、晶粒尺寸以及测试条件对MgB₂拉曼峰的峰位和峰形影响很大,其中拉曼光谱随温度的变化也是一个研究重点,但目前关于MgB₂变温拉曼光谱的研究,测试的温度范围相对较小,局限在83 K到室温区域或是转变温度附近。研究了大范围温度区间内MgB₂薄膜的拉曼光谱变化,采用混合物理化学沉积法在(0001)SiC衬底上制备了MgB₂多晶薄膜,薄膜的晶粒尺寸约为300 nm,超导转变温度为39.3 K,对其在10～293 K之间的拉曼光谱进行了测试,测量的波数范围为20～1 200 cm-1。变温拉曼光谱的测试结果显示,在高频620 cm-1附近以及低频80和110 cm-1附近存在MgB₂的拉曼峰。经分析,低频区域出现的两个拉曼峰的频率与超导能隙宽度相对应,表明MgB₂的双能隙特性。考虑到MgB₂中四种声子模式的拉曼活性,高频620 cm-1附近的拉曼峰应是由E_2g振动模所贡献的,且随着测试温度的降低,该拉曼峰的峰位未发生明显的偏移,但半高宽显著变小,从293 K时的380.7 cm-1减小到10 K时的155 .7 cm-1,分析表明E_2g声子与电子系统的非线性耦合所引起的非简谐效应可能是拉曼峰半高宽线性变小的主要原因。     

Temperature‐depending Raman line‐shift of silicon carbide

Silicon carbide (SiC) is often used for electronic devices operating at elevated temperatures. Spectroscopic temperature measurements are of high interest for device monitoring because confocal Raman microscopy provides a very high spatial resolution. To this end, calibration data are needed that relate Raman line‐shift and temperature. The shift of the phonon wavenumbers of single crystal SiC was investigated by Raman spectroscopy in the temperature range from 3 to 112°C. Spectra were obtained in undoped 6H SiC as well as in undoped and nitrogen‐doped 4H SiC. All spectra were acquired with the incident laser beam oriented parallel as well as perpendicular to the c‐axis to account for the anisotropy of the phonon dispersion. Nearly all individual peak centers were shifting linearly towards smaller wavenumbers with increasing temperature. Only the peak of the longitudinal optical phonon A₁(LO) in nitrogen‐doped 4H SiC was shifting to larger wavenumbers. For all phonons, a linear dependence of the Raman peaks on both parameters, temperature and phonon frequency, was found in the given temperature range. The linearity of the temperature shift allows for precise spectroscopic temperature measurements. Temperature correction of Raman line‐shifts also provides the ability to separate thermal shifts from mechanically induced ones. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

Magnetic-field dependent phonon states in paramagnetic CeF3

Raman scattering experiments in paramagnetic uniaxial CeF₃ at helium temperature demonstrate a splitting of some degenerate (E_g)-phonon states in an external magnetic field parallel to the crystal axis. A linear splitting is observed in low fields, followed by a field independent (saturation) splitting in high fields. In addition, changes in the Raman scattering efficiencies and a reduction of the line width of phonon transitions are observed with increasing magnetic fields. No such effects are observed for magnetic fields perpendicular to the crystal axis. The splittings of degenerate phonon modes are related to the paramagnetic saturation 〈S_z〉.     

n-SiC的电子拉曼散射及二级拉曼谱研究

研究了利用离子注入法得到的掺氮n-SiC拉曼光谱. 理论线形分析表明,与4H-SiC相比,6H-SiC中LO声子等离子体激元耦合模(LOPC模)拉曼位移随自由载流子浓度变化较小. 5145nm激发光下得到的电子拉曼散射光谱表明,k位处由1s(A₁)到1s(E)的能谷轨道跃迁带来的拉曼谱6H-SiC中有四条,4H-SiC中有二条;高频6303及635cm^-1处观察到的谱线被认为与深能级缺陷有关. 最后,利用纤锌矿型结构二级拉曼散射选择定则指认了6 关键词： 碳化硅 电子拉曼散射 轨道能谷分裂 倍频谱     

Al掺杂6H-SiC的磁性研究与理论计算

d~0铁磁性SiC被认为是自旋电子学领域的关键材料之一,受到广泛关注.本文采用氩气气氛保护的共烧掺杂方法制备具有d~0铁磁性的Al掺杂6H-SiC粉体.氩气气氛能有效抑制SiC在高温下的分解,保护Al的有效掺入.所制备的粉体磁滞回线明显,矫顽力大,饱和磁矩达到0.07 emu/g.随着煅烧温度的升高,粉体从原来的抗磁性逐渐转变为铁磁性,当温度进一步升高至2200℃以上时,粉体重新表现为抗磁性.采用第一性原理计算了其磁性的来源,并分析其净自旋在正空间中的分布情况.计算表明,Al原子与空位的共同作用产生了1.0μB的局域磁矩,且其在c轴方向具有较稳定磁耦合作用.Al掺杂6H-SiC粉体的磁性主要来自于C原子的p轨道电子.     

低温下二氧化硅介孔内水的振动性质

利用拉曼谱测量了100 K-303 K温度范围内受限于二氧化硅介孔内水的振动性质. 利用水分子在亲水介孔内, 先径向后轴向的吸附生长特点, 改变孔内界面水和位于孔中心水的相对含量. 发现越接近界面, 水低温相的振动谱越偏离体相六角冰的振动谱. 当界面水层减小到小于两个水分子层厚度时, 界面水在降温过程中不具有晶化行为, 其低温相与体相非晶冰相的拉曼谱主峰位在不同的温区内随温度的变化趋势相同、 连续.     

Changes in spectral features with varying mole fractions of anisaldehyde in binary mixtures

Raman and IR spectra of neat anisaldehyde (4‐methoxybenzaldehyde (4MeOBz)) and its binary mixtures (in polar and nonpolar solvents) with varying mole fraction of 4MeOBz were investigated. The concentration dependence of the wavenumber position and line width (full width at half maximum, FWHM) was analyzed to study the interaction of the solute vibrational modes with the microscopic solvent environment. The wavenumbers of Raman modes of 4MeOBz, namely, the carbonyl stretching, aldehydic δ (C H) and ring‐breathing modes, showed a linear variation in the peak position for varying concentrations of 4MeOBz in the different solvents. The dependence of Raman line width with concentration of 4MeOBz of these modes was also taken into account. The solute–solvent interaction is stronger in 2‐propanol and acetonitrile because of the formation of hydrogen bonds between them, whereas in benzene the interaction is too weak to affect the Raman modes. The modes, ν (CO) in 2‐propanol and aldehydic δ (C H) in acetonitrile, gave a Gaussian‐type line width variation, which was explained by the concentration fluctuation model, and the linear variation of the line widths was also interpreted by solute–solvent interactions. IR spectra were taken for these binary mixtures, which also give further support to these data. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

变压器油中溶解气体拉曼光谱检测及其光谱线型模型分析

拉曼光谱气体检测技术能利用单一波长的激光对气体样品进行无接触、无损耗检测,适用于油浸式变压器油中溶解气体检测。结合拉曼光谱检测机理,分析了拉曼光谱谱线特征,建立了由洛仑兹函数与高斯函数卷积表示的拉曼光谱Voigt线型模型,其表现出较好的拉曼谱峰线型轮廓基本特征。以谱峰高、中心位置、半峰全宽等为代表的拉曼谱峰线型轮廓基本特征是寻峰的主要目标,其根本目的在获取样本定性及定量检测分析依据。故针对拉曼光谱实验数据设计了基于比较法的自动寻峰模型以实现检测目标。对引入到Voigt线型模型中的寻峰模型进行的模拟实验结果表明,模拟中谱峰高、中心位置等数据均与模型输出数据相吻合。依托实验室构建的变压器油中溶解气体拉曼光谱检测平台,分析检测实验数据表明,Voigt线型模型中半峰全宽参数实际取值区间为(8.7,11.5)(cm-1),模型与其存在偏差。修正该参数取值为10.257 cm-1,并对比研究表明：修正后的Voigt线型模型及寻峰模型具有更好的适应性及实用性。结合实验平台的拉曼光谱气体检测数据的寻峰结果,有效地完成了七种变压器故障特征气体的检测及分析。针对甲烷气体,获得单位气体含量、拉曼特征峰强度与面积三者之间的线性关系,为变压器油中溶解气体拉曼光谱检测定量分析奠定基础。