基于超薄钽酸锂晶体材料高响应太赫兹探测器

太赫兹(Thz)探测器工作在室温条件下极大地促进了太赫兹科学与技术的应用。超薄(10μm)钽酸锂(LiTaO3)晶片被用作太赫兹探测器敏感元材料。基于钽酸锂晶片太赫兹探测器在2.52 THz激光辐射源照射下, 20Hz斩波频率时响应率可达到8.38×104V/W, 等效噪声功率NEP)可达到1.26×10-10W。这种加工超薄钽酸锂晶片的方法为制备高响应率太赫兹探测器提供了一个可行的方法。     

弱热释电效应黑色铌酸锂、钽酸锂晶体研究

采用化学还原工艺，在CO2与H2混合气氛下对LN和LT晶片分别进行700℃和450℃退火处理，成功地制备了LN和LT黑色晶片。静电位差、光透过率测量结果表明，还原处理后LN和LT晶片的热释电现象基本消失，其光透过率也显著降低。居里温度测试表明，还原处理对晶体的居里温度没有影响。     

大面元太赫兹热释电探测器

针对太赫兹光束的光斑直径较大和传输途径不同的现状,提出大面元太赫兹热释电探测器和多用途探测器结构研究,用于自由空间和波导传输太赫兹光束功率的测试。首先使用有限元分析软件建立太赫兹热释电探测器模型,开展热电耦合仿真设计;其次使用精密研磨抛光工艺、平面集成电路微纳米加工技术、匀胶与剥离工艺、砂轮划片技术等工艺技术,开展太赫兹热释电探测器研制;最后创新设计装配在探测器结构上的套筒与波导适配器。理论分析和实验结果表明:该方法设计的太赫兹热释电探测器具有噪声等效功率低、重复性高特点,并且解决了自由空间与波导传输太赫兹辐射功率兼容测试问题。     

钽酸锂薄膜红外探测器探测性能的模拟研究

建立了热释电钽酸锂薄膜红外探测器理论模型,用五层薄膜系统模拟了探测器结构,用钽酸锂晶体参数,模拟了探测器结构参数与探测率等性能指标之间的关系,研究了硅衬底厚度和钽酸锂薄膜厚度对探测器性能的影响。模拟结果显示,硅衬底彻底腐蚀形成悬空结构是减小探测器热传导损耗的最有效途径;热释电钽酸锂膜层越薄,器件探测率越高。探测器电压响应同时取决于钽酸锂膜层厚度和探测器外接电路参数。使探测器整体性能最佳的钽酸锂膜层厚度为1～2μm。     

太赫兹量子阱探测器研究进展

太赫兹量子阱探测器具有皮秒级的响应时间和1 GHz以上的高速调制性能,是太赫兹快速成像和高速无线通信应用领域非常有前景的探测器.文章综述了太赫兹量子阱探测器的探测原理和设计方法、器件主要性能指标和基于该探测器的应用技术研究进展.研究表明,基于太赫兹量子阱探测器的快速成像系统可以获得物体的细节信息,有望用于安全检查和无损...     

高能强场太赫兹源与铌酸锂晶体

高能强场太赫兹（THz）源在国土安全、通信雷达、生物医疗等领域有重要的应用价值。然而,一直以来THz源的辐射输出能量小、转化效率低,阻碍了强场THz前沿科学与应用研究的发展。基于铌酸锂倾斜波前技术,飞秒激光抽运铌酸锂晶体有望实现能量更高的极端强场THz输出。从材料角度阐述了铌酸锂强场THz源产出的研究进展,总结了强场THz源对铌酸锂晶体的性能要求：均匀掺镁铌酸锂、低浓度掺镁近化学计量比铌酸锂、大口径铌酸锂晶体。最后,介绍了近年来周期极化铌酸锂和铌酸锂单晶薄膜等微纳结构的调控在THz源领域的应用研究。     

太赫兹波探测器的研究进展

太赫兹技术涉及电磁学、半导体物理学、光电子学、材料科学以及微加工技术等多个学科.太赫兹探测器是太赫兹技术应用的关键器件之一.太赫兹电磁波独特的特点,令太赫兹技术在物体成像、射电天文、宽带移动通信、医疗诊断、环境监测等方面具有重大的科学研究价值和广阔的应用前景.文章介绍了太赫兹探测技术的原理及其应用,并在此基础上分析了太赫兹探测器件的最新进展、性能和发展趋势.     

钽酸锂单晶片几何参数控制技术研究

钽酸锂单晶材料具有良好的压电性能,是制作声表面波器件的理想衬底材料之一。该文从化学腐蚀、磨料粒径和粘蜡工艺3方面进行研究,钽酸锂单晶片的几何参数得到有效控制,最终得到了几何参数优越的钽酸锂单晶抛光片。其中总厚度变化（TTV）≤5 μm,局部平整度（LTV）≤1.5 μm,局部平整度合格比例（PLTV）≥95%,翘曲度（Warp）≥20 μm,弯曲度（Bow）≤10 μm,达到了商用钽酸锂单晶片的技术水平。     

钽酸锂黑片的制备与性能研究

为了获得高均匀性、低热释电的钽酸锂(LT)晶片,采用粉末掩埋法对42°Y-LT晶片进行了还原处理。结果表明,还原处理后的晶片电阻率为3.98×10~(10)Ω·cm;在365 nm处透过率约为36.5%,透过率均匀性为1.15;热导率为2.66 W/(m·K),热膨胀系数为2.79×10~(-6) K~(-1),满足器件使用要求。通过声表面波器件验证实验表明,晶片抗静电能力效果明显,器件成品率较高,一致性好。     

基于CMOS工艺的太赫兹探测器

提出了一种新型多频太赫磁探测器电路结构,采用圆形、菱形以及环形天线嵌套式构成多频探测单元,四个探测器相互之间设计保护层包围隔离,防止外部电路对其影响.在高频结构仿真器(HFSS)下对设计的双环差分天线、单环差分天线、圆形开槽天线和菱形天线进行模型与特性参数仿真优化.基于TSMC CMOS 0.18 μm工艺制备了多频太赫兹探测器芯片,该芯片能实现280,290,320,600和806 GHz多频段探测功能.测试结果表明,双环天线结构、圆形开槽天线结构、菱形天线结构和单环差分天线结构的探测器在阈值电压为0.42 V时,最佳响应度分别为366.6,1 286.6,366.3和701.2 V/W,最小噪声等效功率分别为0.578,0.211,0.594和0.261 nW/√Hz.     

Hyper frequency modeling of resonated systems based on piezoelectric LiTaO3 thin layers

In this work, we discuss the piezoelectric activity of lithium tantalite (LiTaO₃) thin layers and to more understand this phenomenon we have developed a model for our LiTaO₃ resonators based on mason model and simulated the hyper frequency behavior. Our LiTaO₃ resonators are made from three layers staked on silicon substrates. The aluminum thin film constitutes the external electrode, the platinum forms the internal electrode and the lithium tantalite constitutes the piezoelectric layer. Each element of these layers is represented by an arrangement of impedances. The simulation shows the reflection coefficient, ρ, as a function of the frequency. We observe a resonant frequency that decreases with the increase of the thickness of the piezoelectric LiTaO₃ layers. A slight variation of this resonant frequency is obtained when comparing it with that of the uncharged piezoelectric device, which is due to the different layers loading the system. Over oscillations superposing to the envelope are observed and found to be related to the propagation of the acoustic wave in the silicon substrate. From these over oscillations one can see that this system can be used as an efficient method to calculate the thickness of any substrate.     

磁控溅射法制备LiTaO3薄膜及其结晶性能研究

用射频磁控溅射法在Pt/Ti/SiO₂/Si(100)基片上沉积了LiTaO₃薄膜,并在氧气气氛中不同温度下进行退火。采用SEM、XRD、XPS等表征方法分析了薄膜的结晶性能、各元素化学价态和元素原子百分比。结果表明,经700℃退火处理1h得到的薄膜结晶性能最好,在(104)晶向上具有强烈的择优取向性。薄膜退火温度的升高导致薄膜中Li空位缺陷和O空位缺陷减少。研究表明,薄膜中O/Li的原子比对结晶性能有着非常明显的影响,原子值越接近晶体化学计量比,结晶性能越好。     

热释电探测器PZT晶片制备工艺研究

介绍了热释电探测器PZT晶片制备工艺及选择锆钛酸铅（PZT）陶瓷材料制作敏感元的理论依据,阐述了晶片磨抛理论,对磨抛质量影响因素进行了细致分析。对比了几种抛光液对晶片表面的抛光效果,并进行了扫描电镜和表面粗糙度分析,得到了抛光后晶片表面的扫描电子显微镜（SEM）照片和晶片表面形态,确定了最佳抛光材料。通过理论和实践的结合,研制出了完全能满足器件工艺要求的热释电探测器晶片。     

基于CO2激光的AgGaS2差频产生太赫兹波的数值分析

采用中红外CO₂激光差频产生太赫兹波是提高转换效率和输出功率的一种有效方法。根据差频过程中的三波互作用对AgGaS₂晶体进行了理论分析,数值模拟了oeo类和oee类两种匹配条件下差频产生太赫兹波的角度调谐曲线,并计算了光波在晶体中的走离角和允许参量。另外,还考虑了晶体的有效非线性系数和理论功率转换效率。研究结果表明,AgGaS₂晶体适用于中红外CO₂激光差频产生可广泛调谐的太赫兹波。     

Excellent performance of gas sensor based on In2O3-Fe2O3 nanotubes

In₂O₃-Fe₂O₃ nanotubes are synthesized by an electrospinning method. The as-synthesized materials are characterized by scanning electron microscope and X-ray powder diffraction. The gas sensing results show that In₂O₃-Fe₂O₃ nanotubes exhibit excellent sensing properties to acetone and formaldehyde at different operating temperatures. The responses of gas sensors based on In₂O₃-Fe₂O₃ nanotubes to 100 ppm acetone and 100 ppm formaldehyde are 25 (240℃) and 15 (260℃), and the response/recovery times are 3/7 s and 4/7 s, respectively. The responses of In₂O₃-Fe₂O₃ nanotubes to 1 ppm acetone (240℃) and formaldehyde (260℃) are 3.5 and 1.8, respectively. Moreover, the gas sensor based on In₂O₃-Fe₂O₃ nanotubes also possesses an excellent selectivity to acetone and formaldehyde.     

Growth and structure of wide-gap insulator films on SrTiO3

Wide-gap insulator films, CaZrO₃, CaHfO₃, LaGaO₃, and NdGaO₃, were grown on SrTiO₃(1 0 0) substrates with the aim of obtaining a gate insulator for epitaxial oxide devices. We show that CaZrO₃ and CaHfO₃ films were epitaxial and had a multi-domain in-plane structure due to their highly distorted perovskite structure. Most of the LaGaO₃ and NdGaO₃ films were polycrystalline, and therefore showed relatively high leak currents. CaHfO₃ had the best crystallinity among these four materials.     

The electronic structures and optical properties of BaTiO3 and SrTiO3 using first-principles calculations

The electronic-energy band structures and total density of states (TDOS) for bulk BaTiO₃ and SrTiO₃ were calculated by the first-principles calculations using density-functional theory and local-density approximation. The calculated band structure of BaTiO₃ and SrTiO₃ show the energy band gaps of 1.81 and 1.92 eV at the Γ point in the Brillouin zone, respectively. The optical properties of the both perovskites in the core-level spectra are investigated by the first principles under scissor approximation. The optical constants like refractive index and extinction coefficient of both BaTiO₃ and SrTiO₃ were derived from the calculated real and imaginary parts of the dielectric function. The calculated spectra were compared with the experimental results for BaTiO₃, SrTiO₃ in good agreement.     

CH3NH3PbI3/p-Si异质结的光电特性研究

利用一步溶液法在p型Si衬底上生长有机/无机杂化钙钛矿CH3NH3PbI3薄膜,构成CH3NH3PbI3/p-Si异质结。利用原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)对薄膜形貌和结构进行表征,通过无光照和有光照条件下的电流-电压(I-V)、电容-电压(C-V)测试对异质结的光电特性进行研究。I-V测试结果显示CH3NH3PbI3/p-Si异质结具有整流特性,正反偏压为±5V时,整流比大于70,并在此异质结上观察到了光电转换现象,开路电压为10mV,短路电流为0.16uA。C-V测试结果显示Ag/CH3NH3PbI3/p-Si异质结具有与MIS(金属-绝缘层-半导体)结构相似的C-V特性曲线,与理想MIS的C-V特性曲线相比,异质结的C-V曲线整体沿电压轴向正电压方向平移。C-V特性曲线的这种平移表明Ag/CH3NH3PbI3/p-Si异质结界面存在界面缺陷,CH3NH3PbI3层也可能存在固定电荷。这种界面缺陷是导致CH3NH3PbI3/p-Si异质结开路电压的大幅度降低的重要原因。此外,CH3NH3PbI3薄膜的C-V测试结果显示其具有介电非线性特性,其介电常数约为4.64。     

WO3/NiWO4复合薄膜的制备及其光电化学性能

采用两步水热法在导电玻璃(FTO)上制备了WO₃/NiWO₄复合薄膜。通过XRD,SEM表征了WO₃/NiWO₄复合薄膜的组成结构及微观形貌,利用UV-Vis、光电流测试、光电催化测试和交流阻抗测试分析了WO₃/NiWO₄复合薄膜的光电性能。结果表明:WO₃/NiWO₄复合薄膜相较于WO₃薄膜具有更好的光吸收特性、光电流密度和光电催化活性,其中水热反应3h的WO₃/NiWO₄复合薄膜的光电化学性能最佳。WO₃/NiWO₄-3h在1.4V(vs.Ag/AgCl)时的光电流密度为1.94mA/cm²,光电催化210min对亚甲基蓝溶液的降解效率为57.1%。交流阻抗图谱表明WO₃/NiWO₄薄膜的电荷转移电阻小于WO₃薄膜,光电化学性能更优。     

Co3O4/Fe2O3异质结复合材料的制备及其紫外光光电探测性能

分别采用旋涂法和水热法在FTO衬底上制备Co₃O₄种子层和Co₃O₄薄膜,再在Co₃O₄薄膜上水热生长Fe₂O₃纳米棒,获得了高质量的Co₃O₄/Fe₂O₃异质结复合材料。通过改变Fe₂O₃前驱体溶液浓度来改变异质结复合材料中Fe₂O₃组分的含量。结果表明,Fe₂O₃纳米棒覆盖在呈网状结构的Co₃O₄薄膜上,随着Fe₂O₃前驱体溶液浓度即Fe₂O₃组分含量的增加,Co₃O₄/Fe₂O₃异质结复合材料对紫外光的响应逐渐增强,当Fe₂O₃前驱体溶液浓度为0.015mol/L时,异质结复合材料有着很好的光电稳定性,并表现出较高的响应率(12.5mA/W)和探测率(4.4×10¹⁰Jones)。