氧分压对Mg掺杂ZnO薄膜结晶质量和光学特性的影响

利用脉冲激光沉积技术,通过改变沉积过程中的氧气压力,在蓝宝石(0001)基片上制备了一系列ZnMgO合金.通过X射线衍射、反射和透射光谱以及室温和变温荧光光谱,对薄膜的结构和光学性能进行了系统地表征,分析了工作气压对ZnMgO合金薄膜的结晶质量及光学特性的影响.研究结果表明:随着沉积环境中氧气压力的增大,ZnMgO薄膜的结晶质量下降,富氧环境下,与蓝宝石晶格平行的ZnO晶粒的出现是导致薄膜结晶质量下降的主要原因;相对于本征ZnO,不同氧气环境下沉积的ZnMgO薄膜的紫外荧光峰均出现了不同程度的蓝移.随着工 关键词： ZnO Mg掺杂 脉冲激光沉积 薄膜生长 光学特性     

Er/Yb共掺硅酸盐玻璃的光致发光

采用固相反应方法，制备了Er³⁺离子浓度为0.5 at.%，Yb掺杂浓度范围为0.0— 6.0 at.%的Er/Yb共掺激光玻璃，并对激光玻璃的吸收光谱和光致荧光光谱进行了分析.研究 结果显示，Yb³⁺掺杂对Er³⁺在980 nm附近的吸收起到了非常显著的 增强作用.在 980 nm的激光抽运下，激光玻璃在1530 nm处的光致发光强度随着Yb离子浓度 的增加而先增大后减小， 当Yb³⁺离子浓度为Er³⁺离子浓度6倍时光 致发光强度达到最大值.同时还发现了Yb³⁺对Er³⁺的光致荧光光谱 的展宽作用，并讨论了荧光光谱的展宽机理. 关键词： Er/Yb共掺玻璃 光致发光 吸收光谱     

蓝宝石基片的处理方法对ZnO薄膜生长行为的影响

采用反应射频磁控溅射方法,在经过不同方法处理的蓝宝石基片上,在同一条件下沉积了ZnO薄膜.利用原子力显微镜、X射线衍射、反射式高能电子衍射等分析技术,对基片和薄膜的结构、表面形貌进行了系统表征.研究结果显示,不同退火条件下的蓝宝石基片表面结构之间没有本质的差异,均为α-Al₂O₃ (001)晶面,但基片表面形貌的变化较大.在不同方法处理的蓝宝石基片上生长的ZnO薄膜均具有高c轴取向的织构特征,但薄膜的表面形貌差异较大.基片经真空退火处 关键词： ZnO薄膜 反应磁控溅射 基片处理 形貌分析     

Be掺杂纤锌矿ZnO电子结构的第一性原理研究

采用密度泛函理论结合投影缀加波方法,对Be掺杂导致ZnO禁带宽度增加的机理进行了研究.通过对掺杂前后电子能带结构、总态密度以及分态密度的计算和比较,发现导带底(CBM)是由Be 2s电子与Zn 4s电子共同控制;而Be_xZn_1-xO价带顶 (VBM)始终由O 2p电子占据.随着掺杂量的增加,决定带隙宽度的CBM的位置上升,同时VBM的位置下降,从而导致了带隙的变宽,出现了蓝移现象.此外,Be掺杂会使晶胞发生压缩,这种压应变也是导致Be 关键词： 密度泛函理论 电子结构 Be掺杂ZnO     

N在Zn1-xBexO合金中热力学稳定性的第一性原理研究

采用第一性原理计算方法,通过改变Zn1-xBexO合金中Be的浓度及其掺杂位型,研究N在Zn1-xBexO合金中的形成能和受主离化能,分析了p型导电的可能性.结果表明:Be-N共掺杂时,N优先占据周围没有Be的O位置,每增加一个Be近邻掺杂原子,No的形成能增加约0.2 eV.当近邻Be原子数为2和3时,No的受主离化能比较低.Be浓度为11at;时,具有2个近邻Be原子的No的受主离化能降低至0.1 eV左右,可以认为是浅受主,Be-N共掺ZnO才可能呈p型导电.考虑No在室温条件下的受主离化率和No形成能的影响,估算出Be-N所提供的空穴载流子浓度不会高于1017 cm-3;如果计及n型背景载流子的补偿效应,Be-N共掺ZnO的p型导电率应该比较低.     

Pt(111)表面低能溅射现象的分子动力学模拟

利用嵌入原子方法的原子间相互作用势，通过分子动力学模拟，详细研究了贵金属原子在Pt (111)表面的低能溅射现象.模拟结果显示：对于垂直入射情况，入射原子的质量对Pt (11 1)表面的溅射阈值影响不大.当入射原子的能量小于溅射阈值时，入射原子基本以沉积为主 ；当入射原子的能量大于溅射阈值时，溅射产额随入射原子能量的增加而线性增大；当入射 原子能量达到200 eV时，各种入射原子的溅射产额都达到或接近1，此时入射原子主要起溅 射作用.溅射原子发射的角分布概率和溅射花样与高能溅射相类似.研究表明：与基于二体碰 撞近似的线性级联溅射理论不同，当入射原子能量大于溅射阈值时，低能入射原子的溅射产 额正比于入射原子的约化能量和入射原子与基体原子的质量比.通过对低能入射原子的钉扎 能力分析，提出了支配低能溅射的入射原子反射物理机理. 关键词： 分子动力学模拟、低能溅射     

N掺杂Cu2O薄膜的光学性质及第一性原理分析

采用射频磁控溅射技术, 在不同温度下制备了N掺杂Cu₂O薄膜．透射光谱分析发现, N掺杂导致Cu₂O成为允许的带隙直接跃迁半导体, 并使Cu₂O的光学禁带宽度增加．不同温度下沉积的薄膜光学禁带宽度E_g=2.52± 0.03 eV．第一性原理计算表明, N掺杂导致Cu₂O的禁带宽度增加了约25%, 主要与价带顶下移和导带底上移有关, 与实验报道基本符合．N的2p电子态分布不同于O原子, 在价带顶附近具有较大的态密度是N掺杂Cu₂O变成允许的带隙直接跃迁半导体的根本原因．     

退火温度对ZnO薄膜结构和发光特性的影响

采用反应射频磁控溅射法在 Si(100)基片上制备了高c轴择优取向的ZnO薄膜，研究了退火温度对ZnO薄膜的晶粒尺度、应力状态、成分和发光光谱的影响，探讨了ZnO薄膜的紫外发光光谱和可见发光光谱与薄膜的微观状态之间的关系.研究结果显示,在600—1000℃退火温度范围内，退火对薄膜的织构取向的影响较小，但薄膜的应力状态和成分有比较明显的变化.室温下光致发光光谱分析发现，薄膜的近紫外光谱特征与薄膜的晶粒尺度和缺陷状态之间存在着明显的对应关系；而近紫外光谱随退火温度升高所呈现的整体峰位红移是各激子峰相对比例变 关键词： ZnO薄膜 退火 光致发光 射频反应磁控溅射 可见光发射     

Au/Cu(001)异质外延岛演化的分子动力学研究

利用分子动力学弛豫方法模拟了Au/Cu(001)异质外延生长初期Au异质外延岛的形貌演化，分析了Au外延岛演化过程中的局域应力及与基体结合能随表面岛尺寸的变化. 研究结果表明：当异质外延岛小于7×7时，外延岛原子分布呈现赝Cu点阵形貌；当外延岛达到8×8后，外延岛内开始出现失配位错，失配位错数量随外延岛尺寸的增加而增加. 局域压力分析指出，外延岛上原子之间的近邻环境不同导致了所受应力的差异，而外延岛的形变则是由外延岛原子的应力分布所决定. 研究还发现，失配位错的产生导致错位原子与基体原子之间的结合强度减弱，但相对增加了非错位原子与基体原子之间的结合强度. 关键词： 异质外延 表面形貌 局域压力 分子动力学模拟     

Annealing behaviour of structure and morphology and its effects on the optical gain of Er3+/Yb3+ co-doped Al2O3 planar waveguide amplifier

Using transmission electron microscopy (TEM) and x-ray diffraction analysis, we have studied the structural and morphological evolution of highly Er/Yb co-doped Al₂O₃ films in the temperature range from $600\,^{\circ}\mkern-1mu$C--900$\,^{\circ}\mkern-1mu$C. By comparison with TEM observation, the annealing behaviours of photoluminescence (PL) emission and optical loss were found to have relation to the structure and morphology. The increase of PL intensity and optical loss above 800$\,^{\circ}\mkern-1mu$C might result from the crystallization of amorphous Al₂O₃ films. Based on the study on the structure and morphology, a rate equation propagation model of a multilevel system was used to calculate the optical gains of Er-doped Al₂O₃ planar waveguide amplifiers involving the variation of PL efficiency and optical loss with annealing temperature. It was found that the amplifiers had an optimized optical gain at the temperature corresponding to the minimum of optical loss, rather than at the temperature corresponding to the maximum of PL efficiency, suggesting that the optical loss is a key factor for determining the optical gain of an Er-doped Al₂O₃ planar waveguide amplifier.