利用扫描开尔文探针显微镜观察薄膜光电器件能级排布

薄膜光电器件的能级结构直接决定了载流子的产生、分离、传输、复合和收集等微观动力学过程,从而决定了器件性能。因此准确获取器件能级结构,是深入理解器件工作机制、推动器件技术革新的重要科学依据。此专论系统地介绍了本课题组利用扫描开尔文探针显微镜(SKPM)表征薄膜光电器件如有机太阳能电池、有机-无机钙钛矿光探测器等器件中界面能级结构的工作。垂直型薄膜器件中的活性材料层被顶电极与底电极封闭,通常难以直接在器件工况下测量其中的界面能级排布,我们发展了横截面SKPM技术来解决这一难题。研究表明,界面层是调控器件能级结构、决定器件极性、提高器件性能的重要手段。本文介绍的表征技术有望在各种薄膜光电器件,诸如光伏器件、光探测器、发光二极管,尤其是各种叠层构型器件的研究中展现出广阔的应用前景。     

侧基可脱除共轭聚合物的合成及其在光电探测器中的应用

通过在吡咯并吡咯二酮(DPP)中引入热可脱去的叔丁氧羰基(Boc)基团,合成了一种新型的给-受体共轭聚合物P1.聚合物P1的溶解性研究表明,其在常见的有机溶剂(如四氢呋喃、甲苯、氯仿等)中均具有良好的溶解性,可进行溶液加工.热失重及红外光谱研究表明,P1可在适当的温度下退火实现Boc基团的脱除,形成不可溶聚合物P2.聚合物P1薄膜的最大吸收波长为829 nm,最高占据分子轨道(HOMO)能级与最低未占分子轨道(LUMO)能级分别为-5.25和-3.62 e V,将其作为活性层制备的光电探测器最大归一化探测率为8.20×10¹¹Jones.聚合物P2薄膜的最大吸收波长为771 nm,HOMO能级与LUMO能级分别为-5.30和-3.54 e V,将其作为空穴传输层制备的光电探测器暗电流密度为3.84×10^-9A/cm²,最大归一化探测率为3.96×10¹²Jones.研究结果为共轭聚合物分子的结构设计与光电探测器性能的改善提供了新的思路.     

楔条形阳极探测器位置灵敏的理论计算

通过对楔条形阳极探测器位置灵敏坐标计算公式的推导,证明了楔形和条纹分布面积所对应的级数是等差级数.分析了楔形底宽和条纹宽度等差系数这两个设计参量对探测灵敏度的影响.研究了电极电容的电容性耦合效应对位置灵敏的影响,通过对楔条形阳极探测器坐标计算公式的修正,可在不影响分辨率的前提下有效地消除电容性耦合效应所产生的扭曲变形.     

宽波段高精度激光能量计设计

针对宽波段、高精度、大能量范围的激光能量测量需求,设计了激光能量计。利用快速响应的热电堆作为传感器,在热电堆探测面涂覆高吸收率碳纳米烯材料,实现了宽光谱吸收。采用大小2个热电堆探测器布置于能量计正反两面的方法,使能量计具有1 mJ～40 J超宽能量范围,并且具有较高的测量精度。利用有限元仿真软件建立了吸收腔热路结构的三维有限元模型,并对不同类型的激光脉冲做了加热模型模拟仿真。根据仿真结果,对探测器的线性进行了修正,从而减小了由于传感器的输出电信号与被测光信号之间的非线性所导致的测量误差。用激光能量计标准装置对能量计进行了标定实验,测量结果表明,经修正后激光能量计的测量重复性优于0.6%,线性度优于1.1%。将激光能量计溯源到国家激光能量基准,测量相对扩展不确定度达到2.5%(k=2)的优异水平。     

掺杂对2H-MoTe2光电特性影响的第一性原理研究

MoTe₂是一种非空间反演对称性半导体,由线性偏振光照射,在无偏压条件下可以直接产生光电流,但是非常微弱.掺杂可以改变电子能带结构和降低空间反演对称性,从而有效的增强光电流.本文基于非平衡格林函数-密度泛函理论,采用第一性原理,计算了本征、Nb掺杂、Ti掺杂和W掺杂2H-MoTe₂的能带结构、透射谱和光电流.能带结构表明：Nb掺杂使半导体2H-MoTe₂能带穿越费米能级,转变为金属特性;Ti和W掺杂减小了2H-MoTe₂的带隙,能带没有穿越费米能级,依然为半导体.掺杂都降低2H-MoTe₂的反演对称对称性,从本征的D_3h转变为C_s.从而在线偏振光的照射下可以有效的提高2H-MoTe₂的光电流.同时,发现掺杂可以提高单层2H-MoTe₂在低光子能量下的消光比,如Nb和Ti掺杂单层2H-MoTe₂分别在光子能量1.1 eV和1.2 eV处取得39.48和28.48的高消光比...     

芯片毛细管电泳荧光检测器灵敏度的研究

本文采用倒置荧光显微镜,以汞灯为激发光源,自行设计组装了芯片毛细管电泳荧光检测系统。以荧光素异硫氰酸酯(FITC)为检测对象,对双通道门控光子计数器、CH151型光子计数探测器、电荷耦合器件(CCD)三种荧光检测器的灵敏度进行了比较研究。根据芯片毛细管电泳图谱分析,FITC在双通道门控光子计数器、CH151型光子计数探测器、CCD三种检测器中的检出限(S/N=3)分别为7.0×10-10mol/L,1.2×10-9mol/L,3.2×10-8mol/L。进一步采用CH151型光子计数探测器和CCD两种较常用检测器,对FITC和荧光素、曙红和荧光素两组荧光试剂的分离及检测进行了研究。结果表明,使用CH151型光子计数探测器作为检测器,灵敏度高,基线稳定,信噪比高。     

Novel correction method for X-ray beam energy fluctuation of high energy DR system with a linear detector

A high energy digital radiography (DR) testing system has generated diverse scientific and technological interest in the field of industrial non-destructive testing. However, due to the limitations of manufacturing technology for accelerators, an energy fluctuation of the X-ray beam exists and leads to bright and dark streak artifacts in the DR image. Here we report the utilization of a new software-based method to correct the fluctuation artifacts. The correction method is performed using a high pass filtering operation to extract the high frequency information that reflects the X-ray beam energy fluctuation, and then subtracting it from the original image. Our experimental results show that this method is able to rule out the artifacts effectively and is readily implemented on a practical scanning system.     

Gallium Nitride Room Temperature α Particle Detectors

Gallium Nitride （GaN） room temperature α particle detectors are fabricated and characterized, whose device structure is Schottky diode. The current-voltage （I- V） measurements reveal that the reverse breakdown voltage of the detectors is more than 200 V owing to the consummate fabrication processes, and that the Schottky barrier and ideal factor of the detectors are 0.64 eV and 1.02, respectively, calculated from the thermionic transmission model. ^241Am α particles pulse height spectra from the GaN detectors biased at -8 V is obviously one Gauss peak located at channel 44 with the full width at half maximum （FWHM） of 15.87 in channel. One of the main reasons for the relatively wider FWHM is that the air between the detectors and isotope could widen the spectrum.     

Precision measurements of strangeness photoproduction at threshold energies with the Crystal Ball at MAMI-C

The photoproduction of K＋ mesons from the nucleon provides important constraints on the nucleon excitation spectrum and at threshold energies challenges effective field theories based on chiral perturbation in the strange quark sector. Preliminary cross-section measurements for γ（P, K＋）A are presented at an unprecedented beam energy resolution. The data was collected at the MAMI-C facility in Mainz using the Crystal Ball Detector. A new method of K＋ detection was used in which the K＋ is tagged from its weak decay products in the detector crystals. This technique has application with other calorimeters at present and future hadron facilities.     

诱惑态在“双探测器”准单光子光源量子密钥分发系统中的应用

现在诱惑态已被证明是一种可以大大提高量子密钥分发安全性能的现实可行的方法.由于考虑到现实应用中激光器在调制过程中的消光比不能做到100%，以及激光器固有的自发辐射因而使得制备真空态并不是一件容易的事情. 因此本文将对理想情况下准单光子光源量子密钥分发系统应用中的诱惑态结论作了补充和扩展，提出了两个弱光强态的诱惑态方案和一个弱光强诱惑态方案.最后，将“双探测器”的理论应用在准单光子源(HSPS)光源系统中，使系统的安全传输距离可达到2215km，比使用普通探测器的系统增加了约50km.