气体团簇离子束两步能量修形法的平坦化效应

本文提出采用气体团簇离子束的两步能量修形法来改善4H-SiC(1000)晶片表面形貌.先用15 keV的高能Ar团簇离子进行整体修形,再用5 keV的低能团簇离子优化表面.结果表明,在相同的团簇离子剂量下,与单一15 keV的高能团簇处理相比,两步法修形后的表面具有更低的均方根粗糙度,两者分别为1.05 nm和0.78 nm.本文还以原子级平坦表面为研究对象,揭示了载能团簇引起的半球形离子损伤(弧坑)与团簇能量的关系,及两步能量修形法在弧坑修复中的优势.在原子力显微镜表征的基础上,引入了二维功率谱密度函数,以直观全面地给出材料的表面形貌特征及其随波长(频率)的分布.结果表明,经任何能量的团簇离子轰击的表面,在0.05—0.20μm波长范围内,团簇轰击都能有效地降低粗糙度,而在0.02—0.05μm范围内,则出现了粗化效应,这是由于形成了半球形离子损伤,但第二步更低能量的团簇离子处理可以削弱这种粗化效应.     

HgCdTe多层异质结红外探测材料与器件研究进展

HgCdTe多层异质结技术是未来主流红外探测器发展的重要技术方向,在高工作温度、双/多色和雪崩光电管等高性能红外探测器中扮演着重要的角色。近年来基于多层异质结构的HgCdTe高工作温度红外探测器得到了快速发展,尤其是以势垒阻挡型和非平衡工作P+-π(ν)-N+结构为主的器件受到了广泛的研究。本文系统介绍了势垒阻挡型和非平衡工作P+-π(ν)-N+结构HgCdTe红外探测器的暗电流抑制机理,分析了制约两种器件结构发展的关键问题,并对国内外的研究进展进行了综述。对多层异质结构HgCdTe红外探测器的发展进行了总结与展望。     

黑硅光电探测材料与器件研究进展

黑硅作为一种新型光电材料,在光伏太阳能电池、光电探测器、CMOS图像传感器等领域被广泛研究,其中黑硅的光电探测技术备受关注,近些年来也取得了重要的研究进展。本文首先简单介绍了黑硅材料的结构,然后讨论了基于飞秒激光刻蚀法、湿法腐蚀、反应离子刻蚀法等方法制备的黑硅材料的性质。其次概述了基于以上方法制备的不同黑硅光电探测器的结构及性能,并讨论了黑硅器件在不同领域的应用。最后对黑硅光电探测技术进行了分析与展望,探讨了黑硅材料及器件未来的发展方向。     

石墨烯异质结及其光电器件的研究进展

石墨烯是具有高迁移率、高热导率、高比表面积、高透过率及良好的机械强度等特性的二维材料,在光电子器件领域被广泛用作透明电极及电荷传输层等。但由于石墨烯是零带隙材料,为半金属性,限制了其在半导体光电子器件领域的应用。为更加切合半导体产业应用的要求,构建异质结已经成为相关领域实现应用的重要途径。国际上已有较多团队开展了石墨烯异质结相关研究,目前已有较多报道。本文从石墨烯的性质出发,讲述了石墨烯异质结的发展历程,制备方法,并从材料制备与器件结构的角度总结了基于石墨烯异质结光电子器件的研究进展。最后,对石墨烯异质结在光电子器件领域的发展进行了展望。     

量子点合成及其光电功能薄膜研究进展

量子点(quantum dots,QDs),也被称为半导体纳米晶体,得益于其廉价的制造成本和独特的光学物理学特性,已经广泛应用于光电探测器和太阳能电池的设计和开发.而量子点的合成则是制备光电探测器和太阳能电池的重要组成部分之一.本文对几种不同的量子点合成技术进行了概述,对国内外不同的基于量子点的光电探测器和太阳能电池进...     

硅基BIB红外探测器研究进展

以锗基和硅基为主的阻挡杂质带（blocked impurity band,BIB）红外探测器的兴起有力推进了红外天文学的快速发展,其中硅基BIB红外探测器在特定波长的航天航空领域有着不可替代的地位。国外对硅基BIB红外探测器的研究已有40多年,以美国航空航天局（NASA）为主的科研机构已经实现了硅基BIB红外探测器在天文领域的诸多应用,而国内对硅基BIB红外探测器的研究尚处于起步阶段。本文首先阐述了硅基BIB红外探测器的工作原理,然后简单概述了器件结构和制备工艺,并对不同类型的硅基BIB探测器的性能进行了对比分析,之后介绍了其在天文探测中的应用,最后对硅基BIB红外探测器未来的发展进行了展望。     

气体团簇离子束装置的设计及其在表面平坦化、自组装纳米结构中的应用

根据超声膨胀原理,n(10-10^4)个气体原子可以绝热冷却后凝聚在一起形成团簇,经过离化后,形成带一个电荷量的团簇离子,比如Arn^+.当团簇离子与固体材料相互作用时,由于平均每个原子携带的能量(~eV)较低,仅作用于材料浅表面区域,因此,气体团簇离子束是材料表面改性的优良选择.本文介绍了一台由武汉大学加速器实验室自主研制的气体团簇离子束装置,包括整体构造、工作原理及实验应用.中性团簇束由金属锥形喷嘴(F=65-135μm,q=14°)形成,平均尺寸为3000 atoms/cluster,经离化后,其离子束流达到了50μA.Ar团簇离子因其反应活性较低,本文运用Ar团簇离子(平均尺寸为1000 atoms/cluster)进行了平坦化和自组装纳米结构的研究.单晶硅片经Ar团簇离子束处理后,均方根粗糙度由初始的1.92 nm降低到0.5 nm,同时观察到了束流的清洁效应.利用Ar团簇离子束的倾斜(30°-60°)轰击,在宽大平坦的单晶ZnO基片上形成了纳米波纹,而在ZnO纳米棒表面则形成了有序的纳米台阶,同时,利用二维功率谱密度函数分析了纳米结构在基片上的表面形貌和特征分布,并计算了纳米波纹的尺寸和数量.     

氧化物基紫外探测器的研究进展

随着紫外探测技术的不断发展，氧化物材料在紫外探测领域表现出传统探测器所不具备的优点而成为近年研究的热点，是继红外探测技术之后又一快速发展的军民两用探测技术。然而，氧化物基紫外光电探测器的广泛应用，仍然面临一些问题。本文对国内外紫外探测技术的应用和发展历史进行了概述，并对3种金属氧化物紫外探测材料的晶体结构、性质及其器件研究进展进行了概括和讨论。最后，针对氧化物基紫外探测材料及器件在研究中所面临的问题，进行了分析，并对氧化物基紫外探测技术的发展进行了总结与展望。     

金属氧化物异质结光电探测器研究进展

金属氧化物（metal oxide,MO）因其具有易于制备、高稳定性、对载流子的选择性传输等优点,被广泛应用于光电探测领域。MO材料具有较强的光吸收,但表面效应和缺陷态等问题导致了MO光电探测器响应速度低和暗电流较大的问题。异质结中的内建电场可以有效促进光生电子-空穴对的分离,从而提升器件响应速度和降低器件暗电流。因此,构建金属氧化物异质结光电探测器（heterojunction photodetectors,HPDs）,对于MO在光电子领域的进一步应用具有重要的意义。本文先介绍了MO的界面性质,然后围绕PN、PIN和同型异质结3种结构,对金属氧化物HPDs的工作机制进行了阐述。接着对响应波段在紫外-可见-近红外光区的、具有不同结构的MO/MO和MO/Si HPDs的性能参数进行了分析和比较,并讨论了金属氧化物HPDs的性能优化方法,最后对金属氧化物HPDs的发展进行了展望。     

量子点合成及其光电功能薄膜研究进展

量子点（Quantum dots,QDs）由于本身所具有的量子限域效应、尺寸效应和表面效应等各种特性,被广泛应用于光电探测、生物医学、新能源等方面。而中波红外（Mid-wave infrared,MWIR）量子点作为近年来红外领域的研究热点,通过调整控制其尺寸的大小,能够扩展其红外吸收波长。因此,成功制备中波红外量子点材料和器件对红外成像、红外制导和搜索跟踪等方面有着重要意义。本文首先介绍了HgSe、HgTe、PbSe、Ag₂Se和HgCdTe五种中波红外量子点材料制备合成技术,分析了量子点的尺寸形貌、晶格条纹以及红外吸收光谱等特性,然后对国内外中波红外量子点探测器进行了归纳总结,概述了探测器的器件结构、制备方法,并对器件的响应率、探测率以及响应时间等光电性能参数进行了对比分析。最后,对中波红外量子点的发展进行了展望。