硅锗合金氧化后生成的锗纳米结构的特性研究

我们将SiGe合金在干氧吹气环境下以不同的温度和不同的时值进行氧化处理,用卢摄福散射仪RBS和高精度椭偏仪HP-ESM测量样品,获得10～80nm厚的硅氧化层和1nm厚的富锗层．新发现快速氧化生成的氧化膜表面有1～2nm厚的锗层．分析了锗纳米结构对应的PL发光谱,注意到锗纳米层对应的541nm波长的尖锐的发光峰和不同尺寸的锗原子团对应的从550～720nm波长的发光带．从量子受限模型和局域密度泛函计算出发。合理地解释了实验的结果．     

量子点阵列光致荧光谱温度依赖性研究

多模量子点阵列的光致荧光(PL)光谱的温度依赖性研究对于实现高效的量子点光电器件有着非常重要的意义.利用速率方程模型模拟不同密度量子点阵列中的载流子动力学过程.研究表明,高密度量子点阵列中不同尺寸量子点族的PL强度表现不同的温度依赖关系;而低密度量子点阵列不同点族PL强度均随温度衰减.高密度量子点阵列中,载流子被热激发到浸润层后,部分地被大量子点再俘获,即在量子点族间转移;低密度量子点阵列中不同量子点族间的载流子转移受到限制.不同量子点族光致荧光强度比的最大值强烈地依赖于量子点的激活能差.     

半导体锗纳米团簇和纳米层的生成与结构研究

我们在硅锗合金衬底上采用氧化等制膜方式生成零维和二维的纳米结构样品,用高精度椭偏仪(HPE)、卢瑟福背散射谱仪(RBS)和高分辨率扫描透射电子显微镜(HR-STEM)测量样品的纳米结构,并采用美国威思康新州立大学开发的Rump模拟软件对卢瑟福背散射谱(RBS)中的CHANNEL谱和RANDoM谱分别进行精细结构模拟,测量并计算出纳米氧化层与锗的纳米薄膜结构分布,并且反馈控制加工过程,优化硅锗半导体材料纳米结构样品的加工条件。我们测量出样品横断面锗纳米团簇和纳米层的PL发光谱。我们在硅锗合金的氧化层表面中首次发现纳米锗量子点组成的几个纳米厚的盖帽膜结构,我们首次提出的生成硅锗纳米结构的优化加工条件的氧化时间和氧化温度匹配公式的理论模型与实验结果拟合得很好。     

利用ArF准分子激光退火获得小锗量子点的研究

使用ArF准分子激光脉冲对UHV/CVD条件下生长的Ge量子点进行退火处理,获得了底宽为20～25nm的光致量子点(LIQD),远小于退火前的量子点大小.LIQD的密度约为6×1010cm-2.分析表明,在ArF准分子激光脉冲作用下,退火样品只有表面扩散,并没有体扩散.激光脉冲对表面Ge原子的扩散控制导致了Ge量子点形貌发生了巨大的改变.该方法为获得高密度小尺寸的Ge量子点提供了新的途径.采用原子力显微镜对光致量子点的表面形貌进行了研究.     

锗硅双层量子点的光电流特性

在分子束外延 (MBE)系统上用自组织方式生长了硅基双层锗量子点结构 ,并对样品进行光电流谱的测试。通过调节不同外加偏压来改变量子点中的费米能级位置 ,量子点中载流子所处束缚能级将随之发生变化 ,所得到的光电流谱的峰位也将因此而改变。由光电流谱得到的实验结果与常规的光致发光谱的结果相吻合。与单层锗量子点结构相比 ,双层结构的样品在光电特性上有着明显不同 :光电流谱中 ,在 0 .767e V及 0 .869e V处出现了两个峰 ,分别对应于载流子在不同的量子点层中的吸收。用这种结构的样品制成的红外光探测器能够同时对两种不同波长的光进行探测响应     

基于锗量子点的硅基发光器件

硅基光源是实现硅基集成光电子芯片的核心器件,虽然近年来国内外已经取得多项重要成果,但适合于下一代大规模光电集成芯片的小尺寸、低功耗、工艺兼容的高效硅基发光器件仍然缺乏。文章介绍了基于嵌入光学微腔中的锗量子点实现硅基发光器件方面的研究成果,通过将分子束外延生长的锗自组装量子点嵌入硅光子晶体微腔中,实现了室温下处于通信波段的共振发光。通过在图形化衬底上生长实现锗量子点的定位,并精确嵌入光子晶体微腔中,实现了基于锗单量子点的硅基发光器件。     

Si中Ge量子点的光致发光

生长温度500℃下，在Si（001）衬底上分子束外延自组织生长锗量子点．700℃退火20分钟后观察到其光致发光．原子力显微镜（AFM）和横截面试样透镜（XTEM）方法用于观察鼻子点的大小和密度．利用喇曼光谱观察不同温度退火引起的Ge与Si之间的互扩散．     

纳米量子点能级以及能隙计算和修正

用一个简单模型分析了量子点产生能级的原因,推导出能级与量子点尺寸的表达式。根据量子点表面势垒为有限值的特点以及表面存在衰减波,提出量子点内电子波函数不完全满足驻波条件的观点,在量子点的能级表达式中引入一个修正系数。结合量子点表面衰减波的特征,给出量子点修正系数的计算方法。通过理论计算表明：量子点的能级以及能级之间的能量差（间隙）不但与量子点的尺寸有关,而且与其边界条件有关。特别是对于非光滑的表面,其表面势垒对量子点的能级与能隙影响非常大。     

纳米硅量子点/氮化硅三明治结构的电致发光

采用等离子体化学气相沉积技术制备了两种不同非晶硅层厚度的氮化硅/氢化非晶硅/氮化硅三明治结构,研究了不同能量激光退火对薄膜晶化的影响。通过拉曼分析,发现在激光能量为320mJ时,样品开始晶化,随着能量的提高晶化程度增加,在340mJ时达到最大。根据拉曼晶化峰的偏移,计算得出硅量子点尺寸为2.8nm和4.7nm,表明三明治结构对形成的硅量子点的尺寸具有限制作用。设计并制备了基于该结构的电致发光器件,在偏压大于10V时,在室温下可观测到电致发光。发现不同激光能量下晶化后的样品的电致发光强度不同,发光峰位在680nm和720nm附近。分析表明电致发光来源可以归结为电子空穴对在硅量子点中的辐射复合发光。     

用PL谱评测多量子阱红外探测器外延材料

对GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器外延材料进行了光致荧光谱(PL)测量,结合理论计算,由材料吸收峰位置得到势垒高度以及势阱基态位置,并由此推算出相应的红外探测响应波长。推算结果与器件光电流实验值的对比表明,由光致荧光谱(PL)测量结果计算得到的响应波长与实际器件的响应波长有良好的一致性。     

Cu掺杂对ZnO量子点光致发光的影响

通过溶液法合成了Cu掺杂ZnO量子点。X射线衍射(XRD)和高分辨电子透射电镜(HRTEM)图像显示Cu掺杂ZnO量子点具有六角纤锌矿结构,晶粒大小为4～5nm。Cu掺杂抑制了ZnO量子点颗粒长大。室温光致发光(PL)谱观察到紫外带边和可见区两个发射峰。随着Cu掺杂浓度的增大,紫外荧光峰位发生缓慢红移,由366nm移到370nm;可见区发射峰位发生蓝移,由525nm移到495nm;同时,两个发射峰强度降低。光谱结果表明:Cu的掺入,一方面抑制表面与O空位有关的缺陷,在495nm出现了与Cu1+有关的发射峰;另一方面,Cu离子掺入ZnO量子点引入一些非辐射中心,降低了自由激子发射。     

UHV/CVD自对准生长Ge量子点(英文)

在超高真空化学汽相淀积设备(UHV/CVD)上生长了小尺寸、大密度、垂直自对准的Ge量子点。采用原子力显微镜分析量子点的尺寸,可优化其生长温度和时间,在550℃,15s的条件下生长出尺寸最小的量子点,直径30nm,高约2nm。最上层多层结构Ge量子点中岛状量子点的比例为75%,其直径66nm,高11nm,密度4.5×109cm-2。利用透射电子显微镜分析了垂直自对准的Ge量子点的截面形貌,结果表明多层结构Ge量子点是垂直自对准的。Ge量子点及其浸润层的喇曼谱峰位分别为299cm-1和417cm-1,说明Ge量子点是应变的并且界面存在互混现象。采用光荧光谱分析了Ge量子点的光学特性。     

MO-PPV/ZnSe量子点复合材料的制备及光致发光特性研究

采用水相法制备了颗粒尺寸为3.75nm的硒化锌(ZnSe)量子点,采用表面活性剂将ZnSe量子点转移到有机相聚(2-甲氧基-5-辛氧基)对苯乙炔(MO-PPV)中,获得了MO-PPV/ZnSe复合材料。通过对MO-PPV和ZnSe量子点的吸收光谱(ABS)和光致发光(PL)光谱的研究发现,随着ZnSe量子点掺杂浓度的提高,复合材料的发光强度明显增强,发光峰位置出现了蓝移。当ZnSe∶MO-PPV的质量比为1∶0.181时,发光峰位置蓝移10nm。结果表明,MO-PPV与ZnSe量子点之间存在着能量传递,这是导致MO-PPV/ZnSe量子点复合材料具有PL增强的重要原因。     

CdSe量子点的制备与荧光特性研究

主要讨论了CdSe量子点的制备及荧光特性。CdSe量子点由化学方法制备,通过选择不同的反应时间得到不同尺度的量子点样品。用荧光方法研究了量子点样品在石英衬底和有机溶剂中的荧光特性。实验表明,这些量子点都有良好的荧光特性。还用无限深球方势阱模型分析了量子点样品的电子态,并根据荧光参数估算了量子点的尺度．各样品荧光峰具有一致的半峰宽,表明CdSe量子点的成核过程在反应开始时同时完成。     

利用大周期光子晶体结构增强InAs/GaAs量子点的激发态发光

在该研究中,通过激光全息和湿法腐蚀的方法在InAs/GaAs量子点材料上制备光子晶体,研究了由激光二极管激发制备了光子晶体的InAs / GaAs量子点材料的光致发光光谱.发现具有光子晶体的量子点材料的光谱显示出多峰结构,光子晶体对短波长部分的发光增强和调制比对长波长部分的增强和调制更明显.InAs / GaAs量子点的光致发光光谱通过刻蚀形成的光子晶体结构得到了调控,并且量子点的激发态发光得到了明显增强.     

MBE growth of tensile-strained Ge quantum wells and quantum dots

Germanium (Ge) has gained much interest due to the potential of becoming a direct band gap material and an efficient light source for the future complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) compatibl...     

Preparation of SnS quantum dots for solar cells application by an in-situ solution chemical reaction process

SnS quantum dots (QDs) with size of 8 nm were synthesized by an in-situ room temperature solution chemical reaction process. Stannous chloride, as Sn precursor, was coated on the TiO₂ photo-anodes to form a solid precursor film. Ammonium sulfide was dissolved into ethanol to form anionic reaction solution. SnS quantum dots were generated by immersing the Sn-coated TiO₂ photo-anodes into the anionic solution. The structure, morphology and optical absorption properties of the SnS/TiO₂ photoanodes were investigated by means of XRD, SEM, TEM and UV–vis measurements. The photovoltaic properties of the SnS QDs sensitized TiO₂ solar cells were optimized by changing the number of deposition cycles of the SnS QDs. It turns out that the SnS/TiO₂ solar cell with 20 deposition cycles exhibited the best photovoltaic performance with an open-circuit voltage V_oc of 510 mV, a short-circuit current density Jsc of 2.41 mA, a fill factor FF of 0.49 and a power conversion efficiency η of 0.61% under AM 1.5 illumination. This result is interpreted in terms of minimization of the charge transfer resistance. The performance will drop for further deposition because the charge transfer resistance will increase due to QDs agglomeration.     

Study of phonons in self-organized multiple Ge quantum dots

Raman scattering measurements were carried out in a self-organized multi-layered Ge quantum dot sample, which was grown using solid-source molecular-beam epitaxy, and consisted of 25 periods of 20-Å-high Ge quantum dots sandwiched by 20-nm Si spacers. The Ge-Ge optical phonon mode was found at 298.2 cm^?1, which was tuned by the phonon confinement and strain effects. Acoustic phonons related to Ge quantum dots have also been demonstrated.     

杂质对方形量子点基态能和束缚能的影响

用有限差分法求解了二维方形量子点中有 杂质时的量子体系,得到了离散薛定谔方程。对体系中电子处于基态时的能量和杂质的束缚能进行了数值计算,讨论了不同间距的杂质离子对不同尺寸量子点中电子的基态能量和束缚能的影响。计算结果表明：量子点中电子基态能量是杂质位置和量子点尺度的函数;基态能量随着量子点尺度的增加先急剧减小后缓慢增大,最后趋于定值;杂质对电子的束缚能随着量子点尺度的增加而减小;杂质间距越小对量子点基态能影响越大。