半导体激光器的光学可双稳静态工作特性的分析

本文给出了半导体激光器光学可双稳静态特性的分析。使用电子和光子密度的非线性速率方程,得到了光学可双稳半导体激光二极管(BILD)光输出的一种简单模型。该模型强调物理机制以及和双稳性有关的参数给出了态方程,并解释了BILD的主要特征。在P_oP_i特性中具有很大滞后回线的双稳性是BILD的突出特点。     

CdS电子结构及光电特性的第一性原理研究

研究了各向极化对CdS电子结构及光电特性的影响。采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理超软赝势方法对CdS基态的电子结构和光电特性进行系统地计算,计算得到CdS是带隙宽带为1.943eV的直接带隙半导体材料。价带主要由S 3p态电子贡献,Cd 4p和Cd 4d态电子贡献较少;导带主要由Cd 4d5s和S 3p态电子决定,S 3s态电子贡献较少。在a、b、c三个方向的极化下研究CdS光学特性的各向异性,沿a方向和b方向极化的各个光学参量都完全相同,静态介电常数为7.234,但沿c方向的静态介电常数为6.273。其它光学参量的各向异性变化与介电函数相同,表明CdS晶体光学性质存在各向异性。计算结果为CdS光电特性的研究提供理论依据。     

(CdSe)1/(ZnSe)1应力半导体材料缺陷能级

用实空间 Recursion方法计算 (Cd Se) 1 / (Zn Se) 1 应力半导体材料的总态密度、局域态密度、分波态密度 ,研究了局域特性和缺陷能级 ,得出了一些有价值的结论。     

拉盖尔-高斯光束入射石英基底石墨烯涂层的透射光强分布特性研究

石墨烯材料在光学领域的特性吸引了众多学者进行研究。本文基于角谱衍射理论建立了拉盖尔-高斯光束入射石英基底石墨烯涂层的双层结构模型,研究了拉盖尔-高斯光束通过该模型的透射光强分布特性,分析了改变石英基底的方向自相关长度、拉盖尔-高斯光束的拓扑荷数和石墨烯涂层的厚度对拉盖尔-高斯光束入射该模型的光强分布影响,且搭建了实验来进行验证,将其结果进行对比。结果表明：随着石墨烯涂层厚度增加,拉盖尔-高斯光束透过的光强随之减弱,当石墨烯涂层的厚度大于20 nm时,光强强度明显减弱。当石英基底的方向自相关长度增大时,光束受粗糙面影响变大,光强分布中暗斑变多。本文研究结果可以为石墨烯材料光学特性的研究提供支撑。     

六边形BN片掺杂的ZGNR的磁电子学特性

利用基于密度泛函理论的第一性原理,研究了六边形BN片掺杂的锯齿型石墨烯纳米带(ZGNR)的磁电子学特性。研究表明,当处于无磁(NM)态时,随着掺杂浓度的增大,可以实现金属-准金属的相变。当处于铁磁(FM)态时,随着掺杂浓度的增大,可以实现自旋金属-自旋半导体的相变,且为双极化自旋半导体。当处于反铁磁(AFM)态时,不同浓度掺杂的ZGNR都是自旋半导体,随着掺杂浓度的增大,下旋带隙逐渐减小,而上旋带隙是先减小后增大。在不同浓度掺杂情况下,AFM态都是基态。随着掺杂浓度的增大,结合能逐渐增大,故掺杂浓度最小的ZGNR最稳定。该研究对于发展基于石墨烯的纳米电子器件很有意义。     

基于顶栅调控界面的石墨烯高增益光电探测器

利用Silvaco TCAD软件对石墨烯作为新一代二维半导体材料具有的光学电学特性进行仿真建模,计算得到了不同掺杂类型石墨烯的转移特性曲线.进而对基于顶栅调控的石墨烯-硅光电导型光电探测器进行了建模与仿真,发现顶栅电压可以通过调控石墨烯载流子类型及浓度来改变石墨烯与硅异质结的内建电势,实现提高增益的目的.基于此制备了栅控石墨烯-硅光电探测器并测得与仿真结果一致的规律,实验中该器件在1 550 nm波段展现出良好的光电性能.研究结果对红外光电探测器的性能优化具有指导意义.     

新颖半导体二硫化钼

描述了一种新颖的、单层厚度0.65 nm并具有直接带隙约为1.8 eV的半导体材料———二硫化钼(MoS2)的研究现状。过渡金属二硫化物半导体MoS2具有电气、光学和催化剂性质以及重要的干润滑性能,具有薄而透明性质的单层MoS2半导体还将辅助石墨烯的应用,如:光电子学和能量储存。主要介绍了材料的半导体性质、半导体器件的实验样品———金属半导体场效应晶体管及其器件结构、特性表征。最后,还指出相关材料和器件研究所面临的挑战,例如:如何获得低成本制备批量的材料、材料掺杂、原理分析以及工艺途径等。     

技术

正石墨烯片上生长纳米线获得特殊结构伊利诺伊大学的研究人员尝试在石墨烯上生长由InAs芯体和外壳构成的纳米线,其特性可满足许多先进的电子应用需求。研究小组使用范德华外延方法,以半导体材料为衬底自下而上生长纳米线。纳米线采用III-V族材料,其应用领域广泛,如太阳电池或激光器。该研究小组先前已报道了利用硅生长的III-V族纳米线。目前,该研究小组已采用InGaAs材料在石墨烯上成功生长出纳米线。由于石墨烯非常薄,具有良好的柔韧性,而硅则是刚性的,相对较脆。此外,石墨烯具有和金属媲美的导电性,可使该纳米线直接接电,其另一个优势是价格较低,可从石墨     

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。     

密度泛函理论研究：高压对β-FeSi2 (100)/Si(001)界面光学性质影响

高压对半导体材料β-FeSi2带隙和光学性质具有很好的调节作用。在本工作中,我们利用密度泛函理论研究了高压对具有Si缺陷结构的β-FeSi2 (100)/Si(001) 界面光学吸收行为的影响。随着压强的增大,光学吸收峰首先减小到一个最小值,然后才慢慢的增大。电子轨道分析表明：电子从价带的最高占据态到导带的最低非占据态的跃迁过程主要发生在界面区域的Fe原子轨道。结构分析表明：这种新奇光吸收行为依赖于施加在β-FeSi2 (100)界面区域的压力,Si(001) 结构可以部分的抵消施加在β-FeSi2 (100) 界面区域的压力,从而造成光吸收峰的下移。但是,当施加的压力足够大时,这种抵消作用开始减弱,从而造成光学吸收峰缓慢的上移。本研究表明压力可以有效的修饰其光学吸收行为。     

石墨烯带长度变化与电子结构和电子输运的关系

利用基于非平衡格林函数的密度泛函方法,对长度变化石墨烯带的电子结构和输运特性进行了研究,得出在同一长度的石墨烯带内,系统态密度的峰值与电子传输概率的峰值具有较好的对应关系,但是电子传输概率的大小与电子态密度值的大小没有明显的正比关系。随着长度的增加,电子的传输更倾向于集中在某几个能量态,传输曲线呈现梳齿状,这是由于石墨烯带越长,电子态呈现越稳定的分布。研究还得出不同长度的石墨烯带的电导值和HOM O-LUM O差值成反比,且随着石墨烯带长度增大,其电导出现非线性变化,且呈现规则的振荡状态。     

CdCO_3电子结构与光学属性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论框架的第一性原理计算方法,利用广义梯度近似方法研究了CdCO_3的晶体结构、电子结构和光学属性,理论计算结果表明,CdCO_3属于间接宽带隙半导体材料,带隙宽度为2.59 e V,带隙主要由价带顶的Cd 4p、O 2p和导带底的Cd 4p、5s轨道能级决定的。而电荷密度结果显示CdCO_3晶体是一种离子性较强而共价性较弱的混合键半导体,具有强烈的p轨道与d轨道杂化分布特征。利用精确计算的能带结构和态密度分析了带间跃迁占主导地位的CdCO_3材料的光学属性,光学性质的计算结果显示在0~15 e V的能量范围内出现了三个明显的介电峰,吸收带边对应于紫外波段。以上结果对于探索基于CdCO_3纳米材料的潜在应用具有重要的理论指导意义,也为精确监测和控制CdCO_3材料的生长提供了理论依据。     

Ⅲ-Ⅴ族半导体材料组成光子晶体能态密度特性

应用平面波展开法研究Ⅲ-Ⅴ族半导体材料组成光子晶体能态密度特性,得到填充率f随品格半径a之间的变化对应的能态密度分布,当f=0．2a时归一化频率存在最大光子带隙。通过比较化合物半导体材料为AIP、AJAs、AISb和GaP构成二维方形光子晶体得出GaP有较宽的光子禁带,随着填充率的增加光子晶体带隙增加。研究结果为光子晶体器件的研究提供理论依据。     

半导体锗中60°棱位错的电子结构

本文依据位错的弹性理论建立了半导体锗中 6 0°棱位错模型 ,用Recursion方法计算包含与不包含位错时原子团平均态密度、位错芯及其近邻原子的局域态密度、轨道电子数及原子价 ,得出了锗中 6 0°棱位错附近的局域电子结构 ,并讨论了其对锗光学和电学性质的影响。     

光腔衰荡法测量硅片掺杂特性的仿真和实验研究

光腔衰荡法对腔内介质吸收有着极高的测量灵敏度，可实现腔损耗的精确测量。本文基于自由载流子吸收理论和谐振腔理论，建立了半导体材料特性测量的光腔衰荡理论模型，推导了腔衰荡信号与半导体材料特性参数和光学谐振腔结构参数间的函数关系，并进行了仿真分析和实验验证。仿真结果表明：光腔衰荡法可以实现半导体材料特性的精确测量，如掺杂浓度和电阻率。同时，基于该技术对半导体单晶硅片掺杂浓度和电阻率进行了实验测量，结果分别为(2.65±0.38)×10¹⁶ cm^-3和(0.61±0.07)Ω·cm，说明该方法在半导体材料特性测量中具有很好的应用潜力。     

缺陷对石墨烯电子结构的影响

基于第一性原理计算方法,通过密度泛函理论（DFT）和广义梯度近似（GGA）对本征及含有缺陷的石墨烯超晶胞进行了电子结构的计算,研究了多种缺陷对石墨烯电子结构的影响。研究发现,多种缺陷均使石墨烯能带在费米能级附近出现缺陷态对应的能带,并导致其能隙有不同程度的增大,而且与之对应的态密度也随之发生相应的变化。其中,Stone...     

Cr掺杂纤锌矿GaN的磁性和光学性质

采用自旋极化密度泛函理论方法,对Cr掺杂纤锌矿GaN的能带结构和态密度进行计算,通过计算的能带结构和光学线性响应函数,系统讨论了Cr掺杂对纤锌矿GaN电子结构、磁学和光学属性的影响。计算结果显示:Cr掺杂纤锌矿GaN的反铁磁态具有半金属特征,铁磁态具有金属特性和磁性,磁矩主要源于费米能级附近的Cr 3d和N 2p能带发生劈裂导致自旋向上和自旋向下的电子的态密度不同所致。光学性质计算结果显示,Cr掺杂纤锌矿GaN的费米能级附近出现极大的介电峰,具有优异的发光性能,峰值对应于紫外波段,在高能区吸收峰发生了红移现象,在低能区红外波吸收增强。理论计算表明,Cr掺杂纤锌矿GaN可能是一种性能优异的磁光材料。     

VO2薄膜材料的变温光学性质及1550 nm激光防护性能研究

具有半导体-金属态相变性质的二氧化钒材料可用于光电探测器的激光致盲防护。本文报道了基于磁控溅射法制备二氧化钒薄膜材料的结构、形貌特性,以及在不同温度下的光学性质。使用椭偏光谱法测量了下可见-近红外波段二氧化钒材料的椭偏参数,利用Gaussian、Lorentz模型获取了薄膜在相变前的光学性质,结合Drude模型拟合获取了材料在相变后的光学特性,获取了材料在300~1 700 nm之间的变温折射率和消光系数等参数。变功率下1 550 nm红外激光透射率的实验测试研究表明,VO₂薄膜样品的相变阈值功率为12 W/cm²,相变前后透射率由51%减小到15%~17%,开关率69%。     

上海光机所二维半导体非线性光学研究取得多项突破

<正>过渡金属硫化物二维纳米材料是继石墨烯后又一类重要的二维半导体纳米材料,特别是其可见到近红外波段的可调谐带隙特性在开发新型光电功能器件方面具有独特优势。然而,该类半导体带隙的层数依赖特性对其非线性光学响应的影响规律及物理机理目前尚不清楚,大大限制了该类材料在开发高性能超快光调制器     

半导体材料

改进功能半导体材料的电学、光学、磁学特性，有利于提高微电子、光电子器件的性能。本文概述了近年来半导体材料的国内外发展状况，提出了半导体材料的发展重点和发展建议。