Ce3+对掺Er3+碲铌锌钠玻璃光谱性质的影响

用高温熔融法制备了摩尔组分百分比为75TeO₂- 10Nb₂O₅-10ZnO-5Na₂O-0.5Er₂O₃-xCe₂O₃(x=0.00、0.25、 0.50、0.75、1.00)的碲酸盐玻璃样品。测量了玻璃样品的吸收光谱、上转换 光谱、拉曼光谱和 荧光光谱。结合Judd-Ofelt(J-O)理论计算了玻璃样品的强度参数Ω_t(t=2、4、6)、自发辐射跃迁几率A、荧光分支比β和辐射寿命 τrad,并用McCumber理论计算得到了Er³⁺的受激发射截面。比 较了玻璃样品中Er³⁺的放大器带宽 品质因子(σpeak_e×FWHM)和增 益品质因子(σpeak_e×τm),分 析了Er³⁺/Ce³⁺间能量转移(ET)机 理以及Ce³⁺对上转换发光的抑制作用。研究表明,适量Ce³⁺的引入对于掺Er ³⁺碲铌锌钠玻璃的光谱特性有一定的提高作用。     

层状下转换材料KLa0.90Nb2O7:Eu3+的制备和发光性质研究

利用高温固相反应法,制备了具有层状钙钛矿结构 的下转换材料KLa0.90Nb₂O₇:Eu³⁺。采用X射线衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见吸收(UV-Vis)和荧光分光光度计分别对产物的晶体结构 、微观形貌和光致发光(PL)性质进行 了检测。XRD结果表明,产物KLa0.90Nb₂O₇:Eu³⁺属正交晶系的钙钛矿结构 晶体,产物中有EuNbO₄的杂相存在。煅烧温度和 时间分别为1150℃、12h是合成KLa0.90Nb₂O₇:Eu³⁺的适 宜条件。PL谱显示,在363nm波长激发下,KLa0.90Nb₂O₇:Eu³⁺有波长为578nm, 592和614nm 3个发光峰。KLa0.90Nb₂O₇:Eu³⁺因层状结构在制备薄膜 器件时具有优势,有望在光伏器件尤其是Si基太阳能电池中增加光电转换效率并且延长器 件使用寿命。     

插层Al2O3对氧化铪基忆阻器的性能优化及多值特性研究

近年来,氧化铪基忆阻器因其优异的阻变性能及与CMOS工艺兼容等特点而被广泛研究。然而,氧化铪基忆阻器仍存在以下问题:1) 器件良率、可靠性、均一性不足；2) Set和Reset 过程中电流突变,导致多值特性较差。为实现氧化铪基忆阻器的性能优化及多值特性,文章在HfO₂表面生长一层1~5 nm Al₂O₃,构造Al₂O₃/HfO₂双介质层忆阻器,并对HfO₂和Al₂O₃的厚度进行优化,最终得到性能显著提升的Al₂O₃/HfO₂双介质层多值忆阻器。该器件呈现出保持性良好的10个不同电阻态(1×10⁴ s@85℃)。由于氧离子在Al₂O₃层的迁移率更低,限制了氧空位细丝生长速率及宽度,且Al₂O₃具有热增强作用,使氧空位分布更均匀,促使氧空位细丝生成/断裂过程由突变转为渐变。该工作为进一步实现氧化铪基忆阻器的性能优化及多值特性提供了参考。     

基于石墨烯/砷化镓异质结构的毫米波/太赫兹探测器

单层石墨烯具有较低的固有光吸收效率,且材料中含有较多的缺陷,导致仅依靠石墨烯本身很难制备高性能的光电器件。通过石墨烯与半导体材料复合形成异质结构的方法可以克服这一瓶颈。本工作中利用石墨烯/砷化镓高迁移率异质晶体管结构制备了毫米波光电探测器,有效地提升了二维电子气特性,大幅度提高了器件在室温条件下的毫米波响应和探测能力。实验证明,400 mV的偏置电压下,该器件在25 GHz波段的获得了20.6 V?W^-1响应率,响应时间为9.8 μs,噪声等效功率为3.2×10^-10 W?Hz^-1/2。在太赫兹波0.12 THz下响应率仍然达到了4.6 V?W^-1,响应时间为10 μs,噪声等效功率为1.4×10^-9 W?Hz^-1/2。该工作展示了石墨烯/砷化镓异质结构毫米波太赫兹探测器的巨大应用前景。     

ZnO/Ag 纳米线复合薄膜的光电导型紫外探测器

ZnO/Ag纳米线复合薄膜紫外探测器是利用水热法在旋涂制备的Ag纳米线薄膜上生长ZnO 纳米线阵列制备得到。此紫外探测器在4.9 mW cm_-2紫外光强和1V偏压下,其明暗电流比为3100,响应恢复时间分别为3.47s和3.28s,响应度为0.25A/W,探测度为6.9×10₁₂Jones。制备和工作参数被分析以优化紫外探测器结构和性能,如ZnO 纳米线的生长时间,Ag纳米线薄膜的旋涂转速和紫外探测器的工作温度。     

脉冲激光沉积法制备的单层MoS2薄膜变温光响应研究

报导了在c-Al₂O₃衬底上用脉冲激光沉积法制备MoS₂薄膜,并测试了其不同温度下的光响应。通过拉曼散射光谱和X射线衍射光谱证明了所制备的二硫化钼为纯2H相。通过X光电子能谱证明了所制备的二硫化钼硫钼原子比为1.92：1,在Mo元素的3d核心能级谱中存在红移和蓝移,说明薄膜中存在氧化和硫缺陷。此外,通过拉曼和光致发光分布图,证明了薄膜具有良好的均一性。在不同层数的二硫化钼样品中,单层二硫化钼样品具有最强的光响应,达到3 mAW^-1。单层二硫化钼的变温光响应实验表明,在室温附近,温度升高会提高二硫化钼的光响应强度和响应时间。     

具有低噪声及高线性度的高性能MOCVD-SiNx/AlN/GaN 毫米波MIS-HEMTs

文章在超薄势垒AlN/GaN异质结构上采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）原位生长SiN_x栅介质,成功制备了高性能的SiN_x/AlN/GaN金属-绝缘体-半导体高电子迁移率晶体管（MIS-HEMTs）。深能级瞬态谱（DLTS）技术测试SiN_x/AlN的界面信息,显示其缺陷能级深度为0.236 eV,俘获截面为3.06×10^-19 cm^-2,提取的界面态密度为10¹⁰~10¹² cm^-2eV^-1,表明MOCVD原位生长的SiN_x可以有效降低界面态。同时器件表现出优越的直流、小信号和噪声性能。栅长为0.15 μm的器件在2 V的栅极电压（V_gs）下具有2.2 A/mm的最大饱和输出电流,峰值跨导为506 mS/mm,最大电流截止频率（f_T）和最大功率截止频率（f_MAX）分别达到了65 GHz和123 GHz,40 GHz下的最小噪声系数（NF_min）为1.07 dB,增益为 9.93 dB。V_ds = 6 V时对器件进行双音测试,器件的三阶交调输出功率（OIP3）为32.6 dBm,OIP3/P_dc达到11.2 dB。得益于高质量的SiN_x/AlN界面,SiN_x/AlN/GaN MIS-HEMT显示出了卓越的低噪声及高线性度,在毫米波领域具有一定的应用潜力。     

基于Al0.8Sc0.2N压电薄膜MEMS声波器件的研制

该文介绍了一种由5×5个半径为200 μm圆形阵列组成,应用于水听器的高性能压电微机电系统(MEMS)声波器件,尺寸为3 mm×3 mm。采用钪掺杂(质量分数为20%)增强了AlN薄膜的压电系数,并通过双电极结构配置及优化结构尺寸来增强声压作用下的电信号输出,以实现压电MEMS声波器件具有更好的接收灵敏度。声波器件在空气中的接收灵敏度为-166.8 dB(Ref.1 V/μPa),比相同结构基于AlN薄膜的声波器件约高2.6 dB。在50 Hz~3 kHz带宽范围内,器件灵敏度曲线变化小于1.5 dB,具有平坦的声学响应。结果表明,基于Al_0.8Sc_0.2N薄膜的压电MEMS声波器件具有更高的接收灵敏度,经水密封装制成的水听器可应用于管道泄漏探测及海洋噪声监测等工程中。     

Gd2O3:Yb3+,Er3+纳米粉体的水热合成及上转换发光研究

采用Gd₂O₃,Yb₂O₃,Er₂O₃,HNO₃,CO(NH₂)₂和C ₁₂H₂₅SO₄Na为实验原料,通过水热法合成了纳米Gd₂O₃:Yb³⁺,Er ³⁺上转换发光粉体。通过X射线衍射(XRD )、差示扫描量热 -热重分析(DSC-TGA )、傅里叶变换红外光谱(FT-IR ) 、透射电子显微镜(TEM )和 上转换发射光谱(UCL )等对样品进行表征。研究结果表明:CO(NH₂)₂与Gd ³⁺ 离子的摩尔比m影响前驱体的组成,当m=4时,前驱体是由晶态的 Gd₂(CO₃)₃·xH₂O构成。该 前驱体在空气气氛下800℃煅烧2h可获得单相的Gd₂O₃纳米粉体 ,粉体呈近球状,平均粒 径约为30～40nm。上转换发光光谱表明,在980nm波长红外光激发下,Gd₂O₃:Yb³⁺,Er³⁺的主发射峰 位于664nm波长处,呈红光发射,对应于Er³⁺的 ⁴F9/2→⁴I15/2跃迁。在波长为539 nm和562nm附近呈现绿光发射,分别对应于Er³⁺的²H11/2→⁴I15/2和⁴S3/2→⁴I15/2跃迁。Er³⁺的猝 灭浓度为1%。800℃煅烧合成的Gd₂O₃:Yb³⁺,Er³⁺ 纳米粉体的上转换发光机制为双光子模型, 而1200℃煅烧合成的Gd₂O₃:Yb³⁺,E r³⁺纳米粉体的上转换发光机制则为三光子模型。     

渠道火花烧蚀法制备In2O3∶Mo透明导电薄膜

采用渠道火花烧蚀技术在普通玻璃基板上制备了掺钼氧化铟In₂O₃∶Mo透明导电薄膜，研究了烧蚀时氧气压强对薄膜光电性能的影响. 在基板温度Ts=350℃时，薄膜的电阻率和载流子浓度随氧气压强增大分别呈凹形和凸形的变化趋势. 薄膜电阻率最小值是4.8e-4Ω·cm，载流子浓度为7.1e20cm^-3. 载流子迁移率最高可达49.6cm²/ (V·s) . 可见光区域平均透射率大于87%以上，由紫外光电子谱分析得到薄膜的表面功函数为4.6eV. X射线衍射分析表明，薄膜结晶性良好并在（222）晶面择优取向生长. 原子力显微镜观察薄膜样品表面得到方均根粗糙度为0.72nm,平均粗糙度为0.44nm，峰谷最大差值为15.4nm.     

高k HfLaO栅介质MoS2晶体管的性能研究

比较研究了HfO₂与HfLaO栅介质多层MoS₂场效应晶体管。实验结果表明,与HfO₂栅介质MoS₂晶体管相比,HfLaO栅介质MoS₂晶体管表现出更优的电性能。电流开关比高达1×10⁸,亚阈斜率低至76 mV/dec,界面态密度低至1.1×10¹² cm-2·eV-1,载流子场效应迁移率高达1×10⁹ cm²·V-1·s-1。性能改善的原因在于镧(La)对HfO₂的掺杂形成HfLaO化合物,减小栅介质薄膜的表面粗糙度,降低缺陷电荷密度,改善了栅介质/沟道界面特性,从而减小了界面态密度,抑制了库仑散射和界面粗糙散射。最终,提高了多层MoS₂晶体管的场效应迁移率,改善了晶体管的亚阈特性。     

Pb(Zn1/3Nb2/3)0.2(Hf1-xTix)0.8O3陶瓷压电能量收集特性研究

采用铌铁矿前驱体两步法制备了Pb(Zn_1/3Nb_2/3)_0.2(Hf_1-xTi_x)_0.8O₃(PZNH_1-xT_x)钙钛矿压电陶瓷,研究了铪钛比对陶瓷相结构、电学性能和能量收集特性的影响。结果表明,当x=0.52时,陶瓷样品位于准同型相界,具有最优综合压电性能：居里温度T_C=287 ℃,品质因数FOM≈14 753×10^-15 m²/N,压电电荷常数d₃₃=492 pC/N。由该组成材料构建的悬臂梁型压电能量收集器输出功率密度高达4.16 μW/mm³,所转化的电能可成功点亮138盏并联的LED灯。结果表明,PZNHT陶瓷在压电能量收集领域具有良好的应用潜力。     

NH3等离子体处理钝化层致Ge MOS界面特性的改善

制备了以TaYON作为钝化层,以HfTiON作为高k栅介质的Ge MOS电容。研究了NH₃和N₂等离子体处理TaYON对界面特性的影响。结果表明,N₂和NH₃等离子体处理可以有效改善器件的界面及电性能,其中,NH₃等离子体处理的效果更好,可获得更高的k值(25.9)、更低的界面态密度(6.72×10¹¹ eV-1·cm-2)和等效氧化物电荷密度(-9.43×10¹¹ cm-2),以及更小的栅极漏电流(5.18×10-5 A/cm²@V_g=1 V+V_fb)。原因在于NH₃等离子体分解产生的N原子或H原子以及NH基团能有效钝化界面附近的悬挂键和缺陷态,防止GeO_x低k界面层的形成,N原子的结合也增加了介质的热稳定性。     

Ti掺杂对Sb2Te3薄膜的结构及光学性质的调控

对Sb₂Te₃薄膜的结构、线性光学及非线性吸收性质的Ti掺杂影响进行了系统性探究。利用磁控溅射和高温退火手段制备了不同Ti掺杂浓度的晶态Sb₂Te₃薄膜。X射线光电子能谱分析显示Sb₂Te₃薄膜中的Ti元素以Ti⁴⁺化学态以TiTe₂的形式存在。线性光学性质结果表明,在保持非线性器件中宽工作波长特性的同时,Ti掺杂可以提高Sb₂Te₃薄膜的透射率,并降低光学带隙从1.32 eV至1.25 eV,根据Burstein-Moss理论,这取决于载流子的减少。利用自主搭建的开孔Z扫描系统,测试了薄膜样品在132 GW/cm²强度下800 nm飞秒激光激发的非线性吸收性质,结果显示的Ti掺杂引起的饱和吸收可调谐行为可归因于光学带隙减小与晶化抑制的竞争效应。此外,Ti掺杂将Sb₂Te₃薄膜的激光损伤阈值从188.6 GW/cm²提高到了265.5 GW/cm²。总而言之,Ti掺杂Sb₂Te₃薄膜在非线性光学器件领域具有广泛的应用前景。     

衬底温度对ITO/Ga2O3深紫外透明导电薄膜性能的影响

用磁控溅射的方法在石英玻璃上制备了ITO/Ga₂O₃双层膜。用X射线衍射仪、扫描电镜、双光束分光光度计和霍尔效应测试仪研究了衬底温度对ITO/Ga₂O₃双层膜的结构、表面形貌、光学性能和电学性能的影响。双层膜结构受衬底温度的影响,当衬底温度从100C 升高到 350C时,薄膜的电阻率由6.71′10^-3 Ω.cm 降到 1.91′10^-3 Ω.cm。衬底温度300C制备的ITO(22nm)/Ga₂O₃(50nm)双层膜的面电阻为373.3Ω,在300nm波长的深紫外透过率为78.97%。     

薄膜光学常数的原位测定

薄膜的光学常数（折射率和消光系数）精度直接影响设计和制造的光学器件的性能。大多数光学常数的测定方法较为复杂,不能直接应用在镀膜过程中。提出了一种薄膜光学常数原位实时测量的方法,通过监测沉积材料的透射率可以快速准确地测量光学常数。测量了高吸收材料Si、低吸收材料Ta₂O₅和超低吸收材料SiO₂的近红外光学常数,用这种方法测得光学常数分别为n=3.22,k=4.6×10^-3,n=2.06,k=1.3×10^-3和n=1.46,k=6.6×10^-5。该方法适用于强吸收材料和弱吸收材料光学常数的测定,为在线精确测量薄膜的光学常数提供了一种有效的方法,对设计和制造高质量的光学器件具有重要意义。     

截止波长2.2 µm的平面型延伸波长InGaAs探测器

采用闭管扩散的方法成功研制了截止波长2.2 μm的平面型延伸波长InGaAs探测器芯片。在分子束外延法（MBE）生长的In_0.75Al_0.25As/ In_0.75Ga_0.25As/ In_0.75Al_0.25As外延材料上,采用砷化锌作为扩散掺杂源、SiN_x作为扩散掩膜层,实现了扩散成结。分析了扩散结深和载流子侧向收集宽度、I-V特性、光谱响应特性和探测率,结果表明：150 K温度下,器件暗电流密度0.69 nA/cm²@-10 mV,响应截止波长和峰值波长分别为2.12 μm和1.97 μm,峰值响应率为1.29 A/W,峰值量子效率达82%,峰值探测率为1.01×10¹² cmHz^1/2/W。这些结果对后续进一步优化平面型延伸波长InGaAs焦平面探测器有重要的指导意义。     

Ca3Y2(Si3O9)2:Tb3+绿色荧光粉的光谱特性

采用高温固相法制备了Ca₃Y₂(Si₃O₉)₂: Tb³⁺绿色荧光粉,研究了材料的光学性能。X 射线衍射(XRD)结果显示,掺杂少量的Tb³⁺,并未影响Ca₃Y₂(Si₃O₉)₂材料 的晶相结构。Ca₃Y₂(Si₃O₉)₂:Tb³⁺ 荧光粉的激发光谱由较强的4f^75d1宽带吸收(200～300 nm )和较弱的4f-4f电子跃迁吸收 (300～500 nm)构成,主激发峰位于236nm。取波长分别为236、376和482nm的光 作为激发源时,发现样品的主发射峰均位于544 nm,对应Tb³⁺的⁵D 4→⁷F₅跃迁发射。以236nm 紫外光作为激发源,监测544nm主发射峰,随Tb³⁺浓度 的增大,Ca₃Y₂(Si ₃O₉)₂:Tb³⁺的荧光寿命逐渐减小,但在实验范围内并未出现浓度猝灭现象。     

InAs/InAsSb超晶格红外中/中波双色焦平面探测器研制

超晶格材料已经成为了第三代红外焦平面探测器的优选材料。双波段红外探测器能够通过对比两个波段内的光谱信息差异,对复杂的背景进行抑制,提高探测效果,在需求中尤为重要。本文开展了InAs/InAsSb超晶格中/中双色焦平面探测器设计及制备技术研究,从器件设计、材料外延、芯片加工等方面展开研究,制备了中心距30 μm的320×256 InAs/InAsSb二类超晶格中/中波双色焦平面探测器。器件短中波峰值探测率达到7.2×10¹¹ cm·Hz^1/2W^-1,中波峰值探测率为6.7×10¹¹ cm·Hz^1/2W^-1,短中波有效像元率为99.51%,中波为99.13%,获得了高质量的成像效果,实现中中双色探测。     

LiYF4:Tm3＋单晶的生长及其光学性能研究

采用坩埚下降法,制备了尺寸为Φ10mm×110mm的高质量Tm³⁺掺杂LiYF₄(YLF :Tm3＋)单晶体。测试了样品的电感耦合等离子(ICP)、X光衍射(XRD)吸收光谱 以及790nm LD激发 下的荧光光谱。应用Judd-Ofelt理论计算了Tm³⁺在YLF∶Tm3＋单晶 材料中的唯象强度参数Ω_t、能级跃迁振子强度Pexp、 自发辐射跃迁几率A、荧光分支比β和辐射寿命τrad 等光谱参数,同时计算了1800nm波段的吸收截 面和受激发射截面分别 为σabs=0.52×10－20 cm²和σem=0.67×10 －20 cm²。在荧光光谱中观察到1470nm与1 800nm的荧光发射,它们分别对应于Tm³⁺的³H₄→³F ₄与³F₄→³H₆的能级跃迁。测定了1800nm波段的荧光寿命 ,并计算得到³F₄→³H₆跃迁的量子效率为79.22%。