一、GaAs二极管激光器十年的进展（论文文献综述）
许嘉璐,宁存政,熊启华[1]（2021）在《纳米激光概述》文中研究说明自从第一个激光器诞生以来,激光对科学研究和技术应用都有革命性的影响。激光本身作为一门科学和技术兼具的学科,也一直是一个快速发展和极其活跃的研究前沿,激光器的线性尺寸从极小到极大跨越达10个数量级。主要介绍近十几年来激光向极小尺寸（即纳米激光）发展的一些基本情况,包括纳米激光发展的基本历史脉络和背景、各种不同的种类和特点、应用场景、目前发展状况、面临问题、未来趋势。不同种类的纳米激光器的主要区别在于激光腔和增益材料的不同,涉及的纳米腔结构包含纳米线状腔、回音壁式腔、Fabry-Pérot腔及金属等离子激元腔等;涉及的增益介质包括普通的化合物半导体和新兴钙钛矿、过渡金属硫族化合物等。
牛慧娟[2]（2021）在《基于光场调控和微结构的高性能光探测器的研究》文中认为互联网+、数据中心、人工智能、智慧城市等现代化高科技不断涌现,当代信息社会快进入5G时代,数据量持续攀升,预计未来全球网络流量将持续以45%左右的指数增长。然而由于存在数字集成电路的摩尔定律与高速模拟光电技术之间的固有尺度差异,接口速率和光纤容量仅以每年约20%的速度递增,致使网络带宽出现容量“恒不足”现象,提高系统速率是“恒不变”的研究方向。光探测器是光通信系统接收端的核心器件,其性能直接影响到整个系统的性能。在超高速、超长距离光纤通信系统、数据中心互传中,光探测器需要同时具有高速、高量子效率。本论文以提高光通信系统中光探测器的高速、高量子效率性能为目标,围绕基于光场调控和微结构的高性能光探测器开展了理论与实验研究。本论文的主要创新点和研究成果如下:1.通过理论分析发现,改变PIN-PD内部载流子的分布可以提高其响应速度。首先针对台面型环形P电极PIN光探测器,采用三种不同束腰大小的高斯分布光以及均匀分布光进行正面入射。在四种入射光场的光强峰值相同时,均匀光入射的PIN-PD获得了更高的频率响应,在-3V偏压下,吸收层厚度400nm,直径10μm的PIN-PD在均匀光入射时带宽达到62GHz,相较于束腰最小的高斯分布光入射时的38GHz高了约63.2%。相同峰值入射光产生的量子效率均为35%。2.研究发现,均匀光在吸收层产生的载流子在水平方向的分布较为均匀,电场分布也较为均匀;而高斯分布光使得载流子在靠近轴线处浓度较高,电场在器件轴线部分塌陷,且使电容增大。因此,均匀分布光比高斯分布光产生的3dB带宽更高。3.分析了三种不同束腰大小的高斯分布光以及均匀分布光以相同功率入射到光探测器时,均匀光入射的PIN-PD获得了更高的频率响应,在-3V偏压下,直径10μm的PIN-PD在光功率1.5mW的均匀光入射时带宽为56GHz,相较于最小束腰高斯分布光入射时带宽提高了 47.37%。同时,功率相同时均匀入射光的输出电流最大,响应度也是最高的。入射均匀光时器件的响应度为0.315A/W,相较于束腰最小的高斯分布光提升166.95%,说明由于高斯分布光在器件轴线处的光生载流子的堆积效应,使输出电流变小了。4.提出了光探测器的“水平优化”方法,通过调控入射光场在器件光敏面的分布提升器件性能。据此设计出环形分布的入射光场,当光环最窄的环形光入射到直径10μm的PIN-PD表面、其光强峰值位置与器件中心轴线的偏移量为4μm时获得最大带宽68.31GHz,比均匀光入射时的带宽提高了约20%。5.提出了采用光场调控元件实现光探测器的入射光场调控。采用光栅对入射的高斯分布光进行整形,分别得到均匀分布光和环形分布光,具体研究如下:基于大周期光栅设计了平顶分布光场,将入射的1550nm的高斯分布光整形为均匀分布光,在光栅周期、占空比为8.4μm、0.5时,出射光的光斑直径大小为5.1 μm,透射率约为86%;基于具有会聚功能的同心环高折射率差InP亚波长光栅设计出环形光场,波长1550nm的TM光或圆偏振光入射时的透射率和偏转角分别为 90.28%和 44.8°。6.提出、设计并制备了一种空气隙“中心孔+周围槽”型微结构PIN 光探测器（Hole-Groove Microstructure PIN Photodetector,HG-MPIN-PD）,利用倒锥孔及槽微结构令光路发生改变,增加光在在吸收层中传输的时间和光程,形成类“陷光”效应,在减小器件电容的同时保持甚至提高光的吸收,使光探测器的带宽和量子效率同时得到提高。直径为36μm、吸收层厚度1.3μm、孔深为1.9μm、中心孔和V-形槽直径为10μm以及孔-槽间距为5μm的HG-MPIN-PD在-5V偏压下达到带宽21.72GHz,量子效率61%,孔-槽间距为2μm时带宽-效率积达到13.14GHz,比同结构的平顶光探测器提高了84%;根据HG-MPIN-PD的结构,设计出“方向盘”型P电极,仿真了电极结构的S21参数,其带宽大于100GHz,完全满足所设计的HG-MPIN-PD光带宽的需求。7.提出了在HG-MPIN-PD的P掺杂层和N掺杂层内微结构周围制作一定径向长度的Al2O3限制层,连同中间的吸收层形成防泄漏波导结构;设计了微结构斜侧面处的SiO2增透膜,可以进一步增强光吸收。直径8 μm、吸收层厚度600 nm、加Al2O3限制层和增透膜的HG-MPIN-PD量子效率最高达42.9%,比普通平顶的PIN-PD的量子效率高 127.8%。8.以GaAs材料为衬底,制备了一种工作波长850 nm、直径44μm、中心孔直径为8μm的HG-MPIN-PD,当孔-槽间距由小到大变化时,测试得到暗电流约为0.02nA,其中孔-槽距为5μm时,带宽最大为14.34GHz;孔-槽距为7μm时,入射光功率为-0.12dBm时得到最高带宽-效率积为13.5GHz。制备了一种InGaAs材料、工作波长1550nm、直径44μm、中心孔直径8μm、孔-槽距5μm的HG-MPIN-PD,在-3V偏压下测得光电流为0.379mA、带宽约1GHz,测试结果与仿真优化的结果相比偏低,主要可能是器件衬底的绝缘隔离性不够好引起的。9.使用两种束腰大小不同的光入射到直径70 μm的GaAs PIN-PD,在入射功率相同时测试得到均匀程度大小不同两种情况下的带宽分别约为13GHz和11GHz,相差约2GHz,初步验证了均匀分布光带宽更高这一结论。10.研究了相干接收机平衡光探测器前端的光混频器,基于具有会聚功能的一维SOI亚波长光栅设计了用于实现光混频的相位延迟功率分束器,波长1550nm的TM偏振光以45度角入射到光栅时,透射光功率之比约为1:1,且具有π相位延迟,透射率约为97.44%。
孙嘉敏[3]（2021）在《高迁移率Ⅲ-Ⅴ族纳米线的可控合成与性能研究》文中提出近年来,随着晶体管尺寸的不断缩小,摩尔定律已经接近极限,芯片集成密度增速也随之减缓,因此人们提出从器件集成化和系统功能多样化等方面来延续摩尔定律。其中,“探索更高迁移率的新沟道材料以及实现其全包栅结构纳米线场效应晶体管”是有效的解决方案之一。在高迁移率新沟道材料的探索过程中,Ⅲ-Ⅴ族纳米线材料受到了广泛关注,本论文聚焦高迁移率Ⅲ-Ⅴ族纳米线的可控合成与性能研究开展工作。本论文首先对一维无机纳米线进行了简单介绍,一维纳米材料具有优异的光吸收能力、优异的载流子分离与收集能力、优异的机械灵活性、丰富的表面态调控功能及良好的兼容性,在研究器件电学性能、光电性能和机械性能对维度的依赖性方面具有独特的优势。同时,通过对其尺寸和复合结构的控制,可以将其应用于电子、磁性、声学、光子学等多领域,从而在器件集成化和系统功能多样化方面促进摩尔定律的延续。这其中,Ⅲ-Ⅴ族纳米线材料具有载流子迁移率高、直接带隙、带宽窄、抗辐射能力强等特点,因此Ⅲ-Ⅴ族纳米线在场效应晶体管、逻辑电路、光电探测器、太阳能电池等应用方面,成为制备纳米级电子和光电子器件的新一代半导体材料。本论文对于涉及到的实验方法和原理进行了详细阐述。首先对Ⅲ-Ⅴ族半导体纳米线的生长方法进行了简单介绍,包括“自上而下”和“自下而上”方法等。阐述了纳米线的生长机理,包括气-液-固和气-固-固机理;介绍了制备工艺的参数影响,包括温度、催化剂等在纳米线可控生长中的作用。最后介绍场效应晶体管的工作原理、性能参数与制备方法,光电探测器的工作原理与主要性能参数,互补金属氧化物半导体（CMOS）反相器的工作原理与主要性能参数等。相比Ⅲ-Ⅴ族材料的理论高迁移率,Ⅲ-Ⅴ族纳米线较低的场效应迁移率使其应用发展缓慢,主要是由于纳米线表面态、晶体质量、载流子浓度的难以控制。特别是n型器件与p型器件场效应迁移率的不匹配,限制现代电子芯片的持续小型化。因此,提高Ⅲ-Ⅴ族纳米线场效应晶体管的迁移率将推动集成电路的进一步发展。如何实现Ⅲ-Ⅴ族纳米线的可控合成、迁移率提高以及性能调控则变得至关重要,这也是本论文的研究重点。载流子迁移率主要取决于器件的制造技术和沟道半导体材料等方面。其中制造技术是非常复杂的,并且每个过程对于所制造器件的载流子迁移率都是至关重要的。另一方面,载流子迁移率也可以通过改变沟道半导体的结晶度、生长平面、载流子有效质量和载流子浓度等来进行调节。通过设计晶体生长平面,可以控制材料的极性、载流子有效质量和表面散射,从而提高场效应晶体管的迁移率。本论文通过调控Ⅲ-Ⅴ族纳米线中载流子的散射作用以及浓度实现了超高迁移率场效应晶体管。主要工作之一是发展了利用固态催化剂生长纳米线的新方法,通过控制纳米线的晶体结构减弱了载流子晶格散射作用,提高InP纳米线的电子迁移率至理论值（2000 cm2·V-1·S-1）。此外,在现代电子芯片中,p型沟道器件的载流子迁移率总是低于n型沟道,这给电子和光电子应用的持续小型化带来了挑战。因此,本论文针对p型纳米线材料也做了深入的工作,并主要以p型GaSb纳米线为例开展研究。第二项主要工作是基于GaSb的本征空穴来源,理论设计并实现催化剂对纳米线的原位轻掺杂,有效减弱了载流子的库伦散射作用,GaSb纳米线的空穴迁移率提高至理论值（1 028 cm2·V-1·s-1）,并表现出出色的红外探测能力。最后,本论文发展了利用金属-半导体结调控纳米线场效应晶体管迁移率的新方法,进一步提高GaSb纳米线器件的场效应空穴迁移率至3372 cm2·V-1·s-1。具体的工作内容展开如下:1.可控合成了电子迁移率接近理论值的InP纳米线并对其进行了电学及光电性能研究。发展了利用固态催化剂生长纳米线的新方法,通过控制纳米线的晶体结构减弱了载流子晶格散射作用,使得InP纳米线的电子迁移率达到2000 cm2·V-1·s-1,接近理论计算值,为新一代的光电探测器件提供了材料选择。InP纳米线作为一种重要的半导体纳米材料,其在典型的气-液-固生长模式下具有较多的缺陷（如孪晶、混合相等）,导致了较低的电子迁移率,限制了其在电子领域的实际应用。针对这一研究现状,在化学气相沉积过程中,本工作利用高熔点的Pd催化剂,成功实现了气-固-固生长模式,合成了沿独特的非极性生长方向的纤锌矿InP纳米线,深入研究了 InP纳米线的在特定的均一生长方向下的生长特性和优异的结晶度,计算了气-固-固生长模式下多面体形状的固态PdIn催化剂的不同晶面的表面能。具体地,PdIn固态催化剂颗粒在InP纳米线成核界面暴露出能量最低的PdIn{210}平面,其与非极性InP{2110}和{1010}平面的具有最小的晶格失配,因此合适的晶格匹配使得高度结晶的InP纳米线沿非极性方向外延生长。由于良好地控制了晶体缺陷,减弱了载流子的晶格散射作用,InP纳米线创纪录地实现了 2000 cm2·V-1·s-1的高电子迁移率,其电子浓度为1017 cm3,接近于体材料的理论值。统计的多个场效应晶体管的电子迁移率,都具有相对较高的电子迁移率（1 000-2000 cm2·V-1·S-1）,证明了该方法的易实现性。同时,成功制备了 InP纳米线顶栅场效应晶体管,器件在室温下展现出非常小的亚阈值摆幅,低至91 mV·dec-1。此外,将制备的InP纳米线应用于光电探测器时,器件的光响应度高达1 04 A·W-1（文献中报道的所有InP纳米线中最高的响应度之一）,且具有较快的上升和下降时间,分别为0.89s和0.82s。这些结果都证明了本项工作中合成的非极性方向的InP纳米线在未来的电子和光电子学领域都具体非常好的应用前景。2.可控合成了空穴迁移率达到理论值的GaSb纳米线并对其进行了电学及光电性能研究。理论设计并实现催化剂对GaSb纳米线的空穴迁移率调控,基于GaSb的本征空穴来源,通过原位轻掺杂,有效减弱了载流子的库伦散射作用,使得GaSb纳米线的空穴迁移率提高至1028 cm2.V-1·s-1,在近红外室温探测体现出较快的反应速度。本项工作首先研究了沟道材料迁移率与红外探测性能之间的关系。通过简单的表面活性剂辅助化学气相沉积方法实现了高质量的全比例可调GaAsSb纳米线的可控生长。通过对源的质量、源区和生长区的温度进行调节,实现了对GaAsxSb1-x纳米线组分、直径、生长速率等调控。随后研究了 As的比例对纳米线器件电学性能和红外探测性能的影响,对不同比例的GaAsxSb1-x纳米线场效应晶体管电学性能进行统计,结果表明,随着As 比例的增加,GaAsxSb1-x纳米线的场效应空穴迁移率逐渐降低。同时研究了 GaAsxSb1-x（x=0,0.06,0.26,0.5）纳米线的红外探测性能,随着As 比例的增加,GaAsxSb1-x纳米线红外探测器的光生电流、响应度、探测率均有下降。可以看出,提高空穴迁移率有助于提升GaSb纳米线的红外探测性能。接下来,本项工作通过原位轻掺杂的方法有效减弱了 GaSb纳米线中载流子的库伦散射作用,实现了空穴迁移率达到理论值的GaSb纳米线场效应晶体管。首先通过模拟Sn掺杂后GaSb的能带结构,载流子有效质量及计算体系形成能,预测了 Sn轻掺杂后GaSb空穴迁移率将提高。因此在本工作中,采用表面活性剂辅助化学气相沉积方法,利用Sn作为纳米线生长的催化剂和轻掺杂源,成功合成了长且直、表面均匀、结晶度高的GaSb纳米线。其单根纳米线底栅场效应空穴迁移率高达1 028 cm2·V-1·s-1,达到GaSb空穴迁移率理论值;纳米线平行阵列器件也表现出1 70 cm2·V-1·s-1的峰值空穴迁移率。通过多种表征手段对合成的纳米线进行表征,探究其空穴迁移率达到理论值的原因。Sn轻掺杂GaSb纳米线的光致发光谱相对Au催化的纳米线具有0.05 eV的红移、高分辨率透射电子显微镜观察到催化剂尖端在生长过程中逐步渗入到纳米线内部、同时高分辨率透射电子显微镜配套的能量色散X射线光谱仪检测到Sn的信号、径向刻蚀纳米线的X射线光电子能谱存在Sn信号峰等,这些都证明了 Sn在GaSb中的均匀轻掺杂。最后,本项工作研究了空穴迁移率达到理论值的GaSb纳米线的红外探测性能。在1550nm红外光和520nm可见光照射下,GaSb单根纳米线器件和纳米线阵列器件均具有优异的光电探测性能,包括几百微秒的响应时间。相比于Au催化合成的GaSb纳米线和GaAsSb纳米线红外探测器,Sn轻掺杂GaSb纳米线器件具有更快的响应速度和更高的探测能力,验证了提高空穴迁移率有助于提升GaSb纳米线的红外探测性能。总之,Sn轻掺杂的空穴迁移率达到理论值的GaSb纳米线在下一代电子设备和光电探测中具有广阔的应用前景。同时,本工作中涉及的利用合适的催化剂作为纳米线生长的轻掺杂源的方法具有普适性,对高性能纳米线可控合成提供了借鉴意义。3.利用金属-半导体结进一步提高了 GaSb纳米线场效应空穴迁移率。利用金属-半导体结发展了调控场效应晶体管迁移率的普适性方法,调控了场效应晶体管的沟道材料载流子浓度,提高了 GaSb纳米线的场效应空穴迁移率至3372 cm2·V-1·s-1,实现了高增益的CMOS反相器,为新一代微电子器件提供了借鉴意义。在所有Ⅲ-Ⅴ族半导体中,GaSb纳米线的空穴迁移率最高,上一项工作通过减弱库伦散射已经将GaSb纳米线空穴迁移率提高至理论值。然而,为了进一步提高p型半导体器件空穴迁移率以接近n型器件同等水平,本项工作通过在半导体表面沉积具有不同功函数的CMOS兼容的金属颗粒,构成金属-半导体结,调控p型半导体材料的空穴浓度和电学性能。当沉积低功函数金属Al、Sn和Ti时,GaSb纳米线场效应晶体管的峰值空穴迁移率显着提高,分别高达3372 cm2·V-1·s-1、1938 cm2.V-1·s-1和2840 cm2·V-1·s-1。构建Al-GaSb结后峰值场效应空穴迁移率是原始值的三倍,是目前报道的常温下大气环境中p沟道器件中场效应空穴迁移率的最高值。场效应空穴迁移率的大幅提高归因于金属-半导体界面向下的能带弯曲导致的半导体沟道中空穴浓度的降低。同时,GaSb纳米线场效应晶体管的其他重要电子特性,例如阈值电压和亚阈值摆幅等,也得到很好的控制。重要的是,当与n型InGaAs纳米线相连时,受益于提高的场效应空穴迁移率、合适的阈值电压和亚阈值摆幅等,制成的CMOS反相器具有良好的反相特性,实现了～18.1的较高增益。这种利用金属-半导体结调控p型材料场效应迁移率的方法具有普适性,在其他p沟道器件中得到了验证,例如p型GaAs纳米线,GaAs薄膜和二维WSe2场效应晶体管,且沟道材料的厚度越小,场效应空穴迁移率的增加效果越明显。本项工作研究的金属-半导体结可以看作提高p沟道器件场效应空穴迁移率的重要进步,促进下一代电子技术的发展。综上所述,本论文研究了高迁移率Ⅲ-Ⅴ族纳米线的可控合成,通过调控纳米线中载流子的散射作用以及浓度,实现了电子迁移率接近理论值的InP纳米线、空穴迁移率达到理论值的GaSb纳米线,以及进一步提高了 GaSb纳米线的场效应空穴迁移率,并研究了其电学性能和光电探测性能,构建起沟道材料迁移率与红外探测性能之间的关系:“高迁移率有利于实现高性能红外探测器件”。利用超高场效应空穴迁移率的GaSb纳米线实现了 CMOS反相器的应用。本论文提出的具有创新性和普适性的纳米线可控合成方法、以及提高p型材料空穴迁移率的方法,对高性能纳米线可控合成与性能研究提供了借鉴意义。
朱孟辉[4]（2021）在《镱离子掺杂硼酸钪和钨酸锶晶体的生长及其性能研究》文中研究指明激光,即受激辐射光放大,具备亮度高、单色性、相干性和方向性好等特性,在军事对抗、机械加工、显示、医疗等诸多领域中都能够发现激光技术的活跃身影。自其诞生以来,经过60余年不断的发展和突破,激光技术已经获得了巨大进步,无时无刻不在深刻影响着人们的生活。未来,激光技术将是推动人类社会发展和科学进步的技术链中的重要一环,会在更多应用领域发挥其不可替代的作用和价值。激光器由泵浦源、增益介质、谐振腔构成。其产生的物质基础是增益介质,其中激活离子的种类确定了输出波长和应用领域。全固态激光器的增益介质是固体,以激光晶体、玻璃、陶瓷为主,具有体积小、结构紧凑、结构简单等优势,符合高集成、“功能复合材料器件一体化”的趋势,成为当前激光器研究的一大热门方向。其中,稀土离子掺杂的激光晶体是一类优秀的增益介质,受到广泛关注。镱离子（Yb3+）是一种重要的稀土激活离子,其发射峰集中在近红外1 μm附近。虽然人们对Yb3+掺杂激光晶体的研究起步较早,但是受限于当时的泵浦源条件而进展缓慢。直至二十世纪九十年代,得益于高功率InGaAs激光二极管技术的进步,Yb3+掺杂激光晶体的输出功率和效率得到显着提升,后来不断发展,目前已经成为一类不可或缺的增益介质。Yb3+作为激活离子具有独到的优势,其能级结构简单,无激发态吸收,可实现高掺等。此外,Yb3+的4f电子受外层电子的屏蔽较小,电子跃迁容易与晶格振动产生相互作用,即电子-声子耦合作用,进而改变辐射发光的能量传递过程,产生光谱展宽和新的辐射波长等现象,有利于实现超短超快激光输出。因此,研究Yb3+掺杂晶体的光谱展宽机制和电子-声子耦合效应对高性能超快全固态激光器的发展具有重要意义。在阴离子基团中,硼酸根离子（BO3）3-的键长最短,在稀土离子中,钪（Sc3+）的离子半径最小,因此ScBO3基质晶体中晶体场效应强,是获得大脉冲能量激光的理想增益介质。另外,B—O键的离子性非常大,Yb:ScBO3晶体中电子-声子耦合作用明显,光谱展宽效应增强,有望实现近红外超短脉冲激光输出及边带发射。SrW04是一种常见的拉曼激光增益介质。Yb:SrWO4晶体中存在不等价取代产生的多种电荷补偿缺陷,导致其发射光谱产生非均匀加宽,同时又存在电子-声子耦合效应产生的均匀加宽,使其同样具有宽的发射光谱,有利于获得近红外宽带调谐及超快激光输出。但是,受限于晶体较高的熔点和B2O3的强烈挥发,目前光学级Yb:ScBO3晶体的生长仍然是一个挑战,对晶体的光学性质研究尚显不足。Yb:SrWO4晶体目前也仅有物理性质和基本光谱性质的报道,未对其谱线展宽机制和激光输出潜力等问题进行深入研究。因此,生长高质量晶体,研究这两种宽光谱Yb3+离子掺杂激光晶体的谱线加宽机制对未来激光输出实验具有重要意义。本论文立足于Yb:ScBO3和Yb:SrWO4两种激光晶体,优化晶体生长参数,分别使用光学浮区法和提拉法生长了 Yb:ScBO3和三种掺杂水平的Yb:SrW04晶体,测定并分析了其结构及热学性质,测试了吸收和发射光谱,分析了各自的光谱展宽机制,明确了电子-声子耦合效应和电荷补偿对光光谱展宽的作用,为后续激光输出工作奠定了基础。论文主要内容如下:（一）Yb:ScBO3晶体生长和光谱性质研究采用光学浮区法生长了 Yb:ScBO3晶体,详细分析了转速、温度、气氛等生长参数对晶体结晶情况的影响。通过平衡晶体生长速度、H3BO3用量和O2含量的关系,在H3BO3过量总质量的6 wt%,生长速度为0.2 mm/h,转速为17.5 r/min的条件下,在50%O2+50%Ar气氛中生长得到了掺杂浓度为10 at.%的Yb:ScBO3单晶,结晶区域约为5mm×3 mm×2mm。使用X射线粉末衍射对所得到的Yb:ScBO3晶体开展了物相分析测试,通过Rietveld结构精修得到实际Yb:ScBO3晶体的晶胞参数,分析了 Yb3+的掺杂对ScBO3晶体的晶胞参数产生的影响。测试了 Yb:ScBO3的室温吸收光谱并计算了吸收截面,以波长为893 nm的氙灯为泵浦源,测试了不同温度条件下的荧光光谱,并使用Fuchtbauer-Ladenburg（F-L）法计算了对应发射截面。计算了增益截面并得到了有效正增益波长范围。计算了黄昆-里斯因子S,结果表明Yb:ScBO3晶体中存在较强的电子-声子耦合效应,对光谱的均匀加宽有重要作用。（二）Yb:SrWO4晶体生长和物性研究采用提拉法生长了 Yb3+离子理论掺杂浓度为0.5 at.%,1 at.%,5 at.%的Yb:SrWO4晶体,对晶体的结构、组分、密度和热学、光学性质等进行了系统地分析。XRD测试表明所生长的Yb:SrWO4晶体具有较高的纯度和良好的单晶性。摇摆曲线表明晶体具有较高的光学质量。Rietveld结构精修分析了因Yb3+离子的掺杂浓度的不同而导致的晶胞参数变化规律。测试了三组晶体的组分,得到了晶体的实际掺杂浓度及化学式,计算了有效分凝系数。测定了不同Yb3+掺杂浓度Yb:SrWO4晶体的比热容、热膨胀系数、热扩散系数和热导率,分析总结了晶体热学性质随温度和掺杂浓度的变化规律,计算了晶体密度随温度的变化曲线以及热冲击系数。测定了不同掺杂浓度Yb:SrWO4晶体的室温非偏振、偏振透过光谱、荧光寿命和室温偏振荧光光谱。根据透过光谱数据算得了偏振吸收截面,使用倒易法计算了偏振发射截面,使用波长为976 nm的光纤耦合二极管激光器作为泵浦源测试了三组Yb:SrWO4晶体的室温和低温（77 K）荧光光谱,并计算了黄昆-里斯因子S。结果表明,不同掺杂浓度Yb:SrWO4晶体的吸收和发射光谱均具有明显的偏振特性,最大吸收波长为969 nm,最大吸收截面为1.49×10-20 cm2,最大发射波长为1003 nm,最大发射截面为1.75×10-20 cm2。发射带宽为 150 nm,半峰宽为 50.84 nm,宽于 Yb:KLu（W04）2、Yb:NaY（WO4）2和Yb:NaGd（WO4）2等常见的钨酸盐激光晶体。Yb:SrWO4晶体的光谱展宽机制可归因于电荷补偿缺陷产生的非均匀加宽和电子-声子耦合产生的均匀加宽的协同作用。以上结果说明Yb:SrWO4晶体兼具宽光谱和优良的热学性能,是一种具有应用潜力的高功率超快激光增益介质。
权聪[5]（2021）在《2.7～3微米掺Er3+铝酸钇激光晶体的生长与性能研究》文中研究表明2.7～3 μm中红外激光在生物医疗、非线性光学、空间科学研究、激光雷达、遥感探测、环境污染监测、材料加工等领域均有着重要应用。在众多获得该波段激光的方式中,掺Er3+固体激光器可通过高功率～970nm激光二极管（Laser diode,LD）泵浦及Er3+-Er3+间的合作上转换获得超越Stokes极限的高效率激光输出,从而引起了广泛的研究和关注。Er:YAP晶体具有高热导率、低声子能量、自然双折射、线偏振激光输出等优点,在高功率中红外激光方面表现出独特的优势。但目前尚未有通过优化Er3+掺杂浓度或共掺退激活离子Pr3+改善Er:YAP晶体中红外激光性能的研究报道,关于采用LD泵浦EnYAP晶体实现2.7～3 μm中红外激光输出的研究也较少。为了进一步提高Er:YAP晶体的激光性能,获得高功率、高效率的中红外激光输出,本文将从泵浦方式、晶体取向、离子掺杂浓度等三个方面进行优化,并通过电光调Q技术压窄脉宽、提高激光峰值功率。具体研究内容如下:1.采用熔体提拉法成功生长出了高光学质量的不同浓度单掺Er:YAP晶体与双掺Er,Pr:YAP晶体,并对其物相结构和结晶质量进行了表征;对比了晶体的吸收光谱、荧光光谱及荧光辐射寿命,并对照Er3+与Pr3+的能级图分析光谱性能变化的原因及Er3+中红外荧光发射的机理。2.分别研究了氙灯泵浦、LD端面泵浦及LD侧面泵浦10 at%Er:YAP晶体的激光性能,并系统分析了三种泵浦方式的优缺点。总的来说,三种泵浦方式各有优劣,其中LD侧面泵浦能够获得高功率和高效率的准连续激光输出,是相对理想的泵浦方式。3.研究了 Er:YAP晶体的偏振特性及光学各向异性,发现晶体具有偏振吸收、偏振输出及多波长输出特性,有望通过采用线偏振激光提高晶体对泵浦光的吸收效率,进一步提高激光性能;不同轴向晶体的吸收系数和激光性能具有一定差异,较低泵浦功率下,在973 nm处具有较高吸收系数的a轴晶体激光性能更好;较高泵浦功率时,具有较高热导率和较小热膨胀系数的b轴晶体的性能更佳。4.对比研究了不同浓度掺杂Er:YAP和Er,Pr:YAP晶体的激光性能,并对影响晶体激光性能的主要因素进行分析,为晶体激光性能的进一步优化提供指导和依据。15 at%Er:YAP晶体激光性能相对较好,250和1000 Hz条件下分别实现了 23.5和11.1 W的高功率准连续激光输出,并采用凹端面晶体元件,将其提高到26.75和13.18 W;Er,Pr:YAP晶体输出功率和斜率效率较低,但适合用作调Q激光的工作物质。5.采用损伤阈值高、介电常数小的LGS晶体作为电光Q开关,研究了氙灯泵浦及LD侧面泵浦Er,Pr.YAP晶体的调Q激光性能,分别获得了 5 Hz,40 ns,1.59 MW和 150 Hz,61.2 ns,0.33 MW 的调 Q 脉冲激光输出。本论文的主要创新点如下:1.采用高浓度Er3+掺杂加强上转换和共掺退激活离子Pr3+降低激光下能级寿命两种方案,克服了Er3+发光的“自终止效应”,提高了晶体的激光效率;2.通过LD端面和侧面泵浦方式,实现了高光束质量和高功率的中红外激光输出;3.利用凹端面晶体元件补偿激光运转过程中的热透镜效应,进一步提高了晶体的性能;4.设计了基于LGS晶体的电光调Q开关实验装置,在氙灯泵浦及LD侧面泵浦条件下,Er,Pr:YAP晶体获得了窄脉宽和高峰值功率的调Q脉冲激光输出。本论文的研究工作为中红外掺Er3+固体激光的性能优化及其晶体材料的制备提供了重要参考,为高效率、高功率及高重频中红外Er3+激光的实际应用奠定了坚实的基础。
杜金恒[6]（2021）在《高功率自倍频板条激光器研究》文中研究说明可见光激光器在人们的日常生产生活中已经应用的十分广泛,各种波长的可见光激光器的应用涉及到医疗、军事、娱乐、科研、工业等方方面面。目前,使用半导体技术的半导体激光器直接获得可见光激光输出是既简单又高效的方法,目前波长在530 nm以下的蓝绿光激光和波长在620 nm以上的红光及近红外波段的半导体激光技术已经比较成熟且已商业化生产,在激光器市场上占据的了较大份额。但是在波长为530-620 nm的短波长半导体激光器方面,由于半导体材料在原料制备及其器件工艺加工方面存在难以克服的困难,所以波长在530 nm-620nm的半导体激光器的研究进程缓慢且还没有达到实用化的阶段。目前获得波长在530 nm-620 nm波段的可见光激光主要采用固体激光结合非线性频率转换的技术方案。然而,在可见光波段的具有高功率、高集成度的全固态激光器在现阶段的发展依然面临着相当大的困难,在激光技术上仍存在很大的挑战,亟待突破。目前,使用非线性光学技术获得530 nm-620 nm波段的可见光激光的方法主要有以下几种:①将输出波段为红外波长的半导体激光器发出的光直接经过倍频晶体,使用倍频晶体将红外波段的光转换成可见光激光输出。虽然这种方法极其简单且易执行,但是输出的可见光激光的光谱较宽,其波长稳定性与红外半导体激光一致,而半导体激光的波长随着温度变化会发生漂移,所以倍频产生的可见光激光的波长稳定性也差,因而该种方式的激光器应用不广泛;②通过将二极管激光器（Laser Diode,LD）用于激光系统的泵浦源用来泵浦掺杂有Nd3+、Yb3+等稀土离子的激光晶体,在激光系统中首先获得一个红外激光的输出,随后再通过使用倍频晶体的倍频效应即可以最终获得绿光激光的输出。由于红外激光的光束质量及稳定性都极佳,所以获得的倍频激光的光谱和光束质量都很好,但是该种方法的不足是该激光系统需要至少两块晶体才能实现,所以在结构上较为复杂,使用成本较高,而且受限于稀土离子的发射波段,可获得的可见光激光的波长数量有限;③虽然可以使用蓝光激光二极管作为泵浦源泵浦掺Dy3+或者Tb3+离子的晶体可以实现可见光黄光激光输出,但是目前由于蓝光泵浦源输出功率有限从而限制了该种方式的输出功率,所以仍需使用非线性光学中技术获得黄光激光。倍频和和频是产生黄色激光的两种主要技术,但是获得黄光的装置中至少需要有一个激光晶体和一个非线性光学晶体,所以这种激光器仍存在着成本高、结构复杂、调整困难等不足。④在最近几年,已有相关的报道指出,可以将蓝光半导体激光用于当作激光系统的泵浦源,用于对掺杂Pr3+离子的激光晶体进行泵浦从而使得激光器直接获得输出产生红色激光、橙色激光和绿色激光,使用该种方法确实是简单有效并且输出波长也具有多样化。但是,目前使用的蓝光半导体激光泵浦源的功率低,所以从根本上决定了泵浦Pr3+激光的方式获得的可见光激光输出功率较低,极大地限制了其广泛推广使用。⑤最简单有效的方法就是使用一种其本身既可以发射红外激光又可以将红外激光倍频的晶体,从而可以直接获得自倍频可见光激光的输出,这种晶体我们叫做自倍频晶体。由于在自倍频激光器中只需要使用一块晶体就能够实现基频激光振荡和倍频激光的输出,所以该种激光器具有结构简单、成本低、调节方便、高集成、稳定性高等众多优势,也成为了当下可见光激光器的研究热门之一。在2011年的时候,我们课题组的老师已经通过使用Nd:GdCOB自倍频晶体,通过相关的自倍频实验,在该晶体中通过优化晶体的长度及泵浦光斑大小的方式成功地实现了输出功率为3.01 W的输出波长为545 nm的自倍频绿光激光输出,并且基于此项成果已经成功的将自倍频激光实现了商业化的生产。该系列晶体的输出功率近些年来未得到更高的发展,主要是因为该晶体本身的热导率较低,所以本身向外传递热量的能力差,也就是散热能力差,还有就是实验中使用的激光器的结构是常用的低功率激光器系统中使用的端面泵浦棒状晶体的结构,所以在输入的泵浦功率升高后会导致激光晶体内部产生的热量不能够得到有效及时地传递,积聚在晶体内部,造成了晶体内部的热效应较大,所以当继续升高输入的泵浦功率时输出的功率也很难能够实现更高功率输出,甚至会出现输出功率的降低甚至导致晶体破裂。而通过自倍频晶体直接获得黄光输出是一种高效、高功率、结构紧凑的方式,但是多年来一直未有可获得高功率输出的可以直接产生黄光基频光波段的晶体,因而发展受限。我们课题组通过电一声子耦合理论,在Yb:YCOB晶体中成功实现了波长的拓展,获得了 1140nm波段的基频激光输出,继而使用Yb:YCOB晶体的倍频效应在该晶体中成功实现自倍频黄光激光输出,目前已经获得了 1.71 W自倍频黄光激光的输出,填补了自倍频黄光激光器的空白。虽然目前小功率的自倍频激光器已经商业化生产,但是随着现代社会人们在生产生活上的越来越高的需求,输出波长单一及输出功率为瓦级的自倍频可见光激光器已经远远达不到人们的更高要求,越来越多的人们向往着高集成高功率的可见光激光器。但是高功率、多波长的自倍频激光器仍面临挑战,这是因为在自倍频过程中,基频激光的产生和倍频效应是同时进行的,并不是激光与倍频的简单相加,需要同时考虑到基频激光的有效发射和倍频的高效率转换。这就需要考虑到诸如最佳吸收截面、最佳发射截面、最优的相位匹配方向等因素的影响,而想要获得高功率自倍频激光器,晶体的热效应带来的影响是至关重要的,这就要求我们要将自倍频过程中晶体的产热和温度分布进行澄清,从而进行结构的优化,降低晶体的热效应,以提高自倍频激光的输出功率。而要获得多波长自倍频激光器,需要深化对电—声子耦合理论的研究,开展多波长自倍频激光研究。针对不同的应用领域对应着不同的激光波长,波长多样化的可见光激光器亦是当前的发展方向。高功率输出的可见光激光器应当在诸如激光显示、医学、军事和科学研究等众多领域中具有广阔的应用前景,所以寻求一种在结构上简单、成本低廉、具有高功率输出的多波长自倍频激光器势在必行。本论文以提升自倍频绿光和黄光激光输出功率为目标,在以Nd:GdCOB和Yb:YCOB为代表的自倍频激光晶体中取得了系列进展。分析了激光运转过程中的产热和热量分布,提出了板条激光器促进散热的技术方案并计算了最优晶体厚度,在Nd:GdCOB晶体中实现了十瓦级545 nm自倍频绿光激光输出,为目前国际最高水平。同时,利用具有强电子—声子耦合效应的Yb:YCOB晶体为研究对象,突破了荧光光谱的限制,在Yb:YCOB晶体中实现了 1140 nm基频光输出,以及570 nm自倍频黄光输出,自倍频黄光激光输出功率获得有效提高。相关工作丰富了激光理论,引领了全固态激光器研究,为未来多波长、高集成可见光全固态激光器奠定了理论基础和核心晶体材料基础。本论文的主要工作如下:1.自倍频过程中晶体内部热效应理论分析在激光产生的过程中,分析了激光过程中晶体内几种产热的来源,对应的根据晶体内产热表达式和稳态热传导方程,计算出板条晶体中单位体积内产出热量的表达式,再根据边界条件,得到了激光过程中板条晶体内的温度分布解析式。2.端面泵浦Nd:GdCOB板条晶体绿光自倍频激光性能研究分析了在使用Nd:GdCOB晶体时,分别采用棒状晶体的结构和板条晶体结构的时候在晶体中温度的分布情况,并且使用了不用的软件进行了模拟,比如MATLAB、COMSOL和ANSYS等,结合结构的产生过程中热量的分布解析式,从理论上使用上述不同软件分别模拟了部分端面泵浦棒状晶体和部分端面泵浦板条状晶体两种结构下在激光发射过程中达到稳态时晶体内部的温度分布情况。从理论模拟得到的结果中可以得到,在使用板条状晶体的结构之后可以将晶体内的最大温差得到大幅度的降低,也就是可以使得晶体内部的热效应得到有效减小,从而使得激光晶体可以承受住更高的输入泵浦功率而不发生破裂,从而可以将输出的功率获得有效的提升。通过使用不同的软件模拟了不同厚度的板条晶体内部的温度分布情况,确定了板条晶体的厚度,并指出晶体厚度越小晶体内部的热效应越小的结论,结合实际情况,最终确定使用厚度为1 mm的板条晶体。由于板条晶体可以大大降低晶体内部的热效应,这就可以大幅度提高热导率较低的Nd:GdCOB晶体的输出功率。通过推导出一般情形下的相位匹配条件,再结合双轴晶体的特点,推导出在双轴晶体中达到相位匹配时所需要的条件,然后再结合已报道出的晶体的折射率色散方程,就可以使用计算机编码推导计算得到在GdCOB晶体中沿着1091 nm倍频得到545.5 nm自倍频激光时所需要的相位匹配曲线,在通过计算有效非线性系数,从而确定了在该晶体中的最佳相位匹配角度为（113°,49°）,将晶体沿着该方向进行切割进行接下来的实验。在实验中,通过对给晶体制冷的铜块热沉进行不断的优化并且对输入泵浦光的泵浦波长和泵浦源入射在晶体上时光斑的大小进行不断的优化,最终成功地将自倍频绿光激光的输出功率达到了当前国际已知报道的最高的输出功率水平17.91 W。同时,输出功率超过10 W的自倍频激光器样机也制作成功,并有良好的激光稳定性。3.Yb:YCOB板条晶体自倍频激光性能研究实验中首先计算出了YCOB晶体的最佳相位匹配角度,随后将使用提拉法生长得到的不同浓度的Yb:YCOB晶体都沿着计算得到的最佳的相位匹配方向进行切割,并且又测量了沿相位匹配方向切割的晶体在室温下的吸收光谱。将Yb:YCOB晶体沿相位匹配方向切割板条状进行实验,通过理论模拟使用不同的吸收系数对应的泵浦源时的温度分布情况,以及同一泵浦波长下不同吸收系数的温度分布,确定使用晶体吸收系数小对应的泵浦源时晶体内的温度分布更均匀,再根据实际情况,在同一泵浦条件下选用不同掺杂浓度的晶体进行实验,再合理进行镀膜参数的设计,优化泵浦光斑尺寸和晶体大小,最终实现了最高输出功率为7.02 W的自倍频黄光激光输出,黄光波长为570 nm。
龙军华[7]（2021）在《柔性Ⅲ-Ⅴ多结太阳电池的大尺寸制备和器件研究》文中提出柔性Ⅲ-Ⅴ多结太阳电池因其高效、轻柔、稳定等优点,有望广泛应用于高空飞艇、临近空间大型无人机、商业航天等空间应用装置,以及新能源汽车、智能可穿戴装备等地面移动能源系统。本文针对柔性高效Ⅲ-Ⅴ多结太阳电池制备中存在的大尺寸外延材料的剥离及转移、柔性衬底制备等技术难题展开研究,同时对多结太阳电池光电互易关系、失效机制等器件物理问题进行了系统分析。主要研究成果如下:1.计算了缓冲层厚度对失配InGaAs异质外延应力弛豫的影响,通过优化单层缓冲层厚度,使影响应力释放的平衡位错密度接近最大值,应力释放效果最佳。高质量多结太阳电池外延材料是实现高效太阳电池的关键。分析了GaAs衬底失配生长的GaInP/GaAs/InGaAs三结太阳电池,表面原子力显微镜和横截面透射电子显微镜测试显示外延晶体质量良好。此外在三结太阳电池外延的基础上获得了1.96/1.55/1.17/0.83 eV AlGaInP/AlGaAs/InGaAs/InGaAs 四结太阳电池,其中AlInGaAs组分步进缓冲层几乎将全部失配位错限制在内部界面使其不会穿透到有源区,两结InGaAs子电池的失配应力已基本弛豫。2.突破常规的柔性太阳电池制备方案,创新性地提出了电镀与低温键合相结合的薄膜外延层转移方案,使得柔性太阳电池的制备工艺缩减一半,柔性衬底和外延材料之间的残余应力大大降低,且电池更轻柔、良品率更高、更适合批量生产。采用该技术成功制备了 4寸柔性三结太阳电池,光电转换效率达到34.68%,重量面密度为169 g/m2。该技术路线不受晶圆的尺寸限制,可以制备6寸、8寸甚至更大尺寸的晶圆,普遍适用于Ⅲ-Ⅴ多结太阳电池,有望以低成本实现大尺寸柔性多结太阳电池的量产。同时利用转移矩阵方法构建了基于三结太阳电池天然纹理背反射器的光捕获和光子循环模型,并在此光学模型基础上优化设计了300～1350 nm 双层 TiOx/SiO2（44/83 nm）减反射膜和 300～1650 nm 四层ZnS/MgF2/ZnS/MgF2（45/17/7/71 nm）减反射膜。3.针对倒装直接生长的四结太阳电池存在的低短路电流密度但开路电压正常的这一关键问题,进行了四结太阳电池的失效分析,结果表明:短路电流密度的急剧下降并不是因为AlInGaAs组分步进缓冲层中产生的失配位错穿透到InGaAs子电池中导致漏电通道,而是因为金属有机物化学气相沉积最先生长AlGaInP子电池时引入的Al-O深能级缺陷增加了非辐射复合率并降低了材料的光学性能。通过改用高纯三甲基铝源优化AlGaInP子电池材料的外延生长,获得了光电转换效率为34.9%、开路电压为3.53 V的四结太阳电池。4.针对多结叠层太阳电池的子电池电流密度-电压曲线无法直接测量的难点,采用外量子效率与不同注入电流密度电致发光之间的光电互易关系,计算了多结太阳电池的子电池电流密度-电压特性曲线。单个子电池的分析是评估多结太阳电池性能的关键。基于多结太阳电池的光电互易关系可以分析子电池的光电特性,实现子电池针对性地优化设计指导。四结太阳电池整体效率提升的关键是降低AlGaInP顶电池的深能级复合和0.83 eV InGaAs底电池的体复合。对于底电池可以设计微纳纹理结构背反射器,实现光子回收和光捕获以增加开路电压和短路电流密度。与低带隙的底电池相比,制造高带隙的顶电池更具挑战性。减少Shockley-Read-Hall复合至关重要,尤其是对于高Al组分AlGaInP顶电池,必须平衡Al含量和材料生长质量。适当地增加有源区发射极的Al含量是一种友好的解决方案,这可以在确保足够的扩散长度的同时增加开路电压。
张龙振[8]（2021）在《钙钛矿MAPbBr3和黄铜矿ZnSiP2单晶薄膜的液相外延生长及光电性能研究》文中认为随着半导体在太阳能电池、光催化、光电探测器、X射线探测器以及固体激光器领域的不断发展,已有的Si、Ge元素半导体以及GaAs、InP等Ⅲ-Ⅴ族和CdTe、ZnSe等Ⅱ-Ⅳ族二元化合物半导体的帯隙、载流子迁移率、寿命、电阻率等物理性能已经难以满足,因此探索新型的三组元半导体材料以及制备对应的单晶薄膜在拓展半导体性能和应用方面具有重要的意义。近年来由于金属卤族钙钛矿材料大的载流子迁移率、低的缺陷密度以及易调控的光电性质,在光电探测器、发光二极管、太阳能电池和核辐射探测器等领域展现出了卓越的性能,受到了海内外研究者的广泛关注。此外,Ⅱ-Ⅳ-Ⅴ族黄铜矿半导体因其合适的带隙、大的非线性系数、高的晶体稳定性以及高的热导率等,在太阳能电池发电、光催化产氢产氧、激光对抗等领域有着潜在的优良应用价值。在大多数场合下,薄膜更适合于光电器件的制作。但是,和单晶相比,大面积高质量的单晶薄膜的制备至今仍然是十分困难的。本论文针对钙钛矿结构的MAPbBr3和黄铜矿结构的ZnSiP2的单晶薄膜制备及其光电性能开展探索研究。我们发明了一种滴铸液相外延技术,在CsPbBr3单晶衬底上生长出MAPbBr3单晶薄膜及阵列,获得的MAPbBr3/CsPbBr3（MAPB/CPB）异质结在光电探测及X射线探测领域表现出了优异的性能,制备的MAPbBr3-xClx[（X=0、0.5、1）系列单晶阵列为柔性X射线探测器件的制作提供了新思路。同时,我们首次采用液相外延法在Si单晶衬底上生长出ZnSiP2单晶薄膜,探究了 ZnSiP2晶体和ZnSiP2/Si异质结在光催化领域的应用。本论文主要包括以下六个部分:第一章综述了金属卤族钙钛矿和ABC2型黄铜矿半导体的研究背景和发展现状,总结了半导体薄膜的制备方法以及新型半导体的应用领域,提出了本论文的选题意义及目的。第二章主要介绍了 MAPbBr3单晶薄膜的滴铸外延生长。采用滴铸外延法首次在CsPbBr3单晶衬底上成功生长了 MAPbBr3单晶薄膜,得到的薄膜表面平整、质量高、缺陷少且面内取向一致。电子扫描显微镜（SEM）结果表明,通过调节前驱体溶液的浓度,可实现薄膜厚度在1-18μm的可控生长。能谱仪（EDS）定量分析结果表明Pb和Br的原子比满足1:3的关系,并通过拉曼和红外光谱证明了 MA+阳离子的存在。之后我们使用电子探针（EPMA）分析了 Cs元素在薄膜与衬底交界处的分布。结合X射线衍射仪（XRD）、高分辨XRD极图和透射电子显微镜（TEM）测试,最终确定了薄膜与衬底的外延关系为:MAPbBr3（010）//CsPbBr3（010）,MAPbBr3[101]//CsPbBr3[200]。采用紫外-可见-近红外漫反射光谱、光致发光（PL）谱和空间电荷限制法（SCLC）分别测试了样品的光学与电学性能。MAPbBr3单晶薄膜的吸收截止边为576nm,PL峰的位置为566nm,缺陷密度和载流子迁移率分别为4.6X 1011 cm-3和261.94 cm2 V-1s-1,与块状单晶相当。MAPbBr3单晶薄膜对532nm光的光响应的开关比达113,暗电流仅为5.25μA,有望应用在光电探测领域。第三章主要介绍了 MAPB/CPB异质结的电学性质和探测性能。溶液法生长的MAPbBr3晶体的导电类型是p型,垂直下降法生长的CsPbBr3晶体的导电类型是n型。因此当两者结合时,形成了异质p-n结,并在两个半导体的导带底（VBM）和价带顶（CBM）之间产生1.23 eV和1.16eV的势垒。飞行时间法（ToF）测得的MAPB/CPB异质结在正偏压的空穴迁移率为43.5 cm2 V-1s-1,负偏压下的载流子迁移率为6.6 cm2 V-1 s-1。对Au/MAPB/CPB/Au器件的光响应性能研究结果表明:Au/MAPB/CPB/Au器件在正偏压下的开关比更高,即响应度更高,且在负偏压下的暗电流更低且更稳定。和单独的Au/CPB/Au器件相比,Au/MAPB/CPB/Au异质结器件的开关比和暗电流稳定性都是更优的。我们对Au/MAPB/CPB/Au器件的X射线探测性能也进行了研究,获得了 31155 μC Gy 1cm-2超高X射线灵敏度,是传统的α-Se探测器（20μCGy-1 cm-2）的1500倍,是商用化的Cd1-xZnxTe探测器（318 μC Gy-1cm-2）的100倍,和热压法生长的CsPbBr3准单晶膜探测器（55684 μC Gy-1 cm-2）一个数量级。而且,MAPB/CPB探测器可以承受125 V mm-1的高电场,并且随着电压的升高,X射线灵敏度将会进一步增加。第四章我们生长了混卤MAPbBr3-xClx（X=0、0.5、1）和混金属MAPb0.5Sn0.5Br3的单晶薄膜与阵列,证明了滴铸外延法在制备混卤和卤金属钙钛矿单晶薄膜的普适性。通过在衬底上施加掩模版,可以方便、快捷地生长出大面积、结晶取向一致的钙钛矿MAPbBr3-xClx（X=0、0.5、1）和MAPb0.5Sn0.5Br3单晶阵列。组成阵列的晶体排列整齐、大小均一、具有明显的结晶面。通过控制掩模版中镂空的尺寸与数量,可以得到相应不同尺寸的钙钛矿阵列。通过更换掩模版材质,实现了Mo（钼）、Si（硅）以及柔性PI（聚酰亚胺）掩模版上MAPbBr3单晶阵列的生长。其中Mo掩模版具有一定程度的柔韧性,可用作非平坦物体的探测成像。PI掩模版上获得的MAPbBr3单晶阵列展现出了极大的柔性,有望实现柔性X射线探测器的制造。第五章主要介绍了 ZnSiP2/Si异质结的液相外延生长,并研究了 ZnSiP2晶体及ZnSiP2/Si异质结在光解水领域的应用。采用高温液相外延方法在单晶Si衬底上成功制备了满足化学计量比的ZnSiP2单晶薄膜。SEM观察到薄膜的厚度约为3μm,EDS和EPMA结果表明,薄膜中Zn、Si、P三种元素满足1:1:2的化学计量比关系。观察XRD图谱仅能发现ZnSiP2的（001）衍射峰和Si衬底（001）衍射峰,结合HRXRDφ扫描的结果,证明了薄膜的面内面外取向一致,从而确定其为单晶薄膜。最后通过HRTEM观察,确定了 ZnSiP2薄膜与Si衬底之间的外延关系为ZnSiP2（100）/Si（001）,ZnSiP2<1 12>/Si<111>。通过分光光度计与霍尔效应测试仪分别测试了样品的光学与电学性质。证明了ZnSiP2单晶薄膜的存在确实起到了增加Si衬底光吸收的作用。测得的ZnSiP2薄膜的电导率σ和载流子浓度n分别为1.38×10-5Ω-1cm-1和9.11×109 cm-3。我们通过掺杂的方式实现了ZnSiP2薄膜电学性质的调控,随着掺杂浓度（掺Cu或Se）的提高,薄膜的电阻率ρ明显下降,霍尔迁移率与载流子浓度显着增加。ZnSiP2晶体作为光阳极产氧时,具有较低的起始电位,光电转换效率高达2.6%。和其它光解水电极材料ZnO、Ta3N5等相比,ZnSiP2晶体材料具有更高的光电流,更高的转换效率且达到最高转换效率所需要的偏压更低。ZnSiP2/Si异质结作为光阳极产氧时,和p型硅片相比,n型硅片制备的异质结样品的电流密度更高、暗电流更稳定、光电转换效率更高,初步表明n型Si与ZnSiP2构成的异质结更有利于光解水的进行。第六章我们概括了本论文的主要结论和创新点,以及接下来有待开展的工作。
陈雪[9]（2021）在《高性能GaAs基纳米线光电探测器的制备及原理分析》文中认为纳米结构光电探测器具有光学灵敏度高、响应速度快、光电转换效率高等优点,被广泛应用于光学成像和传感、环境监测、化学/生物传感和火箭羽流探测等领域。作为典型的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料,GaAs纳米线（NWs）具有直接带隙（1.42 eV）和高电子迁移率,是制造室温高速红外光电探测器的潜在材料。但是,由于GaAs NWs具有高的表面态密度,表面态会产生表面电流从而导致探测器暗电流的增加。此外,高表面态密度也会增加光生载流子的复合速率从而导致探测器光电流降低,这明显不利于高性能GaAs基NWs光电探测器的制备。本论文旨在降低单根GaAs NW光电探测器的暗电流,提高其光电流,以实现高性能单根GaAs基NW光电探测器,论文的主要研究内容如下:（1）硫钝化对GaAs NW光电探测器性能的影响及其原理分析。NWs光电探测器具有响应速度快、光电转换效率高等优点,可广泛应用于各个行业。但是,NWs丰富的表面态会导致较大的暗电流,阻碍高性能单根NW光电探测器的发展。本部分工作研究了硫表面钝化对单根GaAs NW光电探测器暗电流的影响并对机理进行了分析。表面钝化后,单根GaAs NW光电探测器的暗电流显着降低了约30倍。我们确认暗电流减少的根源在于表面态密度的降低。通过硫钝化处理,实现了具有7.18×10-2 pA的低暗电流和9.04×1012 cm·Hz0.5·W-1的高比探测率的单根GaAs NW光电探测器。（2）掺杂对GaAs NW光电探测器性能的影响及其原理分析。金属-半导体-金属（MSM）结构的GaAs基NWs光电探测器已被广泛报道,基于MSM结构的光电探测器有望成为高性能器件的候选材料,这是因为MSM结构中的肖特基内建电场可以实现光响应度的增强。因此,提高内建电场强度是提高光电探测器探测能力的有效途径。在本部分工作中,我们通过掺杂调节GaAs NWs的费米能级位置来增强探测器的内建电场强度,从而制备出具有优异性能的单根GaAs NW MSM光电探测器,其响应度可达1175 A/W,比未掺杂样品的响应度高两个数量级。空间扫描光电流映射和模拟确认了响应度的提高是由于空穴肖特基内建电场强度的增加所引起的,即增强的内建电场可以更有效地分离和收集光生载流子。（3）GaAs基NW APD的制备及性能分析。NW雪崩光电二极管（APD）由于其优越的增益和探测效率而在单光子检测领域具有潜在的应用。尽管在过去几年中研究者已经做出了许多努力,但是NW APD的性能仍然受到限制。在这部分研究工作中,我们通过将势垒层插入吸收区和倍增区的界面之间,势垒层作为空穴阱有效增强了倍增区的电场强度,从而制备出一种高性能分离吸收倍增区雪崩光电二极管（SAM-APD）。在-18 V电压、940 nm光照下器件具有3.35×103 A/W的高响应度和104的倍增因子,同时,器件的比探测率高达2.51×1012cm·Hz0.5·W-1,与商用InGaAs APD(1012 cm·Hz0.5·W-1)相当。详细的实验结果和理论模拟证实了插入层在APD中的作用。此外,由于NW具有大的比表面积,此SAM-APD器件具有低噪声电流,且1/f噪声占主导地位。（4）高响应度自供电GaAs NW-WSe2异质结光电探测器。集成混合维（MD）范德华（vdWs）异质结以实现自供电光电探测器引起了广泛关注。MD-vdWs异质结的界面特性（半导体-金属界面特性和半导体-半导体界面特性）严重影响探测器的性能指标。迄今为止,如何平衡半导体-金属界面和半导体-半导体界面的界面特性仍有待探索。在本部分研究工作中,我们提出通过栅压调节双极型二维材料的费米能级位置,从而有效平衡MD-vdWs异质结光电探测器的界面特性。此外,通过具有不同金属接触电极的GaAs-WSe2 MD vdWs异质结自供电光电探测器验证了栅极调控界面特性的有效性。在Au/Cr电极的GaAs-WSe2异质结光电探测器中,通过栅压调控,其响应度从1.23×102 mA/W提高到5.11×102 mA/W,高于先前报道的GaAs基自供电光电探测器。本论文的研究内容对实现高性能GaAs基NWs及其他低维材料光电探测器,推动其实际应用具有重要的指导意义。
张泽涵,蒋涛,湛治强,王雪敏,罗佳文,彭丽萍,樊龙,肖婷婷,吴卫东[10]（2021）在《量子级联激光器的热管理研究进展》文中研究说明作为目前最重要的中远红外光源,量子级联激光器（QCL）因独特的性能和频率可拓展至太赫兹（THz）的特点,成为研究的热点。对于QCL,影响其输出功率和工作温度的因素较多,其中高效散热是重要的因素。首先对中红外和太赫兹两种QCL的热管理研究进行了归纳和总结;讨论和分析了两者之间的相似和不同点,主要讨论两种激光器固体侧散热的方法,包括有源区设计、改进工艺、优化器件材料体系等方面;最后,对QCL热管理的未来研究趋势进行了分析和预测。该结果对于QCL的性能提升,特别是输出功率和工作温度的提高,具有一定的参考意义。
二、GaAs二极管激光器十年的进展（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、GaAs二极管激光器十年的进展（论文提纲范文）
（1）纳米激光概述（论文提纲范文）
| 1 引 言 |
| 2 半导体纳米线激光器 |
| 2.1 纳米线激光器的激射波段 |
| 2.2 可调谐纳米线激光器 |
| 2.3 纳米线激光器的阈值 |
| 2.4 电泵浦纳米线激光器 |
| 2.5 钙钛矿半导体纳米线激光器 |
| 3 回音壁模式纳米激光 |
| 4 等离子激元纳米激光 |
| 4.1 等离子激元激光的物理基础 |
| 4.2 等离子激元纳米激光器及spaser的发展 |
| 4.2.1 等离子激元纳米激光器的结构 |
| 4.2.2 等离子激元纳米激光器和spaser的阈值 |
| 4.2.3 等离子激元纳米激光器的外量子效率 |
| 4.2.4 电泵浦等离子激元纳米激光器 |
| 4.2.5 等离子激元纳米激光器的室温运转 |
| 4.2.6 等离子激元纳米激光器的直接调制 |
| 4.2.7 单粒子spaser及其应用 |
| 5 结语及前瞻 |
（2）基于光场调控和微结构的高性能光探测器的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 主要工作及结构安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 高速、高量子效率光探测器的研究进展 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 PIN-PD在现代通信系统中的应用 |
| 2.3 高速、高量子效率PD的研究现状 |
| 2.3.1 高速、高效率的PIN光探测器 |
| 2.3.2 UTC光探测器 |
| 2.3.3 光探测器阵列 |
| 2.3.4 微结构光探测器的研究现状 |
| 2.3.5 集成微结构器件的光探测器 |
| 2.4 入射光场分布对光探测器的影响的研究 |
| 2.5 PIN-PD的工作机制和主要性能指标 |
| 2.5.1 光探测器中的本构关系 |
| 2.5.2 响应度和量子效率 |
| 2.5.3 光探测器的电带宽和等效电路 |
| 2.5.4 带宽-效率积 |
| 2.5.5 光探测器的暗电流和噪声机制 |
| 2.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 入射光场分布对PIN光探测器性能的影响研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于Silvaco软件的数值计算方法 |
| 3.3 光探测器结构设计 |
| 3.3.1 理论分析 |
| 3.3.2 仿真参数设置 |
| 3.4 入射光场分布设计 |
| 3.5 光场分布影响的PIN光探测器带宽及分析 |
| 3.5.1 相同峰值的光共轴入射 |
| 3.5.2 相同功率的光共轴入射 |
| 3.5.3 器件带宽和输出电流分析 |
| 3.5.4 光探测器中的电场分布 |
| 3.6 水平优化方法和环形分布光场 |
| 3.6.1 水平优化方法 |
| 3.6.2 环形光场设计及器件性能 |
| 3.7 水平优化在C波段和高偏压下的验证 |
| 3.8 基于MATLAB GUI的高斯分布光计算小程序 |
| 3.9 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 控光器件的设计及集成方案 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于光栅的光场设计 |
| 4.2.1 基于光栅的平顶光场设计 |
| 4.2.2 基于InP基亚波长光栅的环形光场设计 |
| 4.3 基于SOI亚波长光栅的相位延迟功分器的设计 |
| 4.3.1 混频器理论分析 |
| 4.3.2 光栅设计 |
| 4.3.3 仿真结果分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 具有空气孔槽微结构的光探测器 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基于Lumerical的数值计算方法 |
| 5.2.1 基于FDTD的光学数值仿真 |
| 5.2.2 基于CHARGE的电学仿真 |
| 5.2.3 台面型PIN-PD的仿真研究与误差分析 |
| 5.3 HG-MPIN-PD的仿真分析 |
| 5.3.1 HG-MPIN-PD的光学仿真分析 |
| 5.3.2 HG-MPIN-PD的电学仿真分析 |
| 5.4 HG-MPIN-PD的电极分布 |
| 5.4.1 光探测器电极的传输线理论 |
| 5.4.2 HG-MPIN-PD的“方向盘”形电极分布 |
| 5.5 加入氧化层结构的MPIN-PD设计 |
| 5.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 光探测器的制备与性能测试 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 光探测器的性能测试与分析 |
| 6.2.1 入射光场与光探测器的耦合方案 |
| 6.2.2 光探测器的直流特性 |
| 6.2.3 光场分布对光探测器高速性能影响的测试 |
| 6.3 HG-MPIN-PD外延片的质量测试与分析 |
| 6.3.1 晶格匹配度测试 |
| 6.3.2 外延层掺杂浓度测试 |
| 6.4 HG-MPIN-PD的制备 |
| 6.4.1 版图设计 |
| 6.4.2 后工艺中的主要步骤 |
| 6.4.3 HG-MPIN-PD的制备 |
| 6.4.4 HG-MPIN-PD的性能测试 |
| 6.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 工作总结 |
| 7.2 未来工作展望 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表学术论文 |
（3）高迁移率Ⅲ-Ⅴ族纳米线的可控合成与性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 缩写及符号表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 一维纳米线简介 |
| 1.2.1 一维纳米线的性质与优势 |
| 1.2.2 一维纳米线的应用 |
| 1.3 Ⅲ-Ⅴ族半导体材料简介 |
| 1.3.1 Ⅲ-Ⅴ族半导体材料的性质与优势 |
| 1.3.2 Ⅲ-Ⅴ族半导体材料的应用 |
| 1.4 Ⅲ-Ⅴ族纳米线的应用与研究现状 |
| 1.4.1 Ⅲ-Ⅴ族纳米线基场效应晶体管 |
| 1.4.2 Ⅲ-Ⅴ族纳米线基逻辑电路 |
| 1.4.3 Ⅲ-Ⅴ族纳米线基光电探测器 |
| 1.4.4 Ⅲ-Ⅴ族纳米线基太阳能电池 |
| 1.5 本论文的选题意义与研究内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 实验方法与原理 |
| 2.1 Ⅲ-Ⅴ族纳米线的生长方法与生长机理 |
| 2.1.1 Ⅲ-Ⅴ族纳米线的生长方法 |
| 2.1.2 Ⅲ-Ⅴ族纳米线的生长机理 |
| 2.1.3 Ⅲ-Ⅴ族纳米线的制备工艺及参数影响 |
| 2.2 纳米线场效应晶体管的原理与制备方法 |
| 2.2.1 场效应晶体管的原理 |
| 2.2.2 场效应晶体管的主要性能参数 |
| 2.2.3 纳米线场效应晶体管的制备方法 |
| 2.3 光电探测器的工作原理与主要性能参数 |
| 2.3.1 光电探测器的工作原理 |
| 2.3.2 光电探测器的主要性能参数 |
| 2.4 CMOS反相器的工作原理与主要性能参数 |
| 2.4.1 CMOS反相器的工作原理 |
| 2.4.2 CMOS反相器的主要性能参数 |
| 2.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 可控合成电子迁移率接近理论值的InP纳米线及其性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 InP纳米线的可控合成与材料表征 |
| 3.2.1 InP纳米线的可控合成 |
| 3.2.2 InP纳米线的材料表征 |
| 3.3 高结晶质量InP纳米线的生长机理分析 |
| 3.4 InP纳米线场效应晶体管的电学性能 |
| 3.4.1 InP纳米线场效应晶体管的制备过程 |
| 3.4.2 InP纳米线底栅场效应晶体管的电学性能测试与分析 |
| 3.4.3 InP纳米线顶栅场效应晶体管的电学性能测试与分析 |
| 3.5 InP纳米线场效应晶体管的光电探测性能测试与分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 可控合成空穴迁移率达到理论值的GaSb纳米线及其性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 全比例可调GaAsSb纳米线的可控合成及性能研究 |
| 4.2.1 全比例可调GaAsSb纳米线的可控合成及材料表征 |
| 4.2.2 全比例可调GaAsSb纳米线场效应晶体管的电学性能测试与分析 |
| 4.2.3 全比例可调GaAsSb纳米线的红外探测性能测试与分析 |
| 4.3 Sn轻掺杂提高GaSb纳米线空穴迁移率的理论分析 |
| 4.4 Sn轻掺杂GaSb纳米线的可控合成 |
| 4.4.1 Sn轻掺杂GaSb纳米线的合成步骤 |
| 4.4.2 Sn轻掺杂GaSb纳米线的控制生长 |
| 4.4.3 采用Sn催化剂生长Ⅲ-Ⅴ族纳米线的普适性 |
| 4.5 Sn轻掺杂GaSb纳米线电学与光电器件制备及测试方法 |
| 4.5.1 Sn轻掺杂GaSb纳米线电学与光电器件的制备过程 |
| 4.5.2 Sn轻掺杂GaSb纳米线电学与光电器件的测试方法 |
| 4.6 Sn轻掺杂GaSb纳米线场效应晶体管的电学性能分析 |
| 4.6.1 Sn轻掺杂GaSb单根纳米线场效应晶体管的电学性能分析 |
| 4.6.2 Sn轻掺杂GaSb纳米线阵列场效应晶体管的电学性能分析 |
| 4.7 Sn轻掺杂高迁移率GaSb纳米线的表征 |
| 4.7.1 Sn轻掺杂高迁移率GaSb纳米线的表征方法 |
| 4.7.2 Sn轻掺杂高迁移率GaSb纳米线的微观结构与组分表征 |
| 4.7.3 Sn轻掺杂高迁移率GaSb纳米线的光学表征 |
| 4.7.4 Sn轻掺杂在高迁移率GaSb纳米线中的均匀性 |
| 4.8 Sn轻掺杂高迁移率GaSb纳米线器件的光电探测性能分析 |
| 4.8.1 Sn轻掺杂高迁移率GaSb单根纳米线器件的光电探测性能分析 |
| 4.8.2 Sn轻掺杂高迁移率GaSb纳米线阵列器件的光电探测性能分析 |
| 4.9 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 利用金属-半导体结进一步提高GaSb纳米线场效应空穴迁移率 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 利用金属-半导体结调控p型材料场效应空穴迁移率的原理分析 |
| 5.3 利用金属-半导体结提高GaSb纳米线场效应空穴迁移率 |
| 5.3.1 利用Al-GaSb结提高GaSb纳米线场效应空穴迁移率 |
| 5.3.2 利用金属-半导体结调控GaSb纳米线场效应空穴迁移率普适性 |
| 5.4 利用金属-半导体结提高p型材料场效应空穴迁移率的普适性 |
| 5.4.1 利用金属-半导体结提高p型GaAs纳米线场效应空穴迁移率 |
| 5.4.2 利用金属-半导体结提高p型GaAs薄膜场效应空穴迁移率 |
| 5.4.3 利用金属-半导体结提高p型GaSb晶片的霍尔迁移率 |
| 5.4.4 利用金属-半导体结提高p型2D WSe2场效应空穴迁移率 |
| 5.5 超高场效应空穴迁移率GaSb纳米线在CMOS反相器中的应用 |
| 5.5.1 p型GaSb纳米线与n型InGaAs纳米线CMOS反相器的制备 |
| 5.5.2 p型GaSb纳米线与n型InGaAs纳米线CMOS反相器性能分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间的论文成果 |
| PAPER Ⅰ |
| PAPER Ⅱ |
| PAPER Ⅲ |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（4）镱离子掺杂硼酸钪和钨酸锶晶体的生长及其性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| §1.1 引言 |
| §1.2 全固态激光器 |
| §1.3 固体激光材料 |
| §1.4 激光晶体的光谱展宽机制 |
| §1.5 Yb~(3+)离子掺杂晶体 |
| §1.6 Yb:ScBO_3晶体和Yb:SrWO_4晶体的研究现状 |
| §1.7 本文的主要研究工作 |
| 参考文献 |
| 第二章 Yb:ScBO_3晶体生长 |
| §2.1 引言 |
| §2.2 生长方法与装置 |
| §2.2.1 光学浮区法 |
| §2.2.2 晶体生长设备 |
| §2.3 生长工艺 |
| §2.3.1 多晶粉料的制备 |
| §2.3.2 多晶料棒的制备 |
| §2.3.3 晶体生长过程 |
| §2.3.4 Yb:ScBO_3晶体生长参数的探索 |
| §2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 Yb:ScBO_3晶体结构及光谱性质研究 |
| §3.1 引言 |
| §3.2 Yb:ScBO_3晶体结构 |
| §3.3 Yb:ScBO_3晶体的光谱性质 |
| §3.3.1 吸收光谱 |
| §3.3.2 荧光寿命 |
| §3.3.3 荧光光谱 |
| §3.3.4 增益截面 |
| §3.3.5 黄昆里斯因子S的计算 |
| §3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 Yb:SrWO_4晶体的生长及光学性能研究 |
| §4.1 引言 |
| §4.2 Yb:SrWO_4晶体照片 |
| §4.3 Yb:SrWO_4晶体结构 |
| §4.4 Yb:SrWO_4晶体的组分表征 |
| §4.5 Yb:SrWO_4晶体物相分析 |
| §4.6 晶体品质鉴定 |
| §4.6.1 高分辨X射线衍射 |
| §4.6.2 电荷补偿缺陷分析 |
| §4.7 晶体密度 |
| §4.8 晶体硬度 |
| §4.9 热学性质 |
| §4.9.1 比热容 |
| §4.9.2 热膨胀 |
| §4.9.3 热扩散 |
| §4.9.4 热导率 |
| §4.9.5 热冲击系数 |
| §4.10 光学性质 |
| §4.10.1 透过光谱 |
| §4.10.2 吸收截面 |
| §4.10.3 荧光寿命 |
| §4.10.4 激发光谱 |
| §4.10.5 荧光光谱 |
| §4.10.6 增益截面 |
| §4.10.7 黄昆里斯因子S的计算 |
| §4.10.8 量子产率 |
| §4.11 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 总结与展望 |
| §5.1 主要工作及结论 |
| §5.2 主要创新点 |
| §5.3 有待进一步开展的工作 |
| 攻读硕士期间发表论文情况 |
| 攻读硕士期间所获奖励情况 |
| 致谢 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（5）2.7～3微米掺Er3+铝酸钇激光晶体的生长与性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 激光器的发展与分类 |
| 1.1.1 按工作物质分类 |
| 1.1.2 按工作波段分类 |
| 1.2 中红外2.7～3μm激光 |
| 1.2.1 常见的几种获得2.7～3μm激光的方式 |
| 1.2.2 中红外掺Er~(3+)固体激光器 |
| 1.3 掺Er~(3+)中红外激光晶体研究现状 |
| 1.3.1 掺Er~(3+)氟化物晶体 |
| 1.3.2 掺Er~(3+)石榴石结构氧化物激光晶体 |
| 1.3.3 掺Er~(3+)倍半氧化物激光晶体 |
| 1.3.4 掺Er~(3+)钙钛矿结构激光晶体 |
| 1.4 论文的研究内容与目的 |
| 第2章 Er:YAP系列晶体的生长及光谱性能 |
| 2.1 提拉法晶体生长技术 |
| 2.2 晶体生长 |
| 2.2.1 晶体生长过程 |
| 2.2.2 晶体生长 |
| 2.3 晶体的结构与质量表征 |
| 2.3.1 X射线衍射分析 |
| 2.3.2 X射线摇摆曲线 |
| 2.4 晶体的光谱性能表征 |
| 2.4.1 吸收光谱 |
| 2.4.2 荧光光谱 |
| 2.4.3 荧光寿命与发射截面 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 10at% Er:YAP晶体的激光性能 |
| 3.1 氙灯泵浦Er:YAP晶体 |
| 3.1.1 实验装置 |
| 3.1.2 激光性能 |
| 3.1.3 热分布模拟与热焦距测量 |
| 3.1.4 光束质量表征 |
| 3.1.5 激光输出波长 |
| 3.2 LD端面泵浦Er:YAP晶体的激光性能 |
| 3.2.1 实验装置 |
| 3.2.2 温度分布模拟和热焦距 |
| 3.2.3 激光性能 |
| 3.2.4 激光光束质量 |
| 3.2.5 激光光谱 |
| 3.3 LD侧面泵浦Er:YAP激光 |
| 3.3.1 实验装置 |
| 3.3.2 激光性能 |
| 3.3.3 激光波长 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 Er:YAP晶体的偏振输出特性和各向异性 |
| 4.1 Er:YAP晶体的偏振输出特性 |
| 4.1.1 实验装置图 |
| 4.1.2 偏振吸收光谱 |
| 4.1.3 氙灯泵浦 |
| 4.1.4 LD泵浦 |
| 4.1.5 低温吸收光谱及激光上下能级的指认 |
| 4.2 Er:YAP晶体的各向异性输出特性 |
| 4.2.1 吸收光谱 |
| 4.2.2 激光性能 |
| 4.2.3 激光光谱 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 掺铒YAP晶体的激光性能优化 |
| 5.1 不同浓度Er~(3+)掺杂YAP晶体的激光性能 |
| 5.1.1 氙灯泵浦 |
| 5.1.2 LD侧面泵浦 |
| 5.2 Er,Pr:YAP晶体的激光性能 |
| 5.2.1 氙灯泵浦 |
| 5.2.2 LD端面泵浦 |
| 5.2.3 LD侧面泵浦 |
| 5.2.4 Er:YAP与Er,Pr:YAP晶体的激光性能对比 |
| 5.3 凹端面15 at% Er:YAP晶体的激光性能 |
| 5.3.1 激光性能 |
| 5.3.2 热焦距 |
| 5.3.3 激光光束质量 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 Er,Pr:YAP晶体的电光调Q |
| 6.1 电光调Q技术与LGS晶体 |
| 6.1.1 电光调Q技术 |
| 6.1.2 LGS晶体 |
| 6.2 氙灯泵浦Er,Pr:YAP晶体的调Q激光性能 |
| 6.2.1 实验装置 |
| 6.2.2 调Q激光性能 |
| 6.2.3 光束质量与激光波长 |
| 6.3 LD侧面泵浦Er,Pr:YAP晶体电光调Q |
| 6.3.1 调Q实验装置 |
| 6.3.2 调Q激光性能 |
| 6.3.3 光束质量 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 附录A:图注 |
| 附录B:表注 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（6）高功率自倍频板条激光器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| §1.1 引言 |
| §1.2 激光晶体 |
| §1.3 非线性光学晶体 |
| §1.3.1 非线性光学理论 |
| §1.3.2 非线性光学晶体 |
| §1.4 激光自倍频 |
| §1.4.1 自倍频晶体的要求 |
| §1.4.2 自倍频晶体的发展历程 |
| §1.5 自倍频激光面临的发展瓶颈 |
| §1.6 本论文主要研究工作 |
| 参考文献 |
| 第二章 端面泵浦板条自倍频晶体的热效应研究 |
| §2.1 引言 |
| §2.2 板条晶体热效应 |
| §2.2.1 晶体产热来源 |
| §2.2.2 晶体热效应 |
| §2.2.3 产热的表达式 |
| §2.3 端面泵浦板条晶体内部热效应理论计算 |
| §2.3.1 部分端面泵浦自倍频板条激光器的结构及特点 |
| §2.3.2 部分端面泵浦板条晶体的热温度分布理论 |
| §2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 Nd:GdCOB板条晶体绿光自倍频激光性能研究 |
| §3.1 引言 |
| §3.2 部分端面泵浦板条晶体和部分端面泵浦棒状晶体的温度分布对比 |
| §3.3 自倍频板条激光晶体尺寸的确定 |
| §3.4 Nd:GdCOB板条晶体绿光自倍频激光性能研究 |
| §3.4.1 Nd:GdCOB晶体最佳相位匹配方向的计算 |
| §3.4.2 Nd:GdCOB板条晶体绿光自倍频激光实验及讨论 |
| §3.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 Yb:YCOB板条晶体自倍频黄光激光性能研究 |
| §4.1 引言 |
| §4.2 Yb:YCOB晶体最佳相位匹配方向的计算 |
| §4.3 Yb:YCOB板条晶体黄光自倍频激光性能研究 |
| §4.3.1 掺杂浓度为20at.%的Yb:YCOB板条晶体黄光自倍频激光实验 |
| §4.3.2 Yb:YCOB板条晶体热分析 |
| §4.3.3 掺杂浓度为15at.%的Yb:YCOB板条晶体黄光自倍频激光实验及讨论 |
| §4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 总结与展望 |
| §5.1 主要研究工作 |
| §5.2 主要创新点 |
| §5.3 有待进一步开展的工作 |
| 攻读博士学位期间发表论文和专利情况 |
| 攻读博士学位期间所获奖励情况 |
| 致谢 |
| Paper 1 |
| Paper 2 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（7）柔性Ⅲ-Ⅴ多结太阳电池的大尺寸制备和器件研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 Ⅲ-Ⅴ化合物半导体太阳电池基础 |
| 1.2.1 太阳辐射光谱 |
| 1.2.2 太阳电池基本原理 |
| 1.2.3 太阳电池主要参数 |
| 1.2.4 太阳电池效率极限 |
| 1.3 Ⅲ-Ⅴ化合物半导体太阳电池发展历程 |
| 1.3.1 GaAs单结太阳电池 |
| 1.3.2 AlGaAs(GaInP)/GaAs双结太阳电池 |
| 1.3.3 GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池 |
| 1.3.4 光谱匹配多结太阳电池 |
| 1.4 柔性Ⅲ-Ⅴ多结太阳电池 |
| 1.4.1 研究意义 |
| 1.4.2 国内外研究进展 |
| 1.5 本论文的研究内容和安排 |
| 第二章 Ⅲ-Ⅴ多结太阳电池测试表征方法 |
| 2.1 Ⅲ-Ⅴ半导体材料外延技术 |
| 2.1.1 分子束外延(MBE) |
| 2.1.2 金属有机物气相外延(MOVPE) |
| 2.2 Ⅲ-Ⅴ半导体材料表征技术 |
| 2.2.1 原子力显微镜(AFM) |
| 2.2.2 高分辨X射线衍射(HRXRD) |
| 2.2.3 光致发光(PL) |
| 2.2.4 阴极发光(CL) |
| 2.2.5 透射电子显微镜(TEM) |
| 2.2.6 二次离子质谱(SIMS) |
| 2.2.7 分光光度计 |
| 2.2.8 椭偏仪 |
| 2.3 Ⅲ-Ⅴ多结太阳电池测试系统 |
| 2.3.1 电致发光(EL) |
| 2.3.2 电流-电压(I-V)特性曲线 |
| 2.3.3 外量子效率(EQE) |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 多结太阳电池材料生长和表征 |
| 3.1 异质外延应力弛豫计算 |
| 3.1.1 异质外延晶格应变 |
| 3.1.2 异质外延临界厚度 |
| 3.1.3 平衡位错密度计算 |
| 3.2 多结太阳电池外延结构设计 |
| 3.2.1 子电池材料 |
| 3.2.2 倒装三结太阳电池 |
| 3.2.3 倒装四结太阳电池 |
| 3.2.4 倒装六结太阳电池 |
| 3.3 多结太阳电池外延材料生长 |
| 3.4 多结太阳电池外延材料表征 |
| 3.4.1 GaInP/GaAs/InGaAs三结太阳电池 |
| 3.4.2 AlGaInP/AlGaAs/InGaAs/InGaAs四结太阳电池 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 柔性多结太阳电池器件制备 |
| 4.1 柔性多结太阳电池制备方案 |
| 4.1.1 二次键合技术方案 |
| 4.1.2 电镀与低温转移技术方案 |
| 4.2 柔性多结太阳电池工艺优化 |
| 4.2.1 电镀Cu |
| 4.2.2 正面电极 |
| 4.2.3 工艺流程 |
| 4.3 宽光谱减反射膜(ARC)设计 |
| 4.3.1 ARC原理 |
| 4.3.2 ARC光学材料 |
| 4.3.3 多结太阳电池光学模型 |
| 4.3.4 300～1350 nm ARC |
| 4.3.5 300～1650 nm ARC |
| 4.4 太阳电池系统 |
| 4.4.1 热光伏电池系统 |
| 4.4.2 柔性多结太阳电池系统 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 多结太阳电池器件物理分析 |
| 5.1 四结太阳电池失效分析 |
| 5.1.1 典型失效特征 |
| 5.1.2 失效原因分析 |
| 5.1.3 失效原因总结 |
| 5.2 光电互易原理 |
| 5.2.1 公式推导 |
| 5.2.2 数据处理 |
| 5.3 子电池分析 |
| 5.3.1 三结太阳电池 |
| 5.3.2 四结太阳电池 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（8）钙钛矿MAPbBr3和黄铜矿ZnSiP2单晶薄膜的液相外延生长及光电性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 新型三元化合物半导体 |
| 1.2.1 钙钛矿结构半导体 |
| 1.2.2 黄铜矿结构半导体 |
| 1.3 薄膜的制备方法 |
| 1.3.1 薄膜概述 |
| 1.3.2 多晶膜的制备方法 |
| 1.3.3 单晶膜的制备方法 |
| 1.3.4 钙钛矿单晶薄膜的生长方法 |
| 1.4 新型半导体薄膜的应用 |
| 1.4.1 制备异质结 |
| 1.4.2 太阳能电池 |
| 1.4.3 发光二极管 |
| 1.4.4 光电探测器 |
| 1.4.5 X射线探测器 |
| 1.5 本论文选题的意义、目的和主要研究内容 |
| 第二章 MAPbBr_3单晶薄膜的滴铸外延生长 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.2.1 实验试剂 |
| 2.2.2 CsPbBr_3衬底的准备及表征 |
| 2.2.3 CsPbBr_3衬底上外延生长MAPbBr_3单晶薄膜 |
| 2.2.4 测试及表征仪器 |
| 2.3 MAPbBr_3单晶薄膜的基本性能表征 |
| 2.3.1 形貌与成分 |
| 2.3.2 外延取向 |
| 2.4 MAPbBr_3单晶薄膜的光电性能 |
| 2.4.1 光学与电学性质 |
| 2.4.2 光探测 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 MAPbBr_3/CsPbBr_3异质结的探测性能 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 测试及表征仪器 |
| 3.2.2 X射线探测的主要参数 |
| 3.3 异质结的表征 |
| 3.4 异质结的光探测性能 |
| 3.5 异质结的X射线探测性能 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 混卤MAPbBr_(3-x)Cl_x单晶薄膜与阵列的生长 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 实验试剂 |
| 4.2.2 混卤单晶薄膜与阵列的滴铸外延生长 |
| 4.2.3 掩模版的加工及疏水性处理 |
| 4.2.4 测试及表征仪器 |
| 4.3 混卤薄膜与阵列的基本性能表征 |
| 4.3.1 MAPbBr_(3-x)Cl_x(X=0.5,1)单晶薄膜 |
| 4.3.2 MAPbBr_3单晶阵列 |
| 4.3.3 混卤MAPbBr_(3-x)Cl_x(X=0.5、1)单晶阵列 |
| 4.3.4 混Sn钙钛矿MAPb_(0.5)Sn_(0.5)Br_3阵列 |
| 4.3.5 不同掩模版上阵列的生长 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 黄铜矿ZnSiP_2单晶薄膜的液相外延生长 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验部分 |
| 5.2.1 实验试剂 |
| 5.2.2 测试及表征仪器 |
| 5.2.3 ZnSiP_2外延薄膜的生长 |
| 5.3 ZnSiP_2单晶薄膜的形貌、成分及单晶性分析 |
| 5.3.1 形貌和成分分析 |
| 5.3.2 单晶性分析 |
| 5.4 生长参数对晶体形貌的影响 |
| 5.5 Si(111)衬底ZnSiP_2薄膜生长 |
| 5.6 ZnSiP_2/Si样品的吸光度及电学性质 |
| 5.6.1 吸光度 |
| 5.6.2 电学性质 |
| 5.7 ZnSiP_2单晶薄膜的掺杂与改性 |
| 5.8 ZnSiP_2单晶与薄膜的光解水应用 |
| 5.8.1 ZnSiP_2单晶的光解水研究 |
| 5.8.2 ZnSiP_2/Si异质结光解水研究 |
| 5.9 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 主要结论 |
| 6.2 主要创新点 |
| 6.3 有待开展的工作 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文 |
| 攻读博士学位期间申请的专利 |
| 攻读博士学位期间所获奖励 |
| 攻读博士学位期间参加的学术会议 |
| 附件 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（9）高性能GaAs基纳米线光电探测器的制备及原理分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 NWs光电探测器的研究进展 |
| 1.2.2 GaAs NWs光电探测器的研究进展 |
| 1.2.3 提升光电探测器性能的方法 |
| 1.3 本论文的主要研究内容 |
| 第2章 硫钝化对GaAs NW光电探测器性能的影响及其原理分析 |
| 2.1 单根GaAs NW光电探测器 |
| 2.1.1 GaAs NWs的生长 |
| 2.1.2 光电探测器 |
| 2.1.3 单根GaAs NW光电探测器的制备 |
| 2.2 GaAs NW光电探测器的性能分析 |
| 2.3 硫钝化对GaAs NW光电探测器性能的影响 |
| 2.4 硫钝化提高GaAs NW光电探测器性能的原理分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 掺杂对GaAs NW光电探测器性能的影响及其原理分析 |
| 3.1 Si掺杂GaAs NWs的生长及器件制备 |
| 3.2 掺杂前后单根GaAs NW场效应晶体管的电学性能 |
| 3.3 掺杂前后单根GaAs NW光电探测器的光响应特性 |
| 3.4 掺杂提高GaAs NW光电探测器性能的原理分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 GaAs基 NW APD的制备及性能分析 |
| 4.1 APD的基本特性 |
| 4.1.1 APD的工作原理 |
| 4.1.2 APD的主要性能参数 |
| 4.2 APD的结构设计及NWs生长 |
| 4.3 单根GaAs基 NW APD的性能分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 高响应度自供电GaAs NW-WSe_2异质结光电探测器 |
| 5.1 GaAs NW-WSe_2MD-vdWs异质结光电探测器的制备和表征 |
| 5.2 栅调控自供电MD异质结光电探测器响应度 |
| 5.3 栅控自供电GaAs NW-WSe_2异质结光电探测器性能的原理分析 |
| 5.4 栅控自供电GaAs NW-WSe_2异质结光电探测器性能的普适性 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 结论及创新点 |
| 6.1.1 结论 |
| 6.1.2 创新点 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的成果 |
| 致谢 |
四、GaAs二极管激光器十年的进展（论文参考文献）
- [1]纳米激光概述[J]. 许嘉璐,宁存政,熊启华. 中国激光, 2021(15)
- [2]基于光场调控和微结构的高性能光探测器的研究[D]. 牛慧娟. 北京邮电大学, 2021
- [3]高迁移率Ⅲ-Ⅴ族纳米线的可控合成与性能研究[D]. 孙嘉敏. 山东大学, 2021(11)
- [4]镱离子掺杂硼酸钪和钨酸锶晶体的生长及其性能研究[D]. 朱孟辉. 山东大学, 2021(11)
- [5]2.7～3微米掺Er3+铝酸钇激光晶体的生长与性能研究[D]. 权聪. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [6]高功率自倍频板条激光器研究[D]. 杜金恒. 山东大学, 2021(11)
- [7]柔性Ⅲ-Ⅴ多结太阳电池的大尺寸制备和器件研究[D]. 龙军华. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [8]钙钛矿MAPbBr3和黄铜矿ZnSiP2单晶薄膜的液相外延生长及光电性能研究[D]. 张龙振. 山东大学, 2021(11)
- [9]高性能GaAs基纳米线光电探测器的制备及原理分析[D]. 陈雪. 长春理工大学, 2021(01)
- [10]量子级联激光器的热管理研究进展[J]. 张泽涵,蒋涛,湛治强,王雪敏,罗佳文,彭丽萍,樊龙,肖婷婷,吴卫东. 太赫兹科学与电子信息学报, 2021(02)