论文摘要

高倍增 Ga As光电导开关中的单电荷畴施　卫 ,陈二柱 ,张显斌(西安理工大学理学院 ,陕西西安 71 0 0 4 8)给出了高倍增 SI-Ga As光电导开关在临界光能、电场阈值触发条件下的瞬态光激发电荷畴现象的实验结果 ,进一步讨论了生成畴的光、电阈值条件 ,提出了用类似于耿畴的单极电荷畴的物理模型来描述高倍增 Ga As光电导开关中的 Lock-on效应。分析了单极电荷畴形成和辐射发光的物理过程 ,并对 Lock-on效应的典型现象作了物理解释。(将发表在《西安理工大学学报》2 0 0 1 Vol.1 7No.2 )真空内氧化法制备 α-Al2 O3/ Cu复合材料王武孝 ,袁…     

高倍增GaAs光电导开关中的单电荷畴

给出了高倍增SI－GaAs光电导开关中在临界光能,电场阈值触发条件下的瞬态光激发电荷畴现象的实验结果,进一步讨论了生成畴的光,电阈值条件,提出用类似于耿畴的单电荷畴的物理模型来描述高倍增GaAs光电导开关中的Look-on效应。分析了单电荷畴的民和辐射发光的物理过程,并对Lock-on效应的典型现象作了物理解释。     

GaAs光电导开关非线性锁定效应的机理研究

根据光激发电荷畴模型,研究强电场条件下,半绝缘GaAs光电导开关体内热电子的瞬态输运过程及载流子与晶格相互作用的性质,并对光激发单极电荷畴的形成、生长、输运及达到稳定平衡状态的全过程进行了分析。认为GaAs光电导开关的非线性锁定效应是光激发单电荷畴处于稳定平衡状态时的必然结果,同时,电荷畴内部及前端的强电场区域伴随有热电子强烈的局部碰撞电离和辐射复合作用,使载流子迅速雪崩倍增,形成输出电脉冲的超快上升沿,强电场区出现在GaAs光电导开关的阳极周围,在电荷畴到阳极之间将发生强烈的碰撞电离和辐射复合发光,形成丝状电流。     

GaAs光电导开关激子效应的光电导特性

从GaAs光电导开关的激子效应和光激发电荷畴理论基础出发,研究了强电场触发下GaAs光电导开关激子效应的光电导特性;光激发电荷畴与激子效应的相互作用以及激子的形成、传输及离解过程形成自由电子和空穴,为激子激发光电导提供了必要的条件。影响激子效应的光电导特性的主要因素有:激子能级的吸收,束缚激子及光激发电荷畴引起的能带重整化效应,多声子跃迁,束缚激子沿位错线发生分裂和漂移。在上述因素的相互耦合作用下,使得GaAs光电导开关激子效应的光电导呈现出一定的振荡特性。     

基于半绝缘砷化镓叉趾结构光电导天线太赫兹发射频谱的温度倚赖特性（英文）

报道了一种基于半绝缘砷化镓(SI-Ga As)叉趾结构光电导天线在不同光生载流子浓度注入条件下,温度在4.2~270 K之间的太赫兹(THz)发射频谱.实验结果表明当温度达到70 K时,其THz发射强度达到最大值.光生载流子浓度和温度共同主导了THz波形和带宽.高照度情况下,大的光生载流子浓度导致空间电荷屏蔽.在此情况下,温度上升导致THz振荡的第一波谷退化.低照度情况下,THz波形呈现单极振荡,且随温度下降发射频谱出现红移.低温导致SI-Ga As的能隙和载流子迁移率发生变化,导致载流子出现谷带间散射,这一机制主导了光电导天线载流子动力学行为.高照度情况下,光电导天线太赫兹发射频谱的温度倚赖特性由空间电荷屏蔽导致的载流子迁移率差异决定.低照度情况下,温度倚赖特性由谷带间散射决定.     

基于半绝缘砷化镓叉趾结构光电导天线太赫兹发射频谱的温度倚赖特性

报道了一种基于半绝缘砷化镓(SI-GaAs)叉趾结构光电导天线在不同光生载流子浓度注入条件下,温度在4.2~270 K之间的太赫兹(THz)发射频谱.实验结果表明当温度达到70 K时,其THz发射强度达到最大值.光生载流子浓度和温度共同主导了THz波形和带宽.高照度情况下,大的光生载流子浓度导致空间电荷屏蔽.在此情况下,温度上升导致THz振荡的第一波谷退化.低照度情况下,THz波形呈现单极振荡,且随温度下降发射频谱出现红移.低温导致SI-GaAs的能隙和载流子迁移率发生变化,导致载流子出现谷带间散射,这一机制主导了光电导天线载流子动力学行为.高照度情况下,光电导天线太赫兹发射频谱的温度倚赖特性由空间电荷屏蔽导致的载流子迁移率差异决定.低照度情况下,温度倚赖特性由谷带间散射决定.     

光电倍增管在物理实验中的应用研究

光电倍增管（Photo Multiplier Tube）简称PMT,是灵敏度极高,响应速度极快的光探测器,可广泛应用于光子计数、极微弱光探测、光栅光谱仪等仪器设备中。在我们的物理实验中就有如下几个实验应用了光电倍增管：如单色仪测玻璃的透射率、单光子计数、原子光谱和激光喇曼。     

表面等离激元光栅在高灵敏红外探测器中的应用

金属中大量自由电子可以与电磁波耦合在金属表面形成表面等离激元(Surface Plasmon Polariton, SPP),能够将光辐射能量有效耦合并束缚在金属表面,在近场范围内形成显著的场增强效应.基于金属周期性结构形成的表面等离激元光栅在利用近场场增强效应的同时,可以灵活设计共振波长,因而在高灵敏红外探测器研发中得到广泛应用.采用半导体双量子阱(Quantum Well, QW)结构的电荷敏感型红外光晶体管探测器(Charge Sensitive Infrared Phototransistor, CSIP)是一种新型的高灵敏度红外探测器,它利用光敏浮栅(Photo-Gating)效应实现红外光电转换过程的倍增效应,因而具有波长可调、灵敏度高、光响应率高等优点.本文综述了表面等离激元光栅在CSIP红外探测器件中的设计和应用的研究进展,阐述金属孔阵列光栅的光耦合物理机制和场增强效果、偏振转换效率等特性,通过设计优化的表面等离激元耦合结构,提升CSIP器件光耦合量子效率,然后阐述了CSIP红外光探测器的生长结构、工艺流程,结合荧光谱测试、电流-电压(Current-Voltage, I-V)测试、慢步进扫描光谱测试等技术展示CSIP红外光探测器光电探测性能.最后进一步展望了SPP耦合CSIP高灵敏红外探测器的未来发展和应用研究趋势.     

光栅单色仪和光电倍增管的偏振效应

本文对44W光栅单色仪及光电倍增管,在4200(?)—7400(?)波长范围内给出了偏振效应随波长的变化情况。结果表明:在所研究的光谱范围内,光栅的偏振效应特别显著,随波长变化很明显。而光电倍增管的偏振效应随波长变化比较缓慢,且绝对值也较小。因此,在光谱测量中,特别是在偏光测量中,光栅的偏振效应的影响是不能忽略的。     

高响应度的NMOS型栅体互连光电探测器

针对硅基光电探测响应度低的问题,设计了一款与标准CMOS工艺兼容的、可用于弱光探测的高响应度的NMOS型光电探测器(NMOS-PD).该探测器由栅体互连的NMOS管和T-well/N-well结光电二极管构成,利用光电二极管的光生伏特效应改变T阱电势,进而控制NMOS管的栅压和阈值电压,以此实现光信号的探测与倍增放大,故所设计光电探测器具有更高的光电流增益和更宽的动态范围.经理论模拟计算和优化设计,本文设计了总面积为20μm×20μm的NMOS-PD,选用整个T阱区作为光敏区域(16μm×16μm),以增加光的吸收量,所设计光电探测器经UMC 0.18μm CMOS工艺流片制备.测试结果表明,所设计探测器在400～700 nm波长范围内具有较好的响应度.采用630 nm LED作为光源,当输出光功率密度P_(opt)=5 mW/cm~2、漏源偏压V_(DS)=0.4 V时,NMOS-PD的响应度达到1 550 A/W,并实现了200 kHz的信号探测.尽管随着光强增大,光电探测器响应度逐渐降低,但整体上仍超过10~3A/W.与硅基CMOS工艺制备的传统光电探测器相比,所设计光电探测器结构不仅可在低压、低功耗下正常工作,且在弱光条件下具有极高的倍增放大能力,有望应用于弱光探测的图像传感领域.     

马克斯威方程与磁单极

本文给出了马克斯威方程与磁单极的关系,讨论了磁单极相应的奇异势和物理图象,最后讨论了磁单极的存在是解释电荷量子化和宇称不守恒的可能途径.     

基于Zn_2SnO_4纳米线固态染料敏化太阳能电池光生电荷分离与光电性质研究

采用水热法在不锈钢滤网上制备出Zn2SnO4纳米线.首次通过制备Zn2SnO4纳米线/CBS异质结构来提高复合体系的光生电荷分离效率;逐步改变CBS厚度系统研究了Zn2SnO4纳米线/CBS染料敏化太阳能电池的光电转换效率.结果表明Cu4Bi4S9为1.0μm时,Zn2SnO4纳米线/Cu4Bi4S9异质结具有最强稳态和电场诱导表面光伏效应,对应染料敏化电池最高光电转换效率为4.12%.从光吸收、薄膜厚度、内建电场和能级匹配等几个方面,讨论了异质结和固态染料敏化电池中光生电荷分离的影响因素以及光生电荷传输机制.     

莜麦(Avena nuda)、甜菜(Beta vulgaris)等幼苗的超弱光子辐射探测

采用SR400光子计数器及R2949光电倍增管,能在180～900nm光谱范围内探测生物样品的超弱光子辐射强度.光电倍增管冷却至-20℃,噪声降至2～6CPS.探测了莜麦、甜菜等幼苗的超弱光子辐射.     

用切伦科夫光测量网栅型光电倍增管的渡越时间分散

描述了一种利用伽马射线照射光阴板生成的切伦科夫光来测定光电倍增管渡越时间分散的实验方法,并利用这种方法测量了Hamamatsu R-5924光电倍增管的渡越时间分散.     

半绝缘GaAs光电导天线辐射THz电磁波展宽特性分析

介绍了自洽式多粒子蒙特卡罗方法模拟半绝缘GaAs光电导天线辐射THz电磁时域波形。模型中采用光能、脉宽可调飞秒激光器作为触发光源,模拟的THz电磁波形与实验基本吻合。通过载流子在光电导体内的动态输运特性,分析了辐射THz电磁波场比触发光脉冲展宽的物理机制在于:光生载流子在外电场作用下,从初始状态到速度达到稳态要经历一个动量和能量弛豫过程,而正是由于载流子动量和能量的弛豫过程导致光电导天线辐射的太赫兹波展宽。高光能、低偏置电场下,空间电荷电场是造成光电导天线辐射的THz波呈现双极性的主要原因。     

非线性光导开关中的高场畴机制

应用多能谷结构的转移电子效应结合畴动力学分析探讨了高场畴的形成和发展的微观过程,在此基础上把非线性光导开关中观察到的重要特征现象——电流丝与气体放电中的放电现象相比较,合理地提出了一个重要的物理模型:畴电子崩.这一概念是系统全面地描述非线性光导开关的物理机制的基础.     

InGaAs/InP SAGCM APD的电流响应模型研究

从吸收、渐变、电荷和倍增层分离型(SAGCM) InGaAs/InP APD的器件结构和工作原理出发,分析了载流子扩散、产生-复合等影响暗电流的主要因素,推导了光电流响应和碰撞电离倍增因子的表达式,同时考虑了温度和高偏压下隧穿效应的影响,构建了完整的电流响应模型．模型使用与通用电路仿真器完全兼容的Verilog-A语言进行描述,适用于Cadence电路设计平台中与外围电路进行协同仿真．结果表明：在300 K下模型仿真结果与实验数据在60 V偏置电压范围内均处于同一数量级,验证了所构建的APD器件模型的精确度,为光电探测系统的协同设计与整体优化提供了参考．     

多晶硅薄膜光电导特性的研究

通过进一步多晶硅薄膜光电导特性观测到多晶硅薄膜光电导光谱分布曲线在长波区存在一个低幅值的台阶；在短波区出现峰值。由光电导光谱分布曲线确定的多晶硅薄膜平均等效的禁带宽度介于单晶硅与无定型硅的禁带宽度之间，其值的大小与多晶硅晶粒大小有关。实验还观测到与势垒光生伏特效应不同的另一种光生伏特效应，可能和材料及工艺不均匀性有关。     

激子效应对抛物量子点中光电导的影响

利用记忆函数方法研究了抛物量子点中的光电导,并导出了光电导的解析表达式.以典型的GaAs/Ga1-xAlxAs抛物量子点为例作了数值计算,结果表明,在弱耦合区域,随着抛物势频率的增加,光电导会随之增强,而在强耦合区域,光电导会随之减弱;在弱耦合区域,随着抛物势频率的增加,光电导峰会向左漂移,而且抛物势频率越大,光电导曲线越不对称;考虑了激子效应后的光电导比未考虑激子效应的光电导大了10%以上.     

光电倍增管单光子探测器的噪声特性研究

在弱光测量中，暗电流或暗噪声计数是探测系统灵敏阈和测量精度的主要限制，根据光电倍增管的工作原理，光电倍增管中的噪声源主要来自光阴极和二次极的热发射．从本征半导体和掺杂半导体中热发射电流密度探讨了光电倍增管单光子探测器的噪声特性，提出了减小光电倍增管单光子探测器噪声的几种措施，即管子致冷法、磁散焦法、选用光电倍增管的管型、减小检测系统频带宽度．