掺杂Fe的SnO_2超晶格材料的电子结构和光学性质

采用全电势线性缀加平面波(FP-LAPW)方法,计算一层与两层Fe原子替代Sn原子的超晶格SnO2的电子态密度和各项光学参数。计算结果表明:掺Fe后材料均属于直接跃迁半导体,且呈现半金属性;随着掺杂层数的增加,费米能级进入价带,带隙逐渐减小,Fe原子之间耦合作用增强;吸收谱、消光系数等均与介电函数虚部谱线相对应,且均发生红移,吸收系数的吸收边随掺杂层数的增多而逐渐减小,各光学谱线随掺杂层数的增多在高能区的峰值明显降低。     

厚度递变结构一维光子晶体的缺陷模研究

光子晶体的许多应用与缺陷模相关,研究缺陷模可为光子器件的设计提供参考.利用传输矩阵法,研究了光波在包含掺杂缺陷的厚度渐变准周期结构一维光子晶体中的传播规律,分析了缺陷层的位置和光学厚度对缺陷模的影响.结果表明,在准周期结构光子晶体引入缺陷,光子晶体禁带中也产生了缺陷模;随着掺杂缺陷层位置和光学厚度的变化,缺陷模的位置和共振透射峰也随之变化.     

溅射功率和工作气压对磁控溅射铬薄膜光电学性质的影响

采用直流磁控溅射方法在石英基片上沉积铬薄膜.研究溅射功率、工作气压对铬薄膜结构、电学和光学性质的影响.利用X射线衍射仪、分光光度计和Van der Pauw方法分别检测薄膜的结构、光学和电学特性,利用德鲁特模型和薄膜的透射、反射光谱计算薄膜的厚度和光学常数.结果表明:制备的铬薄膜为体心立方的多晶态;在工作气压0.6Pa一定时,随着溅射功率从40W增加到120W,沉积速率呈非线性增加,薄膜更加致密,电阻率连续降低,在550nm波长处,薄膜的折射率从3.52增大到功率80W时的最大值(3.88),尔后逐渐减小至3.69;消光系数从1.50逐渐增大到2.20;在溅射功率80W一定时,随着工作气压从0.4Pa增加到1.2Pa,沉积速率呈近线性降低,薄膜的电阻率逐渐变大,在550nm波长处,折射率从3.88减小到3.62,消光系数从2.55减小到1.48.     

磁控溅射制备钛薄膜的结构和光学性质

利用直流磁控溅射技术在石英基片上沉积厚度为35～112nm的钛薄膜.采用X射线衍射仪和原子力显微镜分别对薄膜的微结构和表面形貌进行观测,用分光光度计测量样品的透射和反射光谱.选用德鲁特光学介电模型,通过拟合样品的透射和反射光谱数据的方法求解钛薄膜的折射率、消光系数和厚度.结果表明,随着厚度的增加,(100)面衍射峰强度增强,薄膜的结晶性能提高;膜厚为56nm时,样品的表面为多孔结构,而大于56nm时表面为连续膜的球形颗粒结构;随膜厚的增加,表面颗粒直径逐渐增大,表面粗糙度减小.在400～2 000nm波长范围内,薄膜的透射率随膜厚的增加而减小,反射率升高;折射率在2.5与3.4之间,消光系数在0.7与1.4之间,折射率和消光系数均随膜厚的增加而增加.     

镜像对称一维光子晶体带隙特征

为了研究一维镜像对称光子晶体的传输特性,用特征矩阵法计算了其透射谱。由观察透射谱可以发现缺陷模的位置会随着介质的光学厚度和折射率的增加都往长波方向移动,缺陷模的数量会随着缺陷位置与对称轴的距离增加而逐渐由2个减为1个,说明光子晶体的带隙与它的光学厚度的大小和折射率的大小以及缺陷模与对称轴的位置都有密切的关系。     

皮肤组织光学参数的变化对漫反射率、吸收比和光能流率的影响

根据皮肤结构特点,构建皮肤组织四层结构模型,采用Monte Carlo方法模拟计算光在皮肤中分布及皮肤组织光学参数变化对光分布的影响.得到如下结论：光在皮肤组织中的光能流分布与入射光束的形状和光束宽度有关,高斯光束在组织中的吸收和光能流率峰值都较均匀平面光束的大,高斯光束的能量更加集中;光在皮肤内的吸收、反射和分布与光照射参数及皮肤的光学参数有关.对于多层结构皮肤组织,第一层组织光学参数对光分布的影响要大于其它各层,越深层的组织参数对光分布的影响越小;光能流率随组织的吸收和散射系数及厚度增大而减小,但在组织表面附近出现微小的上升,且在同一层面,光能流率沿光轴向和径向都逐渐减小;漫反射率随吸收系数、各层折射率、各向异性因子和组织厚度的增大而减小,随散射系数的增大而增大;吸收比随吸收系数、折射率、各向异性因子和厚度的增大而增大,随散射系数的增大而减小.     

基片温度和氧气流量对磁控溅射制备ITO薄膜光电学性质的影响

利用直流磁控溅射技术在BK-7基片上沉积掺锡氧化铟(ITO)透明导电薄膜.研究不同基片温度和氧气流量对薄膜的结构、电学和光学性质的影响,分析光电学性质改变的机理.结果表明,随着氧气流量的增加,载流子浓度(N)不断下降,电阻率(ρ)不断增大,但迁移率(μ)先增大后减小,在氧气流量为0.5 cm3/min(1Pa)时有最大值.随着基片温度的上升,N逐渐增加,ρ不断降低,而μ则先增加后减小,在基片温度为200 ℃时为极大值.所有样品在可见光区的平均光学透过率都大于80%,薄膜的折射率和消光系数从拟合透射光谱数据获得;在1 500 nm光学波长处,折射率随载流子浓度的增加而减小,较好符合线性关系;消光系数随载流子浓度的增大而增加,不符合线性关系.     

影响双负材料光子晶体透射峰品质的因素

利用传输矩阵法,研究双负材料光子晶体(CBA)n(ABC)n的透射谱,结果得到:当随着光子晶体重复周期数的增加和入射角的增大,透射峰都向短波方向移动,且带宽都逐渐变窄,透射峰的品质因子都得到逐渐提高;当双负介质C折射率负值的减小,透射峰向长波方向移动,且带宽逐渐变窄,透射峰的品质因子也得到逐渐提高。这些介质厚度对单负材料光子晶体透射峰带宽的影响规律,可为设计光学器件如光学开关等提供理论指导和制备依据。     

不同氩气流量下溅射所得TiO_x薄膜的结构和光学性能

为探究不同氩气流量对TiOx薄膜结构和光学性能的影响,采用常温反应磁控溅射法,在K9双面抛光玻璃基底上制备TiOx薄膜样品,利用X线衍射分析样品的晶体结构,通过原子力显微镜观察样品表面结构,使用光栅光谱仪测试样品透射率,并计算得到薄膜沉积速率和消光系数等光学参数.实验结果表明:氩气流量对TiOx薄膜的光学性能具有较为明显的影响,随着氩气流量的增加,薄膜的光学厚度和沉积速率随之增加,而折射率有微小增加,消光系数受氩气流量的影响不大.     

薄膜厚度对Cu膜光电性能的影响

在室温条件下,用直流磁控溅射Cu靶制备出了不同厚度的Cu膜,测量了Cu膜的光学透过率和面电阻,分析了光电性质薄膜厚度的变化情况．实验结果表明,随着Cu膜厚度的增加,其光学透过率逐渐减小,透过率在波长为580nm处出现峰值．Cu膜的面电阻随薄膜厚度的增加先急剧减小,然后减小变得缓慢,最后趋于定值．理论模拟了Cu膜的光学透过率随薄膜厚度的变化和光学透过率随入射光波长的变化,理论模拟结果与实验结果吻合．     

雾霾天气下可见与红外成像系统性能研究

根据MIE散射理论,计算了雾霾天气下可见和红外波长范围内的气溶胶的消光系数和成像系统的水平探测距离.结果表明在雾霾天气下,随着波长的增加,消光系数减小,水平探测距离也随之增加.并在雾霾天气下使用不同波长的可见和红外成像系统进行成像对比实验,验证了上述结论.证明了红外成像系统在雾霾天气下成像性能优于可见光成像系统,可用于解决雾霾天气下能见度急剧下降的问题.     

La掺杂ZnO的电子结构和光学性质的第一性原理

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,构建了Zn1-xLaxO（x = 0,0.0625,0.125）三种超胞模型。结构优化后,对La掺杂前后体系的态密度、布居值和光学性质进行计算分析。结果表明,随着La掺杂量的增加,掺杂体系的体积增加,形成能减少,共价性降低,体系稳定性增强。与未掺杂ZnO相比,La掺杂后引起可见光区的吸收边发生蓝移。体系的介电函数虚部和光吸收系数在低能区出现新的峰值。在高能区的吸收峰出现红移且峰值强度减弱。能量损失峰向低能方向移动,掺杂体系的能量损失明显减少。     

吸收对对称性一维三元光子晶体能带的影响

利用复折射率及传输矩阵理论,研究了光子晶体的吸收对对称性一维三元光子晶体能带及透射峰的影响,研究表明:在反射波中,禁带的反射率随消光系数的增加而迅速降低,当k增加到0.005时,禁带边缘模糊,不存在明显的禁带;在透射波中,随着消光系数的增大,禁带边缘逐渐模糊,当k增加为0.003时,透射率降为0.35;光子晶体的消光系数对禁带内透射峰的透射率有着明显的影响,当k为0.001时,透射率下降到0.15,随着消光系数的增加,透射峰的半峰全宽随之增加,但对透射峰的中心波长没有影响.     

Mg掺杂ZnO薄膜的结构和光学性质

采用磁控溅射方法在硅和石英衬底上制备了纯ZnO和Mg0.04Zn0.96O薄膜.用XRD和AFM表征薄膜的晶化行为和显微结构,用透射谱和光致发光谱分析薄膜的光学性质.分析结果显示:两种薄膜均为六角纤锌矿结构,且沿c轴取向,薄膜表面光滑致密,晶粒分布均匀;薄膜在可见光范围内具有较高的透过率,Mg掺杂后透射谱吸收边向高能侧移动,相应的薄膜的带隙宽度从3.28 eV升至3.36 eV;用包络法计算出薄膜的光学常数表明,Mg掺杂没有明显改变薄膜的折射率,但使消光系数明显增大;薄膜的光致发光谱分析也发现,掺入Mg使带边发射峰蓝移.     

一种新型非平行光消光法在碳烟测试中的应用

为解决高压火焰测试时平行光消光法在碳烟测试过程中会发生波束偏移,严重影响测试精度的问题,设计并搭建了一套非平行光二维测试系统. 在常压下获取了乙烯层流扩散火焰的碳烟浓度透射率图片,通过与相同条件下基于平行光消光法测试得到的结果进行对比,发现非平行光消光法具有更好的削弱波束偏移影响的能力. 结合使用Abel层析反演算法对视场累计数据进行解析,非平行光消光法能够更精确获取乙烯扩散火焰中的径向碳烟浓度分布,同时在低碳烟浓度区域噪声更低,证明了该方法是一种高灵敏度测量方法.      

掺杂与应力对ZrO2薄膜电子结构和光学性质的影响

利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法系统地研究了掺杂和应力对ZrO_2薄膜的电子结构与光学性质的影响.本文首先研究了Hf原子替代掺杂对ZrO_2薄膜物性的影响,研究结果表明,Hf原子掺杂减小了ZrO_2薄膜的带隙和态密度大小,可在一定程度上降低其表面缺陷电荷和漏电流.掺杂Hf原子后介电峰和吸收峰的值明显下降,同时介电峰和吸收峰的波形均出现了窄化现象,半高宽显著减小.本文也着重研究了不同应力下四方晶相ZrO_2薄膜物理性质变化及规律.研究发现压应力显著调控了ZrO_2薄膜的带隙以及价带顶和导带底附近的能带结构.施加应力后吸收峰的吸收范围和强度均显著增大,峰值对应的光子能量蓝移则表明对紫外光的吸收随着应力的增加有所增强.在低能量红外和可见光区域,施加压应力后ZrO_2薄膜的折射率变大,但在紫外线区域,压应力使ZrO_2薄膜的折射率呈现出先增大后减小的波动特性.上述研究结果为ZrO_2薄膜材料的设计与应用提供了理论依据.     

过量镁掺杂的p-GaN的变温霍尔效应研究

利用变温霍尔效应研究了过量镁掺杂p-GaN样品空穴浓度随温度变化以及迁移率与掺杂浓度的关系,指出了过量镁掺杂引起位错密度的增加是导致空穴载流子浓度随掺杂浓度增加而减少的主要原因.尽管适当增加镁的掺杂浓度可以提高样品中空穴的迁移率,但是超高的重掺杂将会导致样品中的空穴浓度和迁移率同时急剧下降.     

Structural and optical properties of Cr doped ZnO crystalline thin films deposited by reactive electron beam evaporation technique

ZnO and Cr-doped ZnO thin films are grown on to glass substrates using reactive electron beam(e-beam) evaporation technique.Variation of structural,morphological,and optical properties with Cr doping is investigated.X-ray diffraction(XRD) studies show that the films are polycrystalline in nature with single phase.Energy dispersive spectroscopy(EDS) results demonstrate that Cr ions are substitutionally incorporated into ZnO.Atomic force microscopy(AFM) reveals that the films present a compact surface and root mean squared(RMS) roughness increased with Cr contents.The optical band gap energy Eg of the films has been determined using Transmission data by spectrophotometer and ellipsometry.The band gap energy found to be decreased with increasing Cr doping concentration.The optical constants(refractive index,extinction coefficient) are calculated using ellipsometry and found to increase with Cr doping concentration.     

Enhanced deposition of ZnO films by Li doping using radio frequency reactive magnetron sputtering

Radio frequency (RF) reactive magnetron sputtering was utilized to deposit Li-doped and undoped zinc oxide (ZnO) films on silicon wafers. Various Ar/O₂ gas ratios by volume and sputtering powers were selected for each deposition process. The results demonstrate that the enhanced ZnO films are obtained via Li doping. The average deposition rate for doped ZnO films is twice more than that of the undoped films. Both atomic force microscopy and scanning electron microscopy studies indicate that Li doping significantly contributes to the higher degree of crystallinity of wurtzite–ZnO. X-ray diffraction analysis demonstrates that Li doping promotes the (002) preferential orientation in Li-doped ZnO films. However, an increase in the ZnO lattice constant, broadening of the (002) peak and a decrease in the peak integral area are observed in some Li-doped samples, especially as the form of Li₂O. This implies that doping with Li expands the crystal structure and thus induces the additional strain in the crystal lattice. The oriented-growth Li-doped ZnO will make significant applications in future surface acoustic wave devices.