硅基一维纳米半导体材料的制备及光电性能

硅基一维纳米半导体材料是新型的硅基光电子材料，在硅基光电集成和纳电子领域有重要的应用前景．主要论述了硅基一维纳米半导体材料(纳米硅线、纳米ZnO线)的制备，着重一维纳米材料的阵列化制备，讨论了其生长机理，研究了硅基一维纳米半导体材料的的光学、电学等物理性能．     

多孔硅的研究及其应用

多孔硅是一种新型的纳米半导体光电材料,室温下具有优异的光电特性,易与现有硅技术兼容,极有可能实现硅基光电器件等多个领域的应用。本文简明的论述了多孔硅的光电特性之后,又简单介绍了多孔硅在生物科学、照明材料及太阳能电池等多个领域内的应用进展情况,并对其发展前景作了展望。     

硅基Ⅳ族材料外延生长及其发光和探测器件研究进展

硅基光电集成回路是信息时代最具影响力的核心技术之一,由硅基光源、光电探测器、光调制器等模块组成.硅材料是微电子集成电路的基石,然而在光电集成方面却遇到了瓶颈.首先,由于硅是间接带隙材料,其发光效率极低,因此难以应用于硅基高效光源的研制.其次,硅在近红外通讯波段吸收系数很低,因此在近红外光电探测器的应用中具有较大的局限性.然而,研究者发现,通过能带工程将硅与其他Ⅳ族材料相融合不仅可以有效提高直接带高效发光效率,同时能使材料在近红外波段具有较高的吸收系数.因此,以Ⅳ族材料为基础,与硅工艺兼容的硅基光电集成回路引起了研究者的广泛关注.本文综述了课题组在硅基材料外延生长及其发光和探测器件方面的研究进展.介绍了硅基Ⅳ族材料Ge,SiGe/Ge异质结和量子阱材料的外延生长技术,以及硅基GeSn量子点发光材料的制备新方法.基于硅基Ⅳ族异质结构材料,发展调制金属与半导体接触势垒高度新机理,研制了多种结构的光电探测器.设计并制备了与互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)结构兼容的横向异质结以及双有源区垂直共振腔型两种结构硅基电致发光器件,有效提升器件的发光性能,并观察到应变锗发光增益现象.     

半导体光电结构材料及其应用

半导体光电结构材料广泛应用于信息、照明、交通、能源、医疗、军事等领域.介绍了厦门大学近年来在半导体光电结构材料研究的进展,着重介绍高Al组分AlGaN、高In组分InGaN、GaN基半导体、Si基半导体、ZnO基半导体等结构材料研发中所取得的进展及其在大功率LED、紫外LED、激光器、探测器、太阳能电池等光电器件中的应用.     

一类新型含平面四配位碳、硅和锗的化合物的结构与成键性质

采用密度泛函理论方法,研究了一类新型含平面四配位碳、硅和锗的化合物的结构、成键、稳定性和光谱性质.通过结构优化和振动分析表明,这类含有平面四配位结构单元CB4、SiN4、GeN4、GeB4的分子具有稳定的电子和几何结构.这些稳定体系均存在中心原子与周围4个原子间的共轭π键,其中中心原子C为π电子给体,Si为π电子受体,而Ge可以是π电子受体也可以是给体.对于含平面四配位硅和锗的分子C20H16N4Si和C20H16N4Ge,中心原子采取sp2d杂化方式与周围的N原子形成σ键,而由于C原子价层无d轨道且s和p轨道的能级差相对较小,近似采用sp2杂化与周围的B原子形成多中心σ键.     

硅基半导体光电子材料的第一性原理设计

具有特定功能的半导体材料的计算设计，是计算材料科学的一个重要研究领域．由于半导体的诸多性质取决于价带顶和导带底的电子态及其中的载流子分布，因此带隙的大小和能带极值的对称性便成为半导体材料设计最受关注的问题．为了进一步解决硅基光电子集成（OEIC）技术发展的瓶颈．设计具有直接带隙特性的硅基新材料并使其成为有效的光发射体，是一项富有挑战性的工作．本文在分析大量半导体能带结构的基础上，给出类sp系列半导体由间接带隙过渡到直接带隙的主要物理机制，并以对称性概念、芯态效应和电负性差效应为基础，提出一种新的直接带隙半导体材料设计方案．根据这个方案所表达的设计思想，我们对当前十分受关注的硅基光发射材料进行了计算设计．结果发现，用VI族元素在硅生长时进行周期性插层的、具有正交和四角点群对称性的人工微结构材料VIA／Sim／VIB／Sim／VIA具有直接带隙特性．其中当m=5或奇数时，材料有四角结构对称性，而m=6或偶数时是正交结构对称性．VI“。。是在〈001〉生长方向生长的单层VI族元素．这类材料的优点在于可自然地与硅实现晶格匹配，与微电子技术相兼容，并可较容易的用现行的MBE、MOCVD或UHV-CVD生长方法实现．预期这类新材料及其相应器件的研制开发．将大大开拓全硅OEIC和硅光子集成（PIC）技术的进一步发展．     

氧吸附硅烯的纳米结构的第一性原理

类石墨烯二维材料硅烯拥有与石墨烯(graphene)相似的性质.基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,通过计算模拟探讨了氧吸附对硅烯(silicene)纳米结构的性能影响.研究发现,氧吸附在硅烯后,硅烯在电子结构上改变了能带带隙,呈现半导体性质,对silicene单层纳米结构的实验研究具有理论指导意义和参考价值,同时在电子自旋器件的设计以及实践方面也具有潜在应用价值.     

MXenes基光催化剂制备的研究进展

二维材料因其载流子迁移和热量扩散都被限制在二维平面内,使得这种材料展现出许多奇特的性质而受到广泛关注.二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物 (MXenes) 是一种新型的二维层状结构材料,具有高电子传导率、较大的比表面积、较好的机械性能以及独特的层状结构,已被广泛应用于储能、催化、环境等领域.该文主要阐述了MXenes基光催化剂的不同制备策略并总结了不同制备过程中的优缺点.最后,对MXenes基光催化剂及其复合材料在新兴领域的未来发展和研究方向提出了独特的见解和展望.     

Au(111)表面(非)共面配体-吡啶与Fe配位形成自组装网络结构

选用4个吡啶端基共面与非共面的两种分子(分子I:5,10,15,20-四(4-吡啶基)卟啉;分子II:四(4-(4-吡啶基)苯基)甲烷)分别与Fe配位,在Au(111)表面成功自组装形成二维配位网格结构,并探究了二维受限环境对非平面分子自组装的影响.超高真空扫描隧道显微镜实验发现,分子I主要通过Fe原子四配位形成正方形结构;分子II主要通过Fe原子三配位形成蜂窝状结构;对比发现非共面的吡啶端基除与Fe配位形成二维网络结构外,其余的吡啶端基可能成为进一步修饰Fe原子的模板,实现了表面配位结构的功能性.     

二维电子体系的关联和波函数

在新材料的探索中已制成一些具有二维特性的材料:半导体表面的反型层、积累层以及异质结界面,层状化合物,石墨夹层,液氦表面上吸附的电子单层,各种表面上的吸附层等等.这些二维结构的材料除了具有应用的前景外,人们还观察到一些新的现象:电子的Wigner晶格和dimple,二维晶格熔化过程中的Hexatic相,K-T相变,量子Hall效应等.因此近年来二维体系引起了人们的重视.但是,某些现象的物理原因现在还未弄清,分数的量子Hall效应是其中的一个,普遍认为这是外磁场中二维电子气相互作用的结果.Laughlin首先给出了外磁场中二维电子气的基     

氧化石墨烯: 一种用于癌症诊断与治疗的新型纳米试剂

癌症已经成为危害人类健康最大因素之一.将纳米粒子运用于癌症的诊断及治疗具有很大的应用前景.氧化石墨烯（Graphene Oxide, GO）是一种由单层碳原子以蜂窝状排列而成的二维碳纳米材料,同时在其碳平面上及其片状结构边缘分别含有丰富的羟基、环氧基和羧基等基团.因其极好的理化性质,GO已经在多学科领域中受到了广泛关注.本文综述了GO作为一种新型的纳米诊断治疗试剂在癌症研究中的应用.     

二维材料MXene的制备及其在光催化产氢领域的研究进展

MXene是一种类石墨烯结构的新型二维材料,由MAX材料刻蚀掉A层后得到手风琴状MXene,然后经过插层步骤可以得到少层或单层的MXene薄片.MXene具有良好的物理化学性质,如高导电性、高比表面积、活性位点多和独特的形貌及结构,使其在储能、电池、超级电容器和光催化方面具有良好的发展前景.本文中列举新型二维材料MXene的几种主要制备方法,阐述MXene在光催化产氢领域展现出来的优异性能,并对其发展前景做出一定的展望.     

硅基半导体中埋置硅量子点的低温生长与发光研究

在硅基半导体中埋置的硅量子点因量子限域效应而具有光致发光的性能,是一种实现硅基光电集成很有前途的材料.文章介绍了此类复合薄膜的可控生长,并对其发光进行了研究.     

二维硅基光子晶体结构的设计、制作和应用

从二维硅基光子晶体的设计出发,对介质柱和空气孔型光子晶体结构的加工、测试和其在禁带和慢光等领域的应用进行了分析说明,并进一步讨论了二维硅基光子晶体的其它潜在应用,为二维硅基光子晶体研究其应用指出了方向。     

溶胶-凝胶法制备有机/无机复合膜的研究

直接从无定型二氧化硅出发,研究了与乙二醇、氢氧化钾反应,生成高反应活性的五配位硅钾化合物,再与2-氯乙醇反应制备双羟基四配位硅化合物,然后通过溶胶-凝胶法制备了双羟基四配位硅/聚乙烯醇复合膜,并分析了膜的热性能,发现改性PVA复合膜的热性能有所降低;但膜的透明性和韧性基本没变;说明四配位硅水解后得到的硅醇基与PVA中的羟基发生了缩合作用.     

硅基钠米材料发光特性的研究进展

近年，硅基低维材料物理与工艺的研究预示，硅基光电子学将是今后半导体光电子学的一个主要发展方向，而硅基低维发光材料又将成为半导体光电子集成技术的主要基础材料。随着硅基超晶格、量子阱和多孔硅研究的不断深化以及纳米科学技术的日益发展，硅基发光材料正向纳米方向开拓。本文将主要介绍硅基纳米材料，如采用各种成膜技术在不同衬底表面上制备的高质量纳米硅（ｎｃ－Ｓｉ：Ｈ）膜，镶嵌在各种介质，如　－Ｓｉ：Ｈ、ＳｉＯ２或ＳｉＮｘ中的纳米晶硅，以及利用自组织生长的Ｇｅ、Ｓｉ以及ＧｅＳｉ纳米量子点的光致发光特性及其最近研究进展。     

二硫化钼的电子输运与器件

二硫化钼具有与石墨烯类似的二维层状结构,因其宽禁带、无悬挂键等特性,在以晶体管为代表的逻辑器件领域有广泛的应用;另外,单层二硫化钼为直接带隙半导体,在光电器件中应用也逐渐引起研究人员的关注.本文综述了近期基于二硫化钼晶体管器件电子输运研究、及其在电子、光电器件领域研究进展;除此,对于二维过渡金属二硫属化物中诸如二硫化钨、二硒化钨在器件方面应用也进行了简单的讨论.     

原子层沉积增强微纳结构硅电池的光电性能

采用原子层沉积技术在硅表面沉积氧化铝(Al2O3)作为钝化层、掺铝氧化锌(AZO)薄膜作为透明电极,将其应用于有金字塔结构和黑硅结构的光伏电池通过对反射光谱、电流一电压(J-V)曲线、外量子效率等测试,比较平面硅、金字塔绒面硅和黑硅3种不同材料结构电池的光电性能通过在金字塔结构硅表面沉积10次循环的A12O3作为钝化层,180nm厚的AZO作为透明电极,光电转换效率达到11.23%,短路电流28.72 mA/c;mz,开路电压0.548 V,填充因子0.71将该钝化层和透明电极应用于黑硅电池上获得了8.89%的光电转换效率结果表明,掺铝氧化锌作为透明电极、A12O3:作为钝化层,对微纳结构硅电池性能有明显提高.     

二维材料的非线性光学性质

二维材料由于其独特的结构与物理性质具有广阔的应用潜力,在光子学、光电子学、电子学等许多方面已经取得了很大的进展.最近,大数据、光网络、微型光开关等方面的应用需求直接或间接促进了二维材料非线性光学性质方面的研究工作.本文综述了二维材料(包括单层、少层和悬浮液等)的非线性光学性质研究进展:首先简单介绍了几种常见的二维材料(石墨烯、过渡金属硫族化合物、黑磷等)和非线性光学的基本理论,然后主要介绍了二维材料在不同非线性效应(参量过程包括二次谐波、三次谐波和四波混频等,非参量过程包括饱和吸收、双/多光子吸收和非线性折射等)中的发展现状,并在相应部分对这些微纳材料在非线性光学领域的应用前景和未来可能的研究方向进行了展望.     

CdS基半导体纳米材料的研究进展

CdS基半导体纳米材料由于具有良好的光电性能成为人们关注的宽禁带半导体之一,被广泛应用在多功能生物成像、生物医学、光催化、太阳能电池、光电探测和磁光领域.本文综述了近年来CdS基半导体纳米材料的研究进展,从CdS的晶体结构、不同形貌的材料制备方法和应用方面做了重点阐述.