Si基光子材料的探索

Ｓｉ基光子材料是以适应各种新型微电子、光电子器件的需要和发展的世界范围内半导体领域中出现的人工设计的材料，因此，对光子材料的探索引起了人们极大的兴趣。综述了二十世纪末Ｓｉ基光子材料的探索途径、现状与进展。     

Si基光子材料的研究进展

评述了研究开发Si基光子材料的意义，简述了超晶格、能带工程和Si基层质结构的物理机制，介绍了Si基光子材料研究的进展。     

半导体量子结构和Si基光电子材料设计的新进展

评述近年来在半导体量子结构电子态理论应用于Si基光电子材料设计方面的重要进展。着重对有直接高技术应用背景的论题进行讨论和展望。最近关于Si纳米晶光增益和纳米硅/氧超晶格材料超稳定电致发光等具有突破性发现的实验研究成果具有重要意义。对本课题组在该领域的主要贡献及最近关于Si/O超晶格结构的理论研究进展也作简要报道。这些研究正酝酿着信息领域光电子集成技术的重大突破。     

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．     

单负材料光子晶体异质结构的双通道滤波

通过传输矩阵方法,研究了单负材料光子晶体异质结构的双通道滤波特性.结果表明相比传统的双通道滤波结构,该结构中两个滤波通道频率可以单独调整,而不影响另一个通道.同时,两个滤波通道频率位置对入射角的变化不敏感.当考虑单负材料损耗时,损耗仅仅影响透过率的大小,而双缺陷模频率位置,即滤波通道,则不受影响.该特性对设计全方向双通道滤波器具有潜在的应用价值.     

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.     

一维异质结构光子晶体全方位窄带滤波

研究了由两类单负材料组成的一维异质结构光子晶体异质结构的透射谱及场分布。选择合适的参数,使得一维异质结构光子晶体的平均磁导率和平均介电常数均为零,发现其禁带中出现了一个很窄的共振传播模式,位相延迟为零,该通带内电、磁场被强烈的局域,并且只要满足零平均磁导率和零平均介电常数的条件,这种传播模式不会随着入射角度的改变而移动,可以用来设计全方向单通道滤波器。     

新型硅基分级孔材料的制备及其孔隙结构

近年来,应用于多种领域的地质聚合物等硅基多孔材料引起广泛关注,其主要功能成分水化硅酸钙(CSH)的结构对这类材料的性能起决定性作用.然而此类材料的低衍射特性导致其纳米结构研究及可控制备难度较大,现有研究多集中于晶态硅酸钙的制备及应用.采用低温水热法制备了半晶态多孔型水化硅酸钙(PCS),利用XRD、FT-IR、SEM、...     

硅基超晶格Ⅵ(A)/Si6/SiO2/Si6/Ⅵ(A)的电子结构

硅的有效光发射是硅基光电器件研究的一个关键问题,因此一直受到广泛的关注.本文采用第一性原理对新的硅基材料Ⅵ(A)/Sim/SiO2/Sim/Ⅵ(A)(m=6,Ⅵ(A)=O,Se)的能带结构、态密度和电荷密度等进行了计算研究.通过改变掺入Ⅵ(A)族原子氧和硒的对比,分析了SiO2层、不同的Ⅵ(A)族原子以及它们与最近邻Si原子的相互作用对硅基材料电子性质的影响.研究表明,在局域密度近似(LDA)下,O/Si6/SiO2/Si6/O结构在X点存在准直接带隙的特征,而Se/Si6/SiO2/Si6/Se在Γ点存在很小的直接带隙.     

镓铝铟磷异质结发光材料的设计

利用经验公式来计算能带和晶格常数,并用来进行发光材料异质结构的设计,方法简单,直观,在试制和生产中将会有重要的应用．     

富Si—SiO2薄膜的制备、结构及光致发光特性的研究

利用双离子束溅射沉积共溅射方法制备了富Si-SiO2薄膜,研究了沉积参数、时间、工作气压PAr.基片温度等对沉积速率的影响,用TEM和XRD分析了样品的结构,当基片温度Ts＜450℃时,所制备一系列样品均为非晶结构,当沉积基片温度较高时(Ts≥450℃),薄膜样品中才出现Si的颗粒.我们还分析了样品的室温光致发光现象,从PL谱中可以看出,样品有～320nm、～410nm、～500nm和～630nm四个PL峰,并对其发光机理进行初步探讨.     

掺铒硅基玻璃的制备及光谱性质

通过溶液－凝胶技术制备了掺铒（Er)的硅基玻璃,测定了硅基玻璃中Er^3 的电子吸收光谱、红光外谱和光致发光光谱（PL谱）。结果显示,在室温下,Er在硅玻璃中产生波长1．54μm的红光荧光,其强度随掺杂浓度的不同而改变,0．5w%掺杂浓度下出现最大值。电子吸收显示Er^3 的特征吸收谱线,根据电子吸收光谱确定了Er^3 在硅基玻璃中的部分能级。     

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。     

高性能Si1—xGex／Si异质结内光电子发射红外探测器

利用Ｓｉ分子束外延技术，及硅平面器件工艺，制作了工作温度大于液氮温度的ＳｉＧｅ／Ｓｉ异质内光电子发射红探测器。探测器的黑体探测率在７７Ｋ时达到１．２＊１０＾１０ｃｍ．Ｈｚ＾１／２／Ｗ。     

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．     

半导体物理——器件和纳米物理介绍

本书是作者在Leipzig大学所开设的半导体物理课程基础上写作完成的，它力求在固体和半导体物理基础与相关的电子光子器件及应用两方面取得平衡，特别适用于高年级本科生及研究生的使用。本书除了对许多其他类似书籍中不常见的课题，如材料的合金、应力、异质结构和纳米结构等进行了阐述与讨论，     

硅衬底硫化锌薄膜发光器件的研制

用双舟热蒸发技术在硅衬底上制备硫化锌电致发光薄膜．用XRD、XPS技术和电致发光谱分析技术．研究该薄膜的微结构与发光特性．发现硅衬底上硫化锌薄膜与硫化锌粉末在晶体结构上存在差异，掺入的稀土元素铒呈三价．电致发光谱为Er^3 的发光谱线．硅衬底硫化锌发光薄膜器件可与硅器件工艺兼容．