浙江大学 物理学院 浙江省量子技术和器件重点实验室，浙江 杭州 310027
应用半导体非平衡载流子连续性方程模拟了PbSe光电导红外探测器参数对光电响应的影响，实验研制了小规模像元的x-y寻址型PbSe光电导焦平面阵列（FPA）探测器，像元尺寸为500 μm×500 μm，像元间距为500 μm。实验表征了PbSe FPA探测器像元的光电响应性能，有效像元率达到了100%。500 K温度黑体辐射和3.0V偏压下像元的黑体响应率的范围是70~146 mA/W，平均响应率和平均探测率分别达到了110 mA/W和5.5×109。像元的噪声等效温差（NETD）范围是15~81mK，平均噪声等效温差为32 mK。使用中波红外成像装置，初步演示了PbSe FPA探测器对350~450℃热辐射目标的红外成像。为后续研制高密度像元PbSe FPA探测器奠定了基础。
PbSe 红外探测 焦平面 热成像 PbSe infrared detection focal plane arrays thermal imaging
1 浙江大学城市学院 信息与电气工程学院, 浙江 杭州 310015
2 浙江大学 物理系, 浙江 杭州 310027
3 中国科技大学 国家同步辐射实验室, 安徽 合肥 230029
利用同步辐射光电子能谱技术研究了低Sr组分时Pb1-xSrxTe薄膜能带的移动规律,并计算了Pb1-xSrxTe/PbTe异质结中导带帯阶所占比率.当不考虑应力时,该异质结界面导带带阶比率Qc=ΔEC/ΔEg=0.71.当考虑应力时,PbTe能带发生L能谷与O能谷的劈裂,其导带带阶比率分别为QLC=0.47和QOC=0.72.Pb1-xSrxTe/PbTe异质结界面具有类型Ⅰ的能带排列结构,这说明Pb1-xSrxTe/PbTe型量子阱或量子点对电子与空穴都有较强的限制能力.该异质结能带帯阶的精确测量有利于该类三元系半导体异质结在中红外光电器件的研发和应用中发挥重要作用.
同步辐射光电子能谱 PbTe/Pb1-xSrxTe异质结 能带带阶 photoelectron spectroscope PbTe/Pb1-xSrxTe heterostructure band offset
1 江南大学 理学院,江苏省轻工光电工程技术研究中心,江苏 无锡214122
2 浙江大学 物理系,浙江 杭州310027
采用一锅法制备出高质量的具有核壳结构的CdSe@ZnS、CdZnS/ZnS量子点。将量子点混入空穴传输材料CBP中形成复合的有源材料,经过几步简单的旋涂操作,制备出相应的绿光、蓝光量子点LED器件。这种方法利用了油溶性量子点和CBP材料的相容性,减少了旋涂操作的步骤,有利于快速制备基于量子点的电致发光器件。基于两步旋涂操作制备的量子点LED,由于阴极与复合有源层之间的能级差较大,导致需要较高的开启电压。在CBP材料中,注入的载流子有可能会被量子点表面缺陷捕获,形成表面态的发光。表面态发光的相对强度依赖于载流子浓度。
量子点 核壳结构 空穴传输材料 电致发光 表面态发光 quantum dots core-shell structure LED LED hole transport material electroluminescence surface state emission
1 江南大学 理学院, 江苏 无锡 214122
2 浙江大学 物理系, 浙江 杭州 310027
制备出两种尺寸的CdSe量子点.结合色度学分析,比较了固化在PMMA基质中两种尺寸CdSe量子点在退火中发生的不同变化以及相应光谱颜色的改变.小尺寸CdSe量子点在退火中有团聚的趋势,退火后荧光明显红移,如果退火温度超过一定范围,会产生显著的双尺寸分布效应,对应的色度坐标有从白光区域向上移动到绿色区域的趋势.较大尺寸的CdSe量子点,其热稳定性相对更好,退火造成荧光红移,对应绿色区域中的色度坐标有向右移动的趋势,但颜色改变不明显,因此更适合于发光显示方面的应用.
量子点 退火 双尺寸分布 缺陷 CdSe CdSe quantum dots annealing bimodal size distribution defect states
1 浙江工业大学之江学院 理学系, 浙江 杭州310024
2 浙江大学物理系 硅材料国家重点实验室, 浙江 杭州310027
利用化学合成方法制备了Ag纳米线和ZnO量子点。对这两种纳米结构的表面形貌、晶体结构和光学性质分别进行了研究。结果表明: Ag纳米线和ZnO量子点均为单晶结构, 平均直径分别为160 nm和5 nm左右。将Ag纳米线混入ZnO量子点可以使其紫外荧光显著增强, 其中位于345 nm和383 nm 的荧光分别增强30倍和12倍。这与Ag纳米线和ZnO量子点混合体系的局域表面等离子体共振耦合吸收峰位相一致, 说明该体系存在两种共振耦合模式。该研究结果为将来开发ZnO基纳米发光器件提供了一条新的途径。
ZnO量子点 Ag纳米线 局域表面等离子体 ZnO quantum dots Ag nanowires localized surface plasmon
1 浙江大学物理学系, 硅材料国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
2 浙江大学城市学院, 浙江 杭州 310015
半导体量子点(QDs)具有发光效率高和发光波长可调等特点。 采用胶体CdSe QDs作电致发光器件的有源材料, TPD(N,N′-biphenyl-N,N′-bis-(3-methylphenyl)-1,1′-biphenyl-4,4′-diamine)作空穴传输层, ZnS作电子传输层, 研究了有机/无机复合发光器件ITO/TPD/CdSe QDs/ZnS/Ag的电致发光特性。 TPD和CdSe QDs薄膜采用旋涂方法、 ZnS薄膜采用磁控溅射方法沉积, 器件表面平整。 CdSe QDs的光致发光和电致发光谱峰位波长均位于～580 nm, 属于量子点的带边激子发光。 我们与以前的ITO/ZnS/CdSe QDs/ZnS/Ag发光器件结构进行了对比, 发现新的器件结构的电致发光谱没有观察到QDs表面态的发光, 而且新器件的发光强度是ITO/ZnS/CdSe QDs/ZnS/Ag结构的～10倍。 发光效率的提高归因于碰撞激发与载流子注入两种发光机制并存的结果: 一方面电子经过ZnS 层加速后, 碰撞激发CdSe QDs发光; 另一方面, 空穴从TPD层注入CdSe QDs 与QDs中激发的电子复合发光。 我们进一步研究了ZnS电子加速层厚度对发光特性的影响, 选择ZnS薄膜的厚度分别是80, 120 和160 nm, 发现随着ZnS层厚度增大, 器件启亮电压升高, EL强度增大, 但是击穿电压降低。 EL峰位随着ZnS厚度的减小发生明显蓝移, 对上述实验现象进行了机理解释。
CdSe量子点 电致发光 电子加速 有机/无机复合发光 CdSe quantum dots Electroluminescence Electron acceleration Organic and inorganic composite
1 浙江工业大学之江学院 理学系, 浙江 杭州310024
2 浙江大学物理系 硅材料国家重点实验室, 浙江 杭州310027
利用物理气相沉积设备制备了Al/ZnO∶Al薄膜样品, 研究了该薄膜结构的发光特性。结果表明, 在ZnO∶Al薄膜表面镀一层Al岛薄膜可以增强其带边荧光, 同时在475 nm附近产生蓝光峰。通过在Al岛薄膜和ZnO∶Al薄膜之间引入一层5 nm的Ta2O5绝缘层可以使ZnO∶Al薄膜的带边荧光和蓝光显著增强, 并随着Ta2O5绝缘层厚度的增大而减弱。通过对Al/ZnO∶Al样品进行退火处理可以使带边荧光和蓝光峰分别增强9倍和83倍。基于局域表面等离子体共振理论, 计算了Al/ZnO∶Al纳米结构的光学散射和吸收截面曲线。实验结果与理论计算相一致。
ZnO∶Al薄膜 局域表面等离子体 荧光增强 ZnO∶Al films localized surface plasmon emission enhancement
1 浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
2 中国科学院上海微系统与信息技术研究所, 上海 200050
3 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
利用自主的分子束外延(MBE)技术在CdZnTe(111)基底上生长PbTe半导体探测器材料, 通过在PbTe薄膜上沉积In2O3透明导电薄膜、ZnS绝缘保护层和In薄膜做电极, 制成PbTe结型中红外光伏探测器．在77 K温度下, 器件响应波长为1.5～5.5 μm, 实验测量的探测率为2×1010 cm·Hz1/2W-1, 由R0A值计算的探测器峰值探测率达到4.35×1010 cm·Hz1/2W-1．随着温度的升高, 截止波长发生蓝移, 探测率降低．分析了影响探测器探测率和R0A值的主要因素．
光伏探测器 中红外 PbTe PbTe photovoltaic detector mid-IR
1 浙江大学物理系, 浙江 杭州 310027
2 浙江工业大学之江学院理学系, 浙江 杭州 310024
PbTe/CdTe 量子阱是一类新型异系低维结构材料,实验观察到具有强的室温中红外光致发光现象。建立了理论模型,计算了PbTe/CdTe量子阱的自发辐射率和光学增益。模型中量子阱分立能级的计算采用 k·p包络波函数方法和有限深势阱近似,考虑了PbTe能带结构的各项异性和阱层中应变对能级的影响。计算了PbTe/CdTe量子阱自发辐射谱与带间弛豫和注入载流子浓度间的依赖关系,计算结果与实验观察到的光致发光峰相符合。自发辐射谱线峰位随着注入载流子浓度的增加而出现蓝移,当载流子浓度从2×1017 cm-3增加到2.8×1018 cm-3,基态发射峰从372 meV蓝移到397 meV,而第一激发态发射峰蓝移量为15 meV。上述蓝移现象是由载流子与载流子及载流子与声子间的相互作用引起的。与PbTe体材料相比,PbTe/CdTe量子阱结构具有更高的增益强度(提高近15倍)和更宽的增益区,因而该体系可能是实现室温连续工作的中红外激光器的理想材料。
Ⅳ-Ⅵ半导体光学 PbTe/CdTe量子阱 包络波函数 自发辐射
1 浙江大学物理系,浙江,杭州,310027
2 中国科学院上海技术物理研究所,红外物理国家重点实验室,上海,200083
3 中国科学院上海微系统与信息技术研究所,信息功能材料国家重点实验室,上海,200050
采用分子束外延(MBE)方法在BaF2(111)衬底上生长了不同Mn组分的Pb1-xMnxTe(0≤x≤0.012)稀磁半导体薄膜.通过波长为3.0～11.0 μm中红外透射谱的分析并应用透射光谱上干涉峰峰值的位置计算获得了Pb1-xMnxTe薄膜的折射率,由最小平方根拟合得到折射率的一阶Sellmeier色散关系.在吸收边附近,通过直接跃迁吸收系数与光子能量的关系外推得到其光学带隙.结果表明,在中红外区域其折射率随着Mn含量的增加而减小,其光学带隙则随着Mn含量的增加而增大,在温度T=295K时,随着Mn含量x由0变化到0.012,其光学带隙Eg由0.320eV增加到0.370eV.
Pb1-xMnxTe外延薄膜 红外透射谱 折射率 光学带隙
