曲阜师范大学 物理工程学院 物理系，曲阜 273165
为了研究多步旋涂法制备的CsPbBr3薄膜的光学常数，以溴化铅和溴化铯为原料，采用多步旋涂法在硅和FTO衬底上制得CsPbBr3薄膜。利用光弹调制式椭偏光谱仪对硅衬底上的薄膜进行了椭偏光谱分析，使用Tanguy和Tauc-Lorentz 3组合模型对变角度的椭偏光谱进行参数拟合，得到了薄膜光学常数在1.00 eV~5.00 eV范围内的色散关系，并利用荧光发射光谱、吸收谱验证椭偏拟合结果。结果表明，多步旋涂法制备的CsPbBr3薄膜的光学常数与其它方法相比具有一定的差异性，其中折射率可能与薄膜表面粗糙度呈负相关; 椭偏拟合所得带隙为2.3 eV，验证了荧光光谱、吸收谱的计算结果。该研究为多步旋涂法制备的CsPbBr3薄膜椭偏光谱拟合分析提供了参考。
光谱学 光学常数 椭圆偏振光谱 CsPbBr3薄膜 多步旋涂法 spectroscopy optical constants spectroscopic ellipsometry CsPbBr3 film multi-step spin-coating method
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 发光及应用国家重点实验室, 长春 130033
2 中国科学院大学, 材料科学与光电工程中心, 北京 100049
3 吉林财经大学管理科学与信息工程学院, 长春 130117
二维(2D)石墨烯具有原子层厚度, 在电子器件中展示出突破摩尔定律限制的巨大潜力。目前, 化学气相沉积(CVD)是一种广泛应用于石墨烯生长的方法, 满足低成本、大面积生产和易于控制层数的需求。然而, 由于催化金属(例如Cu)衬底一般为多晶特性, 导致CVD法生长的石墨烯晶体质量相对较差。为此, 通过高温退火工艺制备了Cu (111)单晶衬底, 使石墨烯的初始成核过程得到了很好的控制, 从而实现了厘米尺寸的高质量单晶石墨烯的制备。根据二者的晶格匹配关系, Cu (111)衬底为石墨烯生长提供了唯一的成核取向, 相邻石墨烯成核岛的边界能够缝合到一起。单晶石墨烯具有高电导率, 相较于原始多晶Cu上生长的石墨烯(1 415.7 Ω·sq-1), 其平均薄层电阻低至607.5 Ω·sq-1。高温退火能够清洁铜箔, 从而获得表面粗糙度较低的洁净石墨烯。将石墨烯用于场效应晶体管(FET), 器件的最大开关比为145.5, 载流子迁移率为2.31×103 cm2·V-1·s-1。基于以上结果, 相信本工作中的单晶石墨烯还满足其他高性能电子器件的制备。
石墨烯 高温退火 化学气相沉积 场效应晶体管 Cu (111) Cu (111) graphene high-temperature annealing chemical vapor deposition field-effect transistor
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 发光学及应用国家重点实验室, 长春 130033
2 中国科学院大学, 材料科学与光电工程中心, 北京 100049
本文在具有0.2°至1.0°斜切角的c面蓝宝石衬底上通过金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)生长了台阶聚束表面形貌AlN外延层, 并系统研究了高温退火过程中其表面形貌演化规律, 且基于第一性原理计算揭示了表面形貌演化背后的物理机制。研究发现, 随退火温度逐步升高, AlN外延层台阶边缘首先出现具有六方结构特征的热刻蚀凹坑, 随后在台面上形成边缘规则的多边形凹坑, 其主要原因是AlN表面台阶边缘处Al-N原子对脱附能量(10.72 eV)小于台面处Al-N原子对脱附能量(12.12 eV)。此外, 由于台阶宽度随斜切角增大而变窄, 台面处凹坑在扩张过程中易与台阶边缘处凹坑发生合并形成V形边缘, 斜切角越大台面上凹坑数量越少。本文阐明了不同斜切角蓝宝石衬底上生长的AlN在高温热退火过程中台阶聚束形貌演变机制, 为面内组分调制的AlGaN基高效深紫外LED提供基础。
氮化铝 表面形貌 高温热退火 台阶聚束 斜切衬底 热刻蚀 AlN surface morphology high-temperature anneal step bunching miscut substrate thermal etch
1 中国科学院微电子研究所健康电子研发中心，北京 100029
2 上海交通大学生物医学工程学院，上海 200240
3 中国科学院大学，北京 100049
4 北京建筑大学理学院，北京 102616
表面等离激元共振显微成像（SPRM）技术具有高灵敏度、快速实时等优点，已经被广泛应用于纳米检测、生物医学和环境监测等领域中。由于倏逝场的界面传输特性，故SPRM具有特殊的点扩散函数，可从其中提取出丰富的待测物信息。然而，离焦成像会影响成像特征，导致无法准确获取待测物信息。因此，定量研究离焦对SPRM的影响至关重要。通过仿真计算与实验，定量研究了离焦对SPRM的影响，并实现了单个聚苯乙烯颗粒的SPRM成像。所提方法可用于SPRM离焦状态的快速判断，并反推出准确的离焦偏移量，实现快速对焦，改善SPRM技术在长时程观测中的性能。
表面光学 表面等离激元共振显微成像 单纳米颗粒 离焦 干涉条纹 定量分析 光学学报
2022, 42(23): 2324001
曲阜师范大学 物理工程学院 物理系, 曲阜 273165
为了分析溶胶-凝胶法制备的TiO2薄膜的光学常数, 采用旋涂法制备了多层TiO2薄膜, 利用扫描电镜对表面形貌进行了分析, 利用椭圆偏振光谱对薄膜的折射率色散和孔隙率进行了拟合分析, 并利用原位共角反射光谱对拟合结果进行了验证, 得到了TiO2薄膜厚度、孔隙率和折射率色散曲线。结果表明, TiO2薄膜厚度与旋涂层数成线性关系, 薄膜孔隙率约为15%且与旋涂层数无关, New Amorphous色散模型可以较好地拟合溶胶-凝胶旋涂方法制备的TiO2薄膜在1.55eV~4.00eV波段的椭偏光谱。该研究为溶胶-凝胶法制备的TiO2薄膜的光学常数测量提供了参考。
光谱学 光学常数 椭圆偏振光谱 二氧化钛薄膜 spectroscopy optical constants spectroscopic ellipsometry TiO2 thin film
1 中国科学院微电子研究所健康电子研发中心, 北京 100029
2 中国科学院大学, 北京 100049
基于棱镜耦合的波长调制表面等离激元共振(SPR)传感器只能在长波段获得较高检测灵敏度,无法兼顾检测范围与检测灵敏度。研究了一种基于物镜耦合激发表面等离激元的波长-角度共同调制的SPR传感装置,使用物镜耦合使角度易于调节,这提高了SPR传感器在短波处的检测灵敏度,从而在较大检测范围内实现了高灵敏度折射率测量。通过理论仿真与实验,使用波长-角度共同调制的SPR传感方法对不同浓度的葡萄糖溶液的折射率进行测量,动态检测范围为4.4×10 -2 RIU,检测灵敏度达到5066.97 nm/RIU。相较于波长调制SPR传感方法,使用波长-角度共同调制的SPR传感方法在检测范围不变的情况下,检测灵敏度提高了2.5倍。该检测方法实现了对折射率高灵敏度、高动态检测范围的快速检测,可广泛应用在生物医学及食品安全等领域。
表面光学 表面等离激元共振 折射率测量 波长调制 角度调制 光学学报
2021, 41(17): 1724001
Author Affiliations
Abstract
1 Institute for Electric Light Sources, School of Information Science and Technology, and Academy of Engineering and Technology, Fudan University, Shanghai 200433, China
2 State Key Laboratory of Luminescence and Applications, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China
Due to the bandwidth limitation of the ultraviolet-C (UV-C) optical communication system and strong channel attenuation, it is difficult to transmit high-frequency signals. In this paper, the temporal ghost imaging (TGI) algorithm was first applied to the UV-C communication experimentally, and we realized the transmission of a 4 GHz signal through 95.34 MHz system bandwidth. The study indicates that the TGI algorithm can significantly improve the signal-to-noise ratio (SNR) compared with the on–off keying method. Our research provides a new approach for alleviating transmission frequency limitation due to poor SNR and insufficient hardware bandwidth.
temporal ghost imaging UV-C communication ultra-high-frequency signal transmission Chinese Optics Letters
2021, 19(11): 110602
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 发光学及应用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学 材料科学与光电工程中心, 北京 100049
3 北京北方华创微电子装备有限公司, 北京 100049
非极性a面AlN(a-AlN)能够从根本上解决极性AlN引起的量子限制斯塔克效应问题, 是提升AlGaN发光器件效率的有效途径。但是, 非极性AlN生长面临更大的挑战, 目前难以实现低缺陷密度、高平整表面的非极性a-AlN。高温热处理是一种提高AlN质量的有效方法, 但在热处理过程中, 非极性a-AlN的表面形貌演变的物理机理尚不明确, 直接影响了a-AlN表面改善与质量提升。本研究通过对a-AlN薄膜在不同条件下进行高温热处理, 对样品的表面形貌演变过程进行了表征与分析, 并结合第一性原理计算, 揭示了高温热处理对非极性a-AlN表面的影响及其物理机理。结果表明, 在高温热处理过程中Al、N原子更趋向于从a面与m面分解, 而在c面吸附, 使得a-AlN样品表面在高温热处理过程中出现了沿c轴方向的高取向性条纹原子台阶形貌, 进而提高a-AlN材料质量。本研究为实现高质量非极性a-AlN材料及紫外发光器件提供了重要基础。
高温热处理 表面形貌演变 结合能 a-AlN a-AlN high temperature annealing surface morphology evolution binding energy
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春 130033
2 中国科学院大学，材料与光电研究中心，北京 100049
3 长春工业大学，长春 130012
AlGaN基材料是带隙可调的直接带隙宽禁带半导体材料，是制备紫外(UV)光电子器件的理想材料。经过数十年的研究，目前已经在异质衬底外延生长AlGaN基材料、高效掺杂等方面取得了巨大进展。以此为基础，AlGaN基紫外光电器件制备领域也得到长足发展。在本综述中，主要介绍了高质量AlGaN基材料的MOCVD外延生长方法、掺杂方法以及近年来在紫外发光、紫外探测器件方面取得的进展。
AlGaN基材料 外延生长 掺杂 紫外发光器件 紫外探测 AlGaN based material epitaxy growth doping UV LED UV photodetector
西安工业大学电子信息工程学院，陕西西安 710021
为了解决汽车抗晕光场景中，融合图像质量的客观评价与人眼视觉效果不一致的问题，提出了一种新的可见光与红外融合图像质量评价方法，该方法通过设计自适应迭代阈值法自动确定融合图像的晕光临界灰度值，并将融合图像自动分为晕光区和非晕光区。针对晕光区，设计晕光消除度指标评价晕光消除的效果；针对非晕光区，从多方面评价色彩、细节信息的增强效果，并甄选出合适的指标构成完整的图像质量评价体系。为验证该方法的合理性，对采用 4种不同算法的融合图像进行评价，实验分析表明，该方法的主客观评价结果一致，适于评判不同可见光与红外融合的抗晕光图像质量及算法的优劣。
抗晕光 图像融合 质量评价 自动分区 anti-halation, image fusion, quality evaluation, a
