减反射微纳结构表面具有宽光谱、宽角度抗反射的优异光学性能，在光电池、光探测领域有广阔的应用前景。但微纳结构表面的周期结构单元微小，容易受到外界环境影响而损伤。为增强微纳结构表面微纳结构单元的机械稳定性，提出并制备了复合网栅减反射微纳结构表面，在硅基底上构建氧化硅复合网栅结构，实现了对内部微纳结构单元的保护作用。经过光学反射率测试，所制备的复合网栅微纳结构表面在3~5 μm宽谱段、0°~40°宽角度内的平均反射率小于4%。此外，利用胶带剥离法测试网栅结构对微纳结构的保护作用，实验结果表明，带有网栅结构的微纳结构形貌并未产生损伤且减反射性能保持良好，最终证明设计的网栅结构具有力学保护性能。该研究将有助于推动微纳结构表面在高精度光学探测领域内的应用。

以锌锡氧化物(ZTO)薄膜作为沟道层, 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜作为介质层低温(100℃)制备了顶栅共面结构的薄膜晶体管(TFT), 并研究了ZTO沟道层成膜过程中氧分压对器件性能的影响。结果表明, ZTO沟道层具有稳定的非晶结构、较高的可见光透明性(在400~700nm范围内平均透过率大于等于89.61%), 且增大氧分压有利于其可见光透明性的提升。霍尔测试结果表明, 增大氧分压(由3.5×10-2Pa增大到7.5×10-2Pa)会降低ZTO电子载流子浓度(由4.73×1015cm-3降低到6.11×1012cm-3), 致使基于ZTO沟道层TFT器件的能耗降低(表现为关态电流的降低和耗尽型器件阈值电压的正向移动)。此外, 增大氧分压还有益于沟道层/介质层界面状态的优化, 即亚阈值摆幅减小。

基于氮化镓(GaN)等宽禁带(WBG)半导体的金氧半场效应晶体管(MOSFET)器件在关态耐压下，栅介质中存在与宽禁带半导体临界击穿电场相当的大电场，致使栅介质在长期可靠性方面受到挑战。为了避免在GaN器件中使用尚不成熟的p型离子注入技术，提出了一种基于选择区域外延技术制备的新型GaN纵向槽栅MOSFET，可通过降低关态栅介质电场来提高栅介质可靠性。提出了关态下的耗尽区结电容空间电荷竞争模型，定性解释了栅介质电场p型屏蔽结构的结构参数对栅介质电场的影响规律及机理，并通过权衡器件性能与可靠性的关系，得到击穿电压为1200V、栅介质电场仅0.8MV/cm的具有栅介质长期可靠性的新型GaN纵向槽栅MOSFET。

GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)具有异质结界面处的高二维电子气(2DEG)浓度、宽禁带、高击穿电压、稳定的化学性质以及高的电子迁移率, 这些特性使它发展起来的传感器件在灵敏度、响应速度、探测面、适应恶劣环境上具备了显著的优点。本文首先围绕GaN基HEMT的基本结构发展起来的两类研究成熟的传感器, 对其结构、工作机理、工作进展以及优缺点进行了探讨与总结; 而后, 着重从改变器件材料及优化栅结构与栅上材料的角度, 阐述了3种GaN基HEMT新型传感器的最新进展, 其中, 从材料体系、关键工艺、探测结构、原理及新机理方面重点介绍了GaN基HEMT光探测器; 最后, 探索了GaN基HEMT传感器件未来的发展方向。

通过设计上下基板向列相液晶分子排列构建偏振光栅结构模型, 并根据向列相液晶Frank弹性理论计算其方位锚定能, 其理论结果可为实验测量提供有力的理论指导作用。本文根据弹性理论, 考虑弹性各向异性计算了偏振光栅结构的方位锚定能, 得到了方位锚定能与光栅条纹宽度关系的解析解。弹性各向异性对方位锚定能有着显著影响。由于液晶具有各向异性, 考虑弹性各向异性研究方位锚定能是必要的, 其结果更具有普遍性。

光纤通信在大数据时代得到广泛的应用，其速度快、带宽大、可靠性高的特点满足了对长距离、大容量信息传输的要求。前置放大器作为光接收器的前端，其性能高低直接影响到整个光接收系统的工作性能。基于SMIC 0.13 μm CMOS工艺，设计完成了一款5 Gbps光接收前置放大器。首先，整体差分式结构可以消除共模噪声的干扰，降低放大器的等效输入噪声。其次，采用共源共栅的输入结构具有低输入阻抗的特点，能有效抑制光电管大电容带来的不利影响。最后，输出级采用电流模逻辑结构，解决了输出增益与带宽之间的矛盾。仿真结果表明，放大器增益达到62 dBΩ，带宽4.7 GHz；等效输入噪声30.1 pA/sqrt(Hz)，眼图迹线清晰，张开度较大，能够满足5 Gbps平衡光探测器通信要求。

采用六联苯(p-6P)和氧钒酞菁(VOPc)作为有源层材料，利用弱外延生长技术制备有机薄膜晶体管(OTFT)。在相同的工艺条件下制备了顶栅结构(top-gate)和底栅结构(bottom-gate)两种器件构型，发现两种不同结构的OTFT器件特性存在较大的差异，top-gate OTFT的迁移率比bottom-gate OTFT 高很多。在顶栅结构的器件构型中获得了较高的器件特性参数，迁移率达到1.6 cm2/V·s。研究了弱外延生长技术应用在两种不同器件构型中的差异，并解释了顶栅结构OTFT迁移率较高的原因。

提出一种具有凹面阴极结构的电子束自会聚型后栅场发射显示器(FED)。利用Ansys软件模拟此器件的电场分布和电子束轨迹，研究凹面阴极不同曲率半径对阳极光斑尺寸的影响，并与平面阴极型后栅FED进行比较。仿真结果表明此器件可有效减小电子束的发散角和阳极光斑尺寸，阳极光斑尺寸随着凹面阴极曲率半径的减小而减小，同时可获得更高的电流密度。利用丝网印刷技术制备10 cm×10 cm的电子束自会聚型后栅FED，对其场发射性能进行测试。结果表明此器件可有效减小阳极光斑尺寸，提高显示器的分辨率；阳极电压为600 V，栅极电压在100～250 V范围内对电子发射有良好的调控作用。

用陈化处理过的锌粉为原料,采用高温气相氧化法制备四针状氧化锌材料。应用厚膜、光刻工艺和丝网印刷法制作氧化锌场发射阴极阵列。将阴极板与阳极荧光板制成了5英寸(12.7 cm)单色平行栅结构场致发射显示器(FED)并对其进行了场发射性能测试。分析讨论了影响发射性能的栅极电压、阳极电压以及阴极厚度等参数。该FED在约4000 V阳极电压和300 V栅极电压的驱动下能实现全屏发光。实验结果表明,氧化锌平行栅结构FED具有良好的栅极调控作用,场致发射性能良好,具有良好的应用前景。

为了解决二极结构FED驱动电压高的问题，设计制作了后栅式三极结构纳米ZnO场致发射显示器，进行了场致发射实验，验证这种结构的可行性。采用丝网印刷厚膜技术实现后栅极结构FED的制作，工艺简单，实现了较低电压的调制。对影响场致发射性能的栅极电压、阳极电压进行了分析讨论。将阴栅极板和荧光屏封装成5英寸三极结构的场致发射显示器，实现了稳定的场致电子发光显示。