深圳信息职业技术学院 信息与通信学院， 广东 深圳 518172
温度是表征物理化学性质的最基本参数之一，精确的温度测量对于现代科学技术发展起着至关重要的作用。传统基于稀土离子热耦合能级对（TCLs）能量传递的荧光温度传感器因TCLs之间能量差的限制存在测温灵敏度低及信号区分困难等问题。为寻求更优的解决方案，本研究探索了氧空位缺陷发光在荧光温度传感器领域的应用前景。本文通过高温固相法合成了BaMgSiO4陶瓷，由于在高温烧结过程中有少量Ba2+和Mg2+蒸发，陶瓷中会产生氧空位以保持材料电中性。这些氧空位所形成的缺陷能级在332 nm紫外光激发下，发射出372，400，527 nm三种波长的发射光。这三种发射光强度对温度有着不同的敏感性，使得其能够良好应用于荧光温度传感领域。其中，I372和I527组成的温度传感系统相对测温灵敏度在298 K时为2.90%·K-1，高于传统TCLs荧光温度传感器的测温灵敏度，突破了TCLs温度传感器的灵敏度天花板。另外，由于372 nm和527 nm波长相差较大，使得BaMgSiO4陶瓷有着室温下绿光发射到458 K高温下蓝光发射的显著变化，实现了温度监控可视化。因此，BaMgSiO4陶瓷因其独特的氧空位缺陷发光特性，为开发荧光温度传感器提供了一种高精度和可视化的新选择，为荧光温度探测技术提供了一条新思路。
氧空位缺陷发光 荧光温度传感材料 能量传递 可视化 luminescence from oxygen vacancy defects fluorescence temperature sensors energy transfer visualization
1 浙江经济职业技术学院 汽车技术学院,杭州 310018
2 浙江理工大学 机械工程学院,杭州 310018
3 浙江大学 信息与电子工程学院,杭州 310027
设计并制备了一种基于忆阻器结构且具有可编程特性的Ge基光控晶体管，它由两个结构为Ni/Ge/GeOx/Al2O3∶HfO2/Pd的忆阻器背对背组成，共用阻变层GeOx/Al2O3∶HfO2、衬底Ge和底电极Ni，阻变层的设计是实现光控晶体管功能的关键。两个顶电极Pd作为光控晶体管源漏极，中间区域作为栅极接受外加光源的栅控。探究了Ge基忆阻器光电响应特性，并实现光控晶体管基于光源栅控的输出与转移特性。进一步地，探究了器件的物理机制并验证设计的科学性和可行性。该光控晶体管具有非易失性与标准CMOS工艺兼容性等优势，能有效简化器件制备工艺、降低制造成本，可为下一代光电芯片研发提供参考。
锗 忆阻器 光控晶体管 光电特性 器件物理 氧空位缺陷态 能带结构 非平衡载流子 Ge memristor phototransistor photoelectric characteristic device physics oxygen vacancy defect energy band structure non-equilibrium carriers
MoTe2由于其类石墨烯的堆叠方式和丰富的相结构而引起科研人员的广泛研究，特别是合适的禁带宽度使其在光电器件领域有着光明的应用前景。基于非平衡格林函数密度泛函理论,通过第一性原理计算方法，研究了不同原子空位缺陷对单层2HMoTe2光电效应的影响。结果表明：不同空位缺陷下2HMoTe2器件的光电流函数与唯象理论相符合。光子能量在1.0~2.8 eV时，2Te空位缺陷对单层2HMoTe2的光电流有显著提升，特别是在光子能量2.6 eV时获得所有器件的最大光电流。利用能带结构发现不同原子空位缺陷都导致单层2HMoTe2的价带向高能级处偏移,而导带向低能级处偏移，减小了带隙，在线性偏振光的照射下有利于电子从价带跃迁到导带形成光电流。同时发现1Te空位缺陷和Mo空位缺陷的单层2HMoTe2在远离费米能级处具有相似的能带结构，从而导致在光子能量大于1.6 eV时，1Te空位和Mo空位器件的光电流随光子能量的变化拥有相同的变化趋势。这些计算结果可以用于指导MoTe2光电器件的设计。
光电器件 光电效应 第一性原理 能带结构 空位缺陷 2HMoTe2 2HMoTe2 optoelectronic device photogalvanic effect firstprinciple band structure vacancy defect
1 1. 曲靖师范学院 化学与环境科学学院, 曲靖 655011, 曲靖 655011
2 2. 曲靖师范学院 教师与教育学院, 曲靖 655011
铌酸盐类物质, 如LiNbO3, KNbO3, LnNbO4 (Ln=Pr, La, Ga, Y)等, 表现出优良的光敏特性, 受到广泛关注, 但过渡金属类铌酸盐研究较少, 其光电特性与空位缺陷的关系尚无深入探讨。基于密度泛函理论第一性原理方法, 本研究探讨了空位缺陷对ZnNb2O6体系光电特性的影响。通过对各体系几何结构、电子结构和光电谱的计算与分析, 清晰展示了体系中原子电负性与几何位置对结构与电子能级的影响, 八面体中心位置原子(如Zn, Nb)对能带的贡献类似, 形成空位缺陷时, 价带位置相对固定。但电负性大的Nb原子形成空位缺陷体系时, 产生的晶格畸变程度大, 导带负移明显, 吸收边红移, 有利于光电特性的提升; 八面体顶点位置原子O形成空位缺陷时, 晶格畸变程度较小, 导带与价带均发生负移, 费米面处出现杂质能级, 造成载流子“俘获阱”, 同时对电荷的再分配产生较大影响, 导致体系光谱整体蓝移, 光电谱强度全面提升。
ZnNb2O6 空位缺陷 光电特性 第一性原理 ZnNb2O6 vacancy defect optical-electrical characteristic first-principles
1 河北工业大学 电子信息工程学院 先进激光技术研究中心, 天津 300401
2 河北工业大学 机械工程学院, 天津 300401
单层二硫化钼是禁带宽度为1.8 eV的二维直接带隙半导体材料, 可以用来发展新型的纳米电子器件和光电功能器件。由于半导体里的空位能够捕获电荷载流子和局域激子, 形成散射中心, 极大的影响其主材料的输运和光学性质, 文中主要利用第一性原理方法的相关理论基础和数值计算算法, 研究原子空位对单层二硫化钼光学性质与饱和吸收性的影响, 计算揭示硫空位的出现在带隙中产生局域的中间态, 导致光学吸收峰的位置显著红移并且在可见光有较强的光吸收。通过数形结合, 很好地理解了这个缺陷调制的吸收机制, 为二维材料的光电子器件制备提供了深入指导。
二硫化钼 空位缺陷 光学性质 可饱和吸收性 MoS2 vacancy defect optical property saturable absorption
西安电子科技大学 微电子学院，陕西 西安 710071
为了获得优异的钙钛矿材料，本文系统地研究有机-无机杂化钙钛矿材料(CH3NH3PbI3)的电子结构和光学特性，同时探究了空位缺陷对其光学性质的影响。首先，采用Materials Studio软件构建本征钙钛矿材料的电子结构，并基于广义梯度近似的方法(GGA)和Perdew-Burker-Ernzerhof (PBE)泛函，优化其电子结构并计算本征钙钛矿材料的电学和光学特性。通过采用范德华力修正，解决了密度泛函理论低估带隙的问题，得到准确的带隙。其次，研究不同的空位缺陷(Pb空位和I空位缺陷)对钙钛矿材料的电子结构的影响，并计算其能带、态密度和光学性质。最后通过对比本征钙钛矿材料和空位缺陷的钙钛矿材料特性，从微观机理研究空位缺陷对其光学性质的影响。结果表明: 本征钙钛矿材料带隙为152 eV，这与实验测得的带隙值基本吻合; 同时研究发现Pb空位缺陷会导致钙钛矿呈偏P型材料; I空位缺陷会导致钙钛矿呈偏N型材料。空位缺陷能够有效地改变钙钛矿材料的介电函数和光吸收谱，对于钙钛矿材料的研究及在光电器件领域的应用具有重要的理论价值。
钙钛矿材料 空位缺陷 第一性原理 光电器件 perovskite material vacancy defects first principle photoelectric device
1 中国科学院光电技术研究所, 四川成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 电子科技大学光电科学与工程学院, 四川成都 610054
二氧化硅(SiO2)是光学系统中最常用光学薄膜材料之一, 其微观结构、缺陷等信息对于研究和提高薄膜的性能具有重要作用。本文通过电子束蒸发、离子辅助、磁控溅射方法制备 SiO2薄膜并进行测试, 计算出其吸收边光谱, 对吸收边光谱的强吸收区、e指数区、弱吸收区进行分段分析得到 SiO2薄膜的带隙宽度、带尾能量和氧空位缺陷含量数据。进一步分析三种薄膜和其在常规退火温度下的带隙宽度、带尾能量和氧空位缺陷含量的数据, 获得 SiO2薄膜的微观原子排列结构、微观缺陷信息, 并对不同镀膜技术和不同退火温度下 SiO2薄膜的原子排列结构、微观缺陷的差异和变化进行了分析和讨论。
SiO2薄膜 带隙宽度 带尾能量 氧空位缺陷 SiO2 film bandgap Urbach tail energy oxygen deficiency centers 光电工程
2019, 46(4): 18022010
1 广西民族师范学院物理与电子工程学院, 广西 崇左 532200
2 北京工业大学材料科学与工程学院, 北京 100124
3 云南师范大学数学学院, 云南 昆明 650500
4 昌吉学院物理系, 新疆 昌吉 831100
基于密度泛函理论第一性原理,研究了Zn空位缺陷对ZnS半导体材料电子状态、 磁性质和光学性质的影响。 结果表明Zn空位缺陷浓度为6.25%时, ZnS半导体材料仍呈直接带隙型能带结构,带隙较本征ZnS半导体增大 了6.4%, 达到2.19 eV。缺陷体系s态、p态电子主要在距离费米能量较近的区域产生能带,数量较少; Zn d态 电子主要在距离费米能量较远的区域产生能带。Zn空位缺陷对ZnS半导体材料是一种空穴型掺杂, Zn空位会 增加ZnS的空穴型载流子浓度。其价带空穴具有较大有效质量,导带电子具有较小有效质量, Zn空位缺 陷ZnS不显示磁性。Zn空位缺陷ZnS半导体材料210 nm附近介电吸收峰强度降低, 170 nm附近介电吸收峰 消失, 100 nm波长附近出现了较弱的介电吸收峰。
材料 Zn空位缺陷 磁性 光学性质 materials ZnS ZnS Zn vacancy defect magnetic properties optical properties
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室,长春130033
2 中国科学院研究生院,北京,100039
3 吉林大学原子与分子物理研究所,长春,130012
为了检验应用在极紫外(EUV)波段空间太阳望远镜上Al滤光片在空间辐射环境下透过率的变化情况,我们模拟部分空间太阳望远镜运行轨道的辐射环境,应用Monte Carlo(M-C)方法对Al材料进行低能量的质子和α粒子辐照损伤模拟,计算给出了质子和α粒子辐照对Al材料产生的缺陷、电离以及声子等辐照效应,最后对结果进行了比较和分析,从而预测质子和α粒子辐照对Al滤光片性能和使用寿命的影响.
辐照效应 Monte Carlo方法 空位缺陷 原子与分子物理学报
2008, 25(2): 255
从吸收强度的角度出发研究石英玻璃中5.0 eV光吸收带的起源。 利用实验和理论给出的非弛豫氧空位缺陷态的能级, 并以第一原理计算得到的石英玻璃导带电子态密度为基础, 计算了5.0 eV线性吸收系数。 理论结果与实验结果符合得比较好, 从而支持了非弛豫氧空位缺陷态是石英玻璃中5.0 eV 光吸收带的起源的观点。
5.0 eV光吸收带 非弛豫氧空位缺陷态 石英玻璃 线性吸收系数
