以Si3N4作增透膜的Si基Ge量子点探测器的研究
新型可见光光催化剂C3N4的制备技术及其光催化研究进展
新型可见光光催化剂C3N4 的制备技术及其光催化研究进展摘要：作为理论预测的超硬新材料，氮化碳可能具有良好的力学、电学、光学性能和广泛的应用前景，其合成和性能的研究引起了各国研究人员的广泛关注，已合成了具有独特性的氮化碳。
目前主要采用化学气相沉积法、物理气相沉积法、高温高压法、脉冲放电与高速冲击法、溶剂热合成和机械合金化法等。
本文对氮化碳的制备方法以及研究现状进行了比较详细的介绍。
关键词：C3N4制备方法，光催化，研究进展Abstract：Carbon nitride materials predicted by theoretic calculating may have excellent properties in mechanics,electricity,photics and abroad applications.The research on syntheses and properties of carbon nitride materials is interesting for scholars form different countries.Carbon nitride materials with particular properties has been synthesized. Its structure and character were reviewed,and the synthetic methods,including CVD, PVD, high pressure and temperature, impulsive discharge and high speed impact, solvothermal method, mechanochemical reaction et al.,were completely introduced.The perspectives of the investigations of the C3N4 were discussed by looking at the new progresses of the corresponding application studies. Keywords: C3N4,preparation method,superhard material,study development 1．引言近些年，人们在合成新型超硬材料方面取得了明显的进展。
210987390_高性能Si3N4_陶瓷基板制备工艺与性能研究进展
科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·62·2023年第06期文章编号：2095-6835（2023）06-0062-03高性能Si3N4陶瓷基板制备工艺与性能研究进展＊王琳1，解帅福1，路萌萌1，赵嫄2，周正源3，付华1（1.石家庄铁道大学材料科学与工程学院，河北石家庄050043；2.石家庄铁道大学管理学院，河北石家庄050043；3.石家庄铁道大学信息科学与技术学院，河北石家庄050043）摘要：随着电子电力行业的发展，半导体器件在高电压和高电流作用下产生的高热应力要求有高效的散热系统，基板材料兼具高冲击强度、高耐热循环冲击稳定性和高热导率。
Si3N4陶瓷抗弯强度达到900MPa，耐800℃抗热冲击温差，热膨胀系数与单晶Si和SiC晶体相近，是综合性能优异的高导热基板材料。
由于晶体缺陷和杂质所引起的声子散射，Si3N4热导率远远达不到理论计算值320W/（m·K）。
从Si3N4结构、原料粉体、烧结助剂、成型技术与性能等角度阐述了新型氮化硅陶瓷基板材料的研发状况，并对高温导热基板材料的未来发展趋势与应用做出了预测。
关键词：陶瓷基板；氮化硅；热导率；抗弯强度中图分类号：TQ174.5文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2023.06.018随着电子电力行业的发展，半导体器件在高电压和高电流作用下产生的高热应力要求基板具有更高的散热能力。
基板材料一般包括环氧树脂基板、金属材料基板和陶瓷基板3类[1]。
环氧树脂基板成本低，易于设计制造；铝和铜金属基板导热率是环氧树脂基板的10倍以上，主要应用于大功率电子器件；陶瓷基板在力学性能方面具有超高抗弯强度和断裂韧性，在物理性能方面具有超高导热效率、低热膨胀系数、低介电常数和高抗电穿透能力，在工艺性能方面具有良好的软钎焊性能。
陶瓷基板主要包括氧化铍（BeO）、氧化铝（Al2O3）、氮化铝（AlN）和氮化硅（Si3N4）这4种材料，其力学和物理性能如表1所示。
北大彭练矛王胜：碳纳米管薄膜光探测器最新进展及光电集成应用！
北大彭练矛王胜：碳纳米管薄膜光探测器最新进展及光电集成应用！目前市场上的商用短波红外（SWIR）光电探测器主要由InGaAs 等III-V族材料构成，其动态响应范围超过70 dB，暗电流低于锗，外部量子效率（EQE）高达70%。
但这些探测器价格昂贵，百万像素InGaAs探测器的成本超过1万美元，这是限制其广泛使用的主要因素。
首先，高质量的InGaAs晶体生长需要高质量的InP衬底和高真空外延设备。
Extend-InGaAs（截止波长超过1.7μm）在地球观测和空间成像中具有特殊应用，需要额外的冷却设备来减少由晶格与InP衬底晶格失配引起的暗电流。
其次，由于与硅衬底存在严重的晶格失配，InGaAs成像仪只能通过倒装芯片键合与硅读出电路集成。
复杂的工艺和低良率进一步增加了InGaAs相机的成本。
第三代红外光电探测器的发展提出了小像素尺寸、轻量化、低功耗、高性能、低价格（SWP3）的要求和挑战，这为量子点、碳纳米管、二维(2D)材料等新型低维纳米材料提供了新的机遇。
基于半导体单壁碳纳米管(s-SWCNT)的光电器件由于其优异的电学和光学性能，在过去二十年中得到了广泛的研究。
首先，s-SWCNT 是一种直接带隙半导体，具有高红外吸收系数（3×105 cm-1）和高电子/空穴迁移率（105 cm2 V s-1）。
此外，作为一种典型的一维材料，s-SWCNT 与任何基底之间都没有晶格失配。
s-SWCNT 光电子器件的另一个优点是可以在低温下加工（＜200℃）。
s-SWCNT 在太阳能电池、发光二极管(LED)、光电探测器和三维(3D)光电集成方面具有有趣的潜力和应用。
近年来，随着溶液提纯技术的进步，高纯度s-SWCNTs 薄膜为构建大面积、均匀、高性能光电器件奠定了基础。
图1. 碳纳米管探测器和光电集成近日，北京大学彭练矛教授、王胜副研究员等综述了基于s-SWCNTs 薄膜的光电器件及其相关课题，包括高纯度s-SWCNTs薄膜的制备、基于s-SWCNTs 薄膜的光电探测器的研究进展以及s-SWCNTs 薄膜光电探测器面临的挑战。
CsPbBr_(3)Si_(3)N_(4)复合材料制备及发光性能
第42卷㊀第6期2021年6月发㊀光㊀学㊀报CHINESE JOURNAL OF LUMINESCENCEVol.42No.6June,2021文章编号:1000-7032(2021)06-0829-09㊀㊀收稿日期:2021-03-11;修订日期:2021-03-24㊀㊀基金项目:国家自然科学基金(51962005);江西省自然科学基金(20192BAB206010);江西省井冈市青年学者奖励计划([2018]82)资助项目Supported by National Natural Science Foundation of China (51962005);Natural Science Foundation of Jiangxi Province (20192BAB206010);Award Program of Youth Jinggang Scholars program in Jiangxi Province([2018]82)CsPbBr 3/Si 3N 4复合材料制备及发光性能徐范范1,2,3,聂文东1,2,3,尧利钦1,2,3,何盛安1,2,3,陈㊀广1,2,3,叶信宇1,2,3,4∗(1.江西理工大学材料化学冶金学部,江西赣州㊀341000;㊀2.江西理工大学稀土学院,江西赣州㊀341000;3.国家离子型稀土资源高效开发利用工程技术研究中心,江西赣州㊀341000;4.江西省稀土发光材料与器件重点实验室,江西赣州㊀341000)摘要:近年来,钙钛矿量子点CsPb X 3(X =Cl,Br,I)稳定性较差的问题引起了广泛关注㊂本文在室温下合成了稳定的CsPbBr 3/Si 3N 4绿色荧光粉并将其应用于白光发光二极管(WLEDs)㊂通过X 射线衍射(XRD)㊁扫描电子显微镜(SEM)㊁能谱仪(EDS)㊁激发和发射光谱(PL㊁PLE)等分析测试手段对CsPbBr 3量子点和CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉的结构㊁形貌㊁元素组成及光谱特性等进行了分析对比㊂实验结果表明,CsPbBr 3/Si 3N 4绿色荧光粉的热稳定性㊁水稳定性㊁色稳定性均得到了显著提升㊂80ħ时CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉的发光强度能保持初始发光强度的87.4%,水中浸没120min 后发光强度能保持初始发光强度的75.5%㊂CsPbBr 3/Si 3N 4复合材料的量子效率则由CsPbBr 3量子点粉体的15.4%提升至35.4%㊂将CsPbBr 3/Si 3N 4复合材料与K 2SiF 6ʒMn 4+红色荧光粉㊁InGaN 基蓝光LED 芯片封装制得的WLED 器件色域为113.4%NTSC,流明效率达49.4lm /W㊂关㊀键㊀词:钙钛矿量子点;绿色荧光粉;稳定性中图分类号:O482.31㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀DOI :10.37188/CJL.20210085Preparation and Luminescent Properties of CsPbBr 3/Si 3N 4CompositeXU Fan-fan 1,2,3,NIE Wen-dong 1,2,3,YAO Li-qin 1,2,3,HE Sheng-an 1,2,3,CHEN Guang 1,2,3,YE Xin-yu 1,2,3,4∗(1.Faculty of Materials ,Metallurgy and Chemistry ,Jiangxi University of Science and Technology ,Ganzhou 341000,China ;2.School of Rare Earth ,Jiangxi University of Science and Technology ,Ganzhou 341000,China ;3.Key Laboratory of Rare Earth Luminescence Materials and Devices of Jiangxi Province ,Ganzhou 341000,China ;4.China National Engineering Research Center for Ionic Rare Earth ,Ganzhou 341000,China )∗Corresponding Author ,E-mail :xinyye @Abstract :In recent years,the poor stability of perovskite quantum dots CsPb X 3(X =Cl,Br,I)has attracted extensive attention.In this paper,we synthesized stable CsPbBr 3/Si 3N 4green phosphors at room temperature and applied to white light emitting diodes(WLEDs).The structure,morphology,element composition and luminescent properties of CsPbBr 3and CsPbBr 3/Si 3N 4phosphors were in-vestigated by X-ray diffraction (XRD),scanning electron microscopy (SEM),energy dispersive spectrometer(EDS),excitation and emission spectra(PL,PLE).The thermal stability,water andcolor stability of CsPbBr 3/Si 3N 4green phosphor were obviously improved.The emission intensity of CsPbBr 3/Si 3N 4phosphor can maintain 87.4%of the initial emission intensity at 80ħ,and main-tain 75.5%of the initial emission intensity after being immersed in deionized water for 120min.The quantum efficiency of CsPbBr 3/Si 3N 4composite is increased from 15.4%of CsPbBr 3quantum830㊀发㊀㊀光㊀㊀学㊀㊀报第42卷dots powder to35.4%.By packing the CsPbBr3/Si3N4phosphor with K2SiF6ʒMn4+red phosphor and InGaN based blue LED chip,the color gamut of the WLED device is113.4%NTSC and the lu-minous efficiency is49.4lm/W.Key words:perovskite quantum dots;green phosphor;stability1㊀引㊀㊀言近年来,全无机钙钛矿量子点(Perovskite quantum dots,PQDs)由于量子效率高㊁色纯度高㊁半峰宽窄㊁发射光谱可调等优势[1-5]成为了研究的热点,已经成功地应用在发光二极管(LEDs)㊁太阳能电池㊁激光以及光电探测器等方面[6-10]㊂但是,目前全无机钙钛矿量子点本身还存在的一些问题阻碍了其应用的进一步发展㊂首先,由于本身固有的离子属性,导致其稳定性较差,在氧气㊁极性溶剂㊁光㊁热等恶劣环境中,量子点会分解进而导致荧光猝灭[11-14]㊂其次,量子点胶体溶液拥有很高的量子效率,但是粉末形式的量子点会发生严重的荧光猝灭行为[15-16],而实际应用中更倾向于荧光粉体的使用,因此,提高粉体的量子效率是很有必要的㊂将CsPb X3(X=Cl,Br,I)PQDs与稳定性高的材料结合制成复合材料是一种提高稳定性行之有效的方法㊂He等[17]报道了利用多孔氮化硼纳米纤维(BNNFs)作为载体保护CsPbBr3PQDs不受外界环境的影响,所制备的CsPbBr3/BNNF复合材料在空气环境中具有优异的光稳定性和长期贮存稳定性㊂此外,CsPbBr3/BNNF复合材料还表现氨响应行为,即在氨气中光致发光强度明显降低,在氮气中处理后光致发光恢复㊂有机-无机杂化钙钛矿CH3NH3PbI3同样具有这样的氨响应行为,但是它的响应行为是不可逆的㊂而氨气处理3h后,CsPbBr3/BNNF仍可在氮气处理后恢复㊂Qiu等[18]采用一锅原位法在剥离的二维六方氮化硼(h-BN)纳米片上直接生长均匀的钙钛矿纳米晶㊂这种复合材料具有良好的导热性,并能及时散热,因此表现出优异的热稳定性,在120ħ时光致发光强度仍然可以保持初始发光强度的80%(约为纯钙钛矿纳米晶的6倍)㊂上面两种策略都使用传统的热注入法合成复合材料,且前处理要几小时,甚至30h,操作复杂,耗能耗时㊂Li等[19]首次利用h-BN纳米片在室温下通过简单的非均相成核-生长过程合成稳定的CsPbBr3 PQDs㊂由于二维纳米片比表面积大且存在丰富的介孔,因此立方CsPbBr3PQDs可以附着在h-BN纳米片表面㊂h-BN纳米片独特的二维结构和优异的导热性使h-BN/CsPbBr3PQDs纳米复合材料的湿度稳定性和热稳定性显著增强㊂这种方法由于是在室温下制备,不仅节能而且操作方便,但相比前面两种样品来说,热稳定性还不能让人十分满意㊂Yoon等合成了CsPbBr3/PSZ(聚硅氮烷)复合荧光粉,复合后量子点的表面缺陷被钝化,并形成一层阻挡层,保持高量子效率(PLQY)的同时提高了量子点的稳定性[20],但整个合成过程成本高且耗时㊂前期研究表明,氮化硅晶片可被用来做MAPb X3纳米片的载体应用在激光上[21],受此启发,本文尝试在室温下合成稳定的CsPbBr3/Si3N4复合粉体材料,探索CsPbBr3/Si3N4复合材料的发光性质㊁稳定性以及在白光LED上的应用㊂应用XRD㊁SEM㊁EDS㊁PL㊁PLE等技术手段对合成的CsPbBr3/Si3N4荧光粉的晶相㊁微观结构㊁形貌㊁光谱特性等进行了测试表征㊂结果表明,CsPbBr3/ Si3N4荧光粉具有优异的热稳定性和水稳定性,同时,CsPbBr3/Si3N4荧光粉的量子效率可由CsPb-Br3PQDs粉体的15.4%提高至35.4%㊂2㊀实㊀㊀验2.1㊀样品制备2.1.1㊀CsPbBr3PQDs粉末制备作为实验对比的CsPbBr3PQDs均为粉末状态㊂取0.384g乙酸铯(CH3COOCs)和0.758g 乙酸铅(Pb(CH3COO)2)溶解于5mL乙酸溶液中得到前驱体溶液Q㊂将20mL氯苯㊁1.5mL油酸㊁1mL油胺㊁0.1mL33%醋酸溴化氢溶液加入试管中搅拌,快速注入0.2mL上述前驱体溶液Q,搅拌约10s后离心,倒出上清液,沉淀用20mL 乙酸乙酯洗涤,40ħ真空下干燥8h后即得到了CsPbBr3PQDs粉末㊂㊀第6期徐范范,等:CsPbBr3/Si3N4复合材料制备及发光性能831㊀2.1.2㊀CsPbBr3/Si3N4荧光粉的制备将20mL氯苯㊁1.5mL油酸㊁1mL油胺㊁0.1mL33%醋酸溴化氢溶液㊁0.1g Si3N4加入试管中搅拌后加入0.2mL上述前驱体溶液Q,快速搅拌后离心,然后将沉淀在40ħ真空下干燥30min即得到了CsPbBr3/Si3N4绿色荧光粉㊂乙酸铅(AR)㊁乙酸(AR)购买自广东西陇科技有限公司,乙酸铯(99%)㊁氯苯(99%)㊁油酸(AR)㊁油胺(90%)㊁Si3N4(99.9%)购买自上海阿拉丁生化科技有限公司,33%醋酸溴化氢溶液购买自百灵威科技有限公司㊂2.2㊀样品表征采用荷兰PA Nalytical公司生产的X Pert Pro 型粉末X射线衍射仪对CsPbBr3/Si3N4绿色荧光粉进行X射线粉末衍射测试,其辐射源为Cu靶(Cu Kα,λ=0.154187nm)㊂FEI公司生产的配备有电子散射能谱仪的MLA650F型扫描电镜用于获得样品的形貌信息㊂样品的吸收光谱通过PERKINELMER公司生产的内置150mm直径积分球的Lambda950紫外分光光度计测得㊂样品的室温激发㊁发射光谱采用F-7000(日本日立公司)型荧光光谱仪测试㊂通过日本爱发科株式会社生产的PHI5000VersaProbeⅡ型号的X光电子能谱仪(XPS)获得XPS谱㊂通过EX-1000(杭州远方光电公司)型光谱仪获得变温光谱㊂采用日本SHIMADZU公司RAffinity-21型号的光谱仪获得红外光谱㊂采用配备积分球的爱丁堡FLS980获得荧光粉的量子效率㊂在爱丁堡FLS980荧光分光光度计上测定了荧光衰减曲线㊂3㊀结果与讨论3.1㊀CsPbBr3/Si3N4绿色荧光粉的结构与形貌图1给出了CsPbBr3PQDs㊁CsPbBr3/Si3N4复合材料的XRD谱图,从图中可以看出,复合前CsPbBr3PQDs粉末的XRD与JCPDS54-0752标准卡片相匹配,CsPbBr3/Si3N4复合材料中检测到CsPbBr3的最强衍射峰(30.4ʎ)㊂CsPbBr3/Si3N4荧光粉的主要衍射峰都与Si3N4(JCPDS No.41-0360)相吻合,说明已成功合成CsPbBr3/Si3N4复合材料㊂CsPbBr3PQDs衍射峰较弱的原因是复合材料中量子点的相对含量较少,这与文献中报道的其他纳米复合材料的结果类似㊂荧光粉的形貌会对其实际应用产生重要的影702兹/（°）Intensity/a.u.20103040506080JCPDS54鄄0752CsPbBr3CsPbBr3JCPDS41鄄0360Si3N4CsPbBr3/Si3N4图1㊀CsPbBr3/Si3N4复合材料的XRD图Fig.1㊀XRD pattern of CsPbBr3/Si3N4composite 响㊂图2(a)~(b)给出了CsPbBr3/Si3N4荧光粉的SEM图㊁TEM图,从图中可以看出CsPbBr3 PQDs附着在Si3N4上㊂图2(c)是CsPbBr3/Si3N4荧光粉的高分辨透射电镜(HRTEM),计算得出晶面间距为0.42nm,这与CsPbBr3PQDs的(110)晶面间距相匹配,表明制得的物质是CsPbBr3/ Si3N4荧光粉㊂图2(d)是CsPbBr3/Si3N4荧光粉的EDS能谱图,可以得出Cs㊁Pb㊁Br㊁Si及N的含量分别是0.09%㊁0.08%㊁0.26%㊁59.34%和40.24%,表明荧光粉中主体物质组成是Si3N4,而Cs㊁Pb㊁Br元素比例约为1ʒ1ʒ3,表明附着的物质是CsPb-Br3PQDs㊂500nm（d）50001000001500020000500006000040000300002000010000d=0.42nmCsPb Pb BrBrCsNSiEnergy/keVIntensity/(kcounts)图2㊀(a)~(c)CsPbBr3/Si3N4荧光粉的SEM㊁TEM㊁HR-TEM;(d)EDS能谱图㊂Fig.2㊀(a)-(c)SEM,TEM,HRTEM of CsPbBr3/Si3N4 phosphor.(d)EDS spectrum.3.2㊀CsPbBr3/Si3N4绿色荧光粉的光学性能图3(a)给出了加入不同量Si3N4制得的CsPbBr3/Si3N4的发射光谱,从图中可以看出,随着Si3N4加入量的增加,发光强度先上升后下降,在832㊀发㊀㊀光㊀㊀学㊀㊀报第42卷加入0.1g 时达到最大㊂图3(b)给出了CsPbBr 3/Si 3N 4绿色荧光粉的吸收㊁光致发光光谱㊂从图中可以看出,CsPbBr 3/Si 3N 4绿色荧光粉在500nm处表现出带边吸收㊂在365nm 激发下,CsPbBr 3/575姿/nmI n t e n s i t y /a .u .5505255004750.05g 0.1g 0.075g 0.15g（a ）600姿/nmI n t e n s i t y /a .u .550500450400（c ）350E RE SI SCsPbBr CsPbBr /Si N 600姿/nmI n t e n s i t y /a .u .550500（b ）450CsPbBr CsPbBr /Si N Emission Absorption图3㊀(a)加入不同量的Si 3N 4制得的CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉的发射光谱;(b)CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉的吸收光谱(黑色虚线),365nm 波长激发下CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉的发射光谱(红色实线);(c)CsPb-Br 3/Si 3N 4荧光粉的量子效率图,插图:365nm 波长激发下CsPbBr 3与CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉的图片㊂Fig.3㊀(a)Emission spectra of CsPbBr 3/Si 3N 4phosphorsprepared by adding different amounts of Si 3N 4.(b)Absorption spectrum(black dotted line)and emis-sion spectrum (red solid line)of CsPbBr 3/Si 3N 4phosphor excited at 365nm.(c)Quantum efficiency of CsPbBr 3/Si 3N 4phosphor,inset:the picture of CsPbBr 3and CsPbBr 3/Si 3N 4phosphor excited at 365nm wavelength.Si 3N 4复合材料在513.4nm 处表现出最强发射,半峰宽约为20nm,这归因于CsPbBr 3PQDs 的带边发射㊂量子效率是评价发光材料的重要参数,在室温下我们用涂有硫酸钡的积分球测量了CsPb-Br 3/Si 3N 4绿色荧光粉的量子效率㊂图3(c)给出了CsPbBr 3/Si 3N 4绿色荧光粉在450nm 激发下的量子效率测试结果,通常用ηint 表示量子效率,ηint 可通过公式(1)计算得出:ηint =ʏISʏE R-ʏES,(1)I S 代表CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉的发射强度,E R 和E S 分别是积分球中有荧光粉和没有荧光粉时激发光的激发光谱㊂利用公式(1)计算得出在450nm 激发下CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉的量子效率为35.4%,相同的条件下CsPbBr 3PQDs 粉末的量子效率为15.4%㊂因此,利用Si 3N 4与CsPbBr 3PQDs 复合达到了提升CsPbBr 3PQDs 粉体量子效率的目的㊂插图是365nm 激发下,CsPbBr 3PQDs 粉末与CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉的图片,可以看出CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉有强烈的绿光发射㊂图4(a)中给出了CsPbBr 3PQDs 和CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉的XPS 谱,可以看出,CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉的XPS 谱中有Cs㊁Pb㊁Br㊁Si 及N 的特征峰,其中Cs㊁Pb㊁Br 的特征信号较弱的原因是CsPbBr 3PQDs 的相对含量较少,这与前面EDS 测试结果相符㊂同时,从图4(b)~(c)可以发现,CsPbBr 3/Si 3N 4中的Br 和Pb 的结合能都降低,表明量子点表面的缺陷被钝化[22-23]㊂365nm 激发下,CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉的荧光衰减曲线及拟合曲线如图5(a)所示,通过公式(2)将衰减曲线拟合成双指数函数:I (t )=A 1e -tτ1+A 2e -tτ2,(2)A 1和A 2表示拟合常数,I (t )表示发光强度,τ1和τ2表示双指数分量的衰减时间,t 为时间㊂平均寿命τave 由下列公式计算得出:τave=A 1τ21+A 2τ22A 1τ1+A 2τ2,(3)CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉的平均发光寿命τave 为75.5ns㊂相比于CsPbBr 3PQDs 的平均发光寿命38.7ns,复合之后的荧光寿命更长,其原因可能是CsPbBr 3PQDs 的非辐射跃迁被限制㊂㊀第6期徐范范,等:CsPbBr 3/Si 3N 4复合材料制备及发光性能833㊀1200Binding energy /eVI n t e n s i t y /a .u .CsPbBr 3CsPbBr 3@Si 3N 4Cs 3dCs 3dN 1sSi 2p Pb 4fBr 3dBr 3dPb 4f1000800600400200（a ）60Binding energy /eVI n t e n s i t y /a .u .CsPbBr 3CsPbBr 3@Si 3N 4（b ）Br 3d626466687072747678130ν/cm -1I n t e n s i t y /a .u .CsPbBr 3CsPbBr 3@Si 3N 4（c ）Pb 4f135140145150155图4㊀XPS 谱㊂(a)CsPbBr 3和CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉;(b)Br 3d;(c)Pb 4f㊂Fig.4㊀XPS spectra of CsPbBr 3PQDs and CsPbBr 3/Si 3N 4phosphor(a),Br 3d(b)and Pb 4f(c).100400t /nsI n t e n s i t y /a .u .（a ）子＝７５.５nsCsPbBr 3@Si 3N 4Fitting curve200030050060010002500ν/cm -1T r a n s m i t t a n c e /%（b ）CsPbBr 3CsPbBr 3@Si 3N 41500200030004000Si —N —Si COO -C —H3500图5㊀(a)CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉的衰减曲线及拟合曲线;(b)CsPbBr 3PQDs 和CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉的傅立叶红外变换光谱㊂Fig.5㊀(a)Decay curve and fitting curve of CsPbBr 3/Si 3N 4phosphor.(b)Fourier transform spectrum of CsPbBr 3PQDs andCsPbBr 3/Si 3N 4phosphor.图5(b)给出了CsPbBr 3PQDs 与CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉的傅里叶红外变换光谱㊂从CsPb-Br 3/Si 3N 4荧光粉的红外光谱中可以看出,在826cm -1处有强烈的吸收峰,这归属于Si N Si 振动峰;同时在1448cm -1和2990cm -1处有强烈的吸收峰,分别是C H 和COO -的振动峰,这两个峰归属于CsPbBr 3PQDs 表面的油酸油胺配体,可以看做是CsPbBr 3PQDs 的特征吸收峰㊂因此,CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉中既有Si N 振动峰,又有CsPbBr 3PQDs 的特征吸收峰,进一步证明我们成功地合成了CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉㊂3.3㊀CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉的稳定性测试一般来说,在WLEDs 照明应用中,由于In-GaN 基蓝色LED 芯片的工作温度可以达到100ħ以上,因此有必要对荧光粉的温度依赖性发光行为进行评估㊂而CsPbBr 3PQDs 粉末的热稳定性较差是一直存在的问题,有待解决㊂图6(a)给出了在365nm 激发下CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉在30~120ħ范围内的温度依赖性发射光谱,在整个升温过程中可以看到发射强度逐渐降低,发射带有略微红移,可能是加热导致量子点聚集㊁粒径变大的原因㊂插图给出了相同条件下CsPbBr 3PQDs 粉末与CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉在30~120ħ温度范围内的归一化发射强度对比图㊂CsPbBr 3PQDs 粉末与CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉都显示下降的趋势,只是CsPbBr 3PQDs 粉末下降的速率很快,80ħ时发光强度仅有初始发光强度的31.2%,而CsPb-Br 3/Si 3N 4荧光粉80ħ仍有原发光强度的87.4%㊂因此,CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉具有良好的热稳定性㊂由于对水汽的极其敏感性,CsPbBr 3PQDs 的耐水性也是应用中的一个重要指标㊂因此,在实验中分别将0.1g CsPbBr 3PQDs 粉末和CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉浸于2.5mL 去离子水中进行浸水老化试验来评价CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉的耐水性㊂从图6(b)可以发现,随着浸水时间从10min 增加到120min,CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉的发光强度逐渐降低,插图给出了CsPbBr 3PQDs 粉末与CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉归一化的最强发射对比图及365nm834㊀发㊀㊀光㊀㊀学㊀㊀报第42卷450姿/nm I n t e n s i t y /a .u .5005506000.40.60.81.01.20.20I n t e n s i t y /a .u .20608010012030℃40℃50℃60℃70℃80℃90℃100℃110℃120℃T /℃40（a ）450姿/nmI n t e n s i t y /a .u .5005255750.40.60.81.01.20.20I n t e n s i t y /a .u .0200min 10min 20min 30min 40min 50min 60min 120min10（b ）47555030405060t /min450姿/nmI n t e n s i t y /a .u .5006000.50.60.81.01.10.4I n t e n s i t y /a .u .030d 1d 2d 3d 4d 5d 6d 7d1（c ）5504578t /d0.90.30.762t /d姿/n m26（d ）522520518514512510524516CsPbBr 3/Si 3N 420.4nm 20.18nm 514.6nm513.4nm10-15437821.521.022.020.520.019.519.018.518.0F W H M /n mt /d姿/n m26（e ）53853653453052854053230.46nm 27.48nm529.8nm 10-15437830.530.031.029.529.028.528.027.527.0F W H M /n m526CsPbBr 3531.4nm-1图6㊀(a)30~120ħ范围内,CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉的变温光谱,插图为CsPbBr 3PQDs 粉末与CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉归一化的发射强度对比;(b)不同浸水时间下,CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉的发射光谱,插图为CsPbBr 3PQDs 粉末与CsPb-Br 3/Si 3N 4荧光粉归一化的发射强度对比及365nm 波长激发下,CsPbBr 3PQDs 粉末与CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉浸水10min 后的图片;(c)不同恒温恒湿时间下(50ħ,85%),CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉的发射光谱,插图为CsPbBr 3PQDs 粉末与CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉归一化的发射强度对比及365nm 波长激发下CsPbBr 3PQDs 粉末与CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉7d 后的图片;不同恒温恒湿时间下(50ħ,85%),CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉(d)㊁CsPbBr 3PQDs 粉末(e)的半峰宽及最强发射波长的变化㊂Fig.6㊀(a)Emission spectra of CsPbBr 3/Si 3N 4phosphor in the range of 30-120ħ.Inset:the normalized emission intensitiesof CsPbBr 3PQDS powder and CsPbBr 3/Si 3N 4phosphor.(b)Emission spectra of CsPbBr 3/Si 3N 4phosphor under different immersion time.Inset:the normalized emission intensities of CsPbBr 3PQDs powder and CsPbBr 3/Si 3N 4phosphor and the photograph of CsPbBr 3PQDs powder and CsPbBr 3/Si 3N 4phosphor after soaking in water for 10min under excitation at 365nm wavelength.(c)Emission spectra of CsPbBr 3/Si 3N 4phosphor under different time at 50ħand humidity of85%.Inset:the normalized emission intensities of CsPbBr 3PQDs powder and CsPbBr 3/Si 3N 4phosphor and the photo-graph of CsPbBr 3PQDs powder and CsPbBr 3/Si 3N 4phosphor after 7d under excitation at 365nm wavelength.The change of FWHM and strongest emission wavelength of CsPbBr 3/Si 3N 4phosphor(d),CsPbBr 3PQDs powder(e)under different time at 50ħand humidity of 85%.激发下的发光图片㊂CsPbBr 3PQDs 粉末随浸泡时间的增加,发光强度急剧下降,当浸泡时间为20min 时,发光强度下降为初始发光强度的8%,基本不发光;而CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉浸泡120min 后,发光强度仍有初始发光强度的75.5%㊂从发光图片可以看出,CsPbBr 3PQDs 粉末表现出微弱的发光,而CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉绿光发射强㊂上述现象表明,CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉对CsPbBr 3PQDs 的耐湿性得到了显著的改善㊂水接触角测试表明,CsPbBr 3PQDs 粉末的水接触角为64.70ʎ,CsPbBr 3/Si 3N 4的水接触角为100.60ʎ,表明复合后CsPbBr 3/Si 3N 4表面具有较强的疏水性,因此水稳定性更好㊂表1给出了不同材料修饰CsPbBr 3的热稳定性㊁水稳定性对比,从表中可以看出,CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉表现出优异的水稳定性及在高温处优异的热稳定性㊂为进一步验证CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉的稳定性,将CsPbBr 3PQDs 粉末与CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉分别置于温度50ħ㊁湿度85%的恒温恒湿箱中进行老化实验,图6(c)分别给出了CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉发光强度依赖时间的发光行为㊂随着时间的延长(1~7d),CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉发光强度表现出下降趋势,插图为CsPbBr 3PQDs 粉末与CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉最强发射对比图及㊀第6期徐范范,等:CsPbBr 3/Si 3N 4复合材料制备及发光性能835㊀365nm 激发下发光的照片,相对来说CsPbBr 3PQDs 粉末下降更快㊂老化7d 之后,CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉的发光强度仍有初始发光强度的77.7%,而CsPbBr 3PQDs 粉末的发光强度为原发光强度的33.9%㊂从发光照片也可以看出,7d 后CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉表现出更强的绿光发射㊂图6(d)是不同恒温恒湿时间下,CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉的半峰宽及最强发射波长的变化图,可以表1㊀不同材料修饰CsPbBr 3的热稳定性、水稳定性对比Tab.1㊀Comparison of thermal stability and water stability ofCsPbBr 3modified with different materials修饰㊀热稳定性水稳定性CsPbBr 3@NH 4Br 80ħ40%1h:60%CsPbBr 3/SiO 275ħ60%CsPbBr 3-SDDA /PMMA 100ħ65%在水中稳定10minCsPb X 3@h-BN 120ħ80% CsPbBr 3QDs /BNNS 100ħ50%h-BN /CsPbBr 3100ħ20%室温㊁湿度80%:110h:72%本论文100ħ65%湿度:85%,温度50ħ:168h:78%,水中2h:78%看出CsPbBr 3/Si 3N 4复合材料老化过程中半峰宽和最强发射几乎没变化,半峰宽最大与最小之间仅差0.22nm,最强发射变化仅1.2nm㊂图6(e)是CsPbBr 3PQDs 粉末的半峰宽及最强发射变化图,半峰宽变化了3nm,最强发射偏移了1.6nm㊂因此,CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉具有较好的色稳定性㊂3.4㊀添加CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉的WLED 的电致发光特性为研究CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉的实际应用前景,将获得的CsPbBr 3/Si 3N 4绿色荧光粉㊁K 2SiF 6ʒMn 4+红色荧光粉和蓝色InGaN 芯片(~450nm)组合在一起制得了WLED㊂在20mA 电流驱动下,WLED 的电致发光(EL )光谱㊁封装好的WLED 实物及相应的发光照片如图7(a)所示㊂从电致发光光谱中可以看到CsPbBr 3/Si 3N 4的绿光发射峰,这与图3(b)的发射光谱一致,表明作为绿色荧光粉的CsPbBr 3/Si 3N 4可以被蓝光芯片有效地激发,器件流明效率为49.4lm /W㊂使用CsPbBr 3/Si 3N 4复合材料的流明效率比使用CsPb-Br 3@聚苯乙烯㊁CsPbBr 3@介孔二氧化硅㊁CsPbBr 3@二氧化硅球及Cs 4PbBr 6/CsPbBr 3@Ta 2O 5复合材料的流明效率要高[24-27],但比Cs 4PbBr 6/CsPbBr 3㊁650姿/nmE L i n t e n s i t y /a .u .（a ）700600550500450400Blue chipKSF ∶Mn 4+CsPbBr 3@Si 3N 45205400.5xy5605806006207003804704804900.104600.100.20.30.40.60.70.80.20.3NTSC This work0.40.50.60.70.80.9500姿/nmI n t e n s i t y /a .u .（c ）7006005004001.00.80.60.40.2020mA 60mA 120mA 180mA 240mA 300mA（b ）图7㊀(a)由CsPbBr 3/Si 3N 4绿色荧光粉㊁K 2SiF 6ʒMn 4+红色荧光粉和蓝色InGaN 芯片制得的WLED 的电致发光光谱和实物图,插图是WLED 不工作时(左图)和20mA 电流下工作时的图片(右图);(b)制得的WLED 对应CIE 坐标图;(c)不同驱动电流下(20~300mA)WLED 的电致发光光谱㊂Fig.7㊀(a)EL spectrum of WLED made of CsPbBr 3/Si 3N 4green phosphor,K 2SiF 6ʒMn 4+red phosphor and blue InGaN chip.Inset:the picture of WLED(left figure)and working at 20mA current(right figure).(b)Corresponding CIE coordinatesof WLED.(c)EL spectra of WLED under different driving currents(20-300mA).烷基磷酸酯处理CsPbBr 3的低[15,28]㊂与胶态量子点相比,粉体材料的流明效率降低的原因主要是CsPbBr 3/Si 3N 4荧光粉中的量子点发生聚集,以及部分光可能被Si 3N 4吸收所导致的㊂图7(b)给出了该WLED 的CIE 坐标图,从图中可以得出制得的WLED 色域达到113.4%NTSC,说明其具有广色域的优势㊂图7(c)给出了在不同驱动电流下该WLED 的EL 光谱,可以看出,当驱动电流从20mA 增加至120mA 时,绿光发射仍保持不变㊂当驱动电流增加至180mA836㊀发㊀㊀光㊀㊀学㊀㊀报第42卷时,绿光发射有略微下降,进一步表明CsPbBr3/ Si3N4绿色荧光粉有较好的稳定性㊂4㊀结㊀㊀论本文成功合成了稳定的CsPbBr3/Si3N4绿色荧光粉,实验过程操作简单,室温下一步即可完成㊂CsPbBr3/Si3N4荧光粉最强发射峰位于513.4 nm处,半峰宽较窄,约为20nm㊂CsPbBr3PQDs 粉末与CsPbBr3/Si3N4荧光粉的对比实验表明, CsPbBr3/Si3N4荧光粉表现出优异的热稳定性㊁水稳定性及色稳定性㊂变温光谱结果表明,80ħ时CsPbBr3/Si3N4荧光粉的发光强度能保持初始发光强度的87.4%;在去离子水中浸没120min后, CsPbBr3/Si3N4荧光粉的发光强度仍保持初始发光强度的75.5%㊂温度85ħ㊁湿度85%的恒温恒湿条件下,7d后CsPbBr3/Si3N4荧光粉的发光强度仍能保持原发光强度的77.7%,并且半峰宽及最强发射波长几乎没发生改变,进一步证明CsPbBr3/Si3N4荧光粉具有优异的稳定性㊂在450 nm波长激发下,CsPbBr3/Si3N4荧光粉量子效率提高至35.4%㊂电致发光结果表明,CsPbBr3/ Si3N4绿色荧光粉与KSFʒMn4+㊁蓝光芯片封装制得的WLED色域为113.4%NTSC,流明效率为49.4lm/W㊂本文专家审稿意见及作者回复内容的下载地址: /thesisDetails#10.37188/ CJL.20210085.参㊀考㊀文㊀献:[1]PROTESESCU L,YAKUNIN S,BODNARCHUK M I,et al..Nanocrystals of cesium lead halide perovskites(CsPb X3,X=Cl,Br,and I):novel optoelectronic materials showing bright emission with wide color gamut[J].Nano Lett.,2015,15(6):3692-3696.[2]王巍,李一,宁平凡,等.广色域钙钛矿量子点/荧光粉转换白光LED[J].发光学报,2018,39(5):627-632.WANG W,LI Y,NING P F,et al..Perovskite 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Si基Ge外延薄膜材料发光性能研究进展
图 1 低温 G e 和 SiGe/ Ge 超晶格缓冲层技 术生长硅基锗 薄 膜 T EM 截面图
1. 2 张应变 Ge 能带结构 Ge 是间接带隙半导体, 间接带的辐射复合过程
需要声子的参与, 它的辐射复合过程比直接带的辐 射复合要小 4~ 5 个数量级, 因此 Ge 被认为是发光 效率比较低的材料。但 Ge 的直接带与间接带导带 底之间只差 136 meV , 可以通过掺杂, 将间接带能谷 填满, 使得费米能级与直接带持平, 从而再注入电子 空穴对使之发生直接带跃迁, 进而提高发光效率。 并且, 通过应变调节 Ge 的能带结构也能增强 Ge epit ax y; str ain; doping; phot oluminescence; light emit t er s
0 引言
Si 基光通信和光电集成技 术迫切要求研 制出 Si 基高效、低成本的光源。近年来, 有关 Si 基外延 Ge 材料发光器件的理论与实验研究工作取得了阶 段性的进展。理论上 Ge 虽然是间接带隙材料, 然 而其直接带带隙与间接带带隙差值仅为 136 meV, 通过张应变和 n 型掺杂的调节可以使其变为准直接 带隙的材料, 从而 提 高 Ge 直接 带的 辐 射复 合 几 率[ 1] ; 2009 年, 麻省理工学院 K im erling 小组在实验 上观察到了张应变 n+ Ge 的直接带室温下 光致发 光现象[ 2 3] ; 此外, 2010 年 3 月, 文献[ 4] 报道了 Si 基 Ge 薄膜的 光泵激光器。这些结果 表明 Ge 是 未来
图 3 给出 n 型掺杂浓度引起的准费米能级的位 置变化。通过计算发现, Ge 在 0. 2% 应变下, 当掺 杂浓度约为 8 1019 cm- 3 时, 准费米能级可 以达到 直接带导带底。但是如此高的掺杂可能使得晶体质 量恶 化, 增加非辐射复合, 从而影响发光效率。因 此, 我们提出了 SiGe/ Ge 调制掺杂的结构, 由 SiGe 掺杂层提供电子, 而保证有源层 Ge 的晶体 质量不 受杂质的影响, 观测到基于直接带跃迁发光强度的 提高[ 23] 。这些结果为 Si 基 Ge 发光器件的 实现增 加了极大的信心。
GeSi量子点PL谱的研究
GeSi量子点PL谱的研究1. 比较不同合成方法对GeSi量子点PL谱特性的影响Contrastive study on the influence of different synthesis methods on GeSi quantum dot PL spectroscopy characteristics在这篇论文中，我们将探讨GeSi量子点（QD）PL谱的特性以及不同合成方法对其特性的影响。
首先，我们将回顾已知的不同合成方法，例如热解、溶剂热法、等离子体增强化学气相沉积等，并比较它们对PL谱的影响。
接着，我们将通过实验验证比较这些方法在不同溶液、温度、时间等条件下合成得到的QD的PL谱的特性。
最后，我们将结合文献资料和实验结果，分析QD PL谱的变化与合成方法之间的关系，并探讨可能的物理机制。
总结：在本篇论文中，我们通过比较不同合成方法对GeSi QD PL谱特性的影响，进一步了解了其内在物理特性，并探讨了可能的物理机制。
这些结果有助于指导更加精确的GeSi QD的合成和相关应用。
2. 基于GeSi量子点PL谱的探测器研究 Study on detectors based on GeSi quantum dot PL spectroscopy本篇论文基于GeSi量子点PL谱特性，探讨其在探测器领域中的应用。
我们首先将回顾Si基探测器的原理，并介绍GeSi QD的基本特性和制备方法。
接着，我们将研究GeSi QD PL谱随电场变化的特性，并探讨其在探测器领域的应用。
我们将所研制的GeSi QD基探测器与已有的Si基探测器进行比较，分析其优势和不足之处，并对其性能进行测试和评估。
最后，我们将对潜在的应用领域进行讨论。
总结：本篇论文通过研究基于GeSi量子点PL谱的探测器，展示了其在探测器领域中的应用前景。
对其性能进行测试和评估，并对潜在的应用领域进行了讨论。
这项研究为进一步探索利用GeSi QD在探测器领域中的应用提供了基础。
Ⅱ类超晶格红外探测器技术概述(二)
第５１卷 第５期 激光与红外Ｖｏｌ．５１，Ｎｏ．５ ２０２１年５月 ＬＡＳＥＲ ＆ ＩＮＦＲＡＲＥＤＭａｙ，２０２１ 文章编号：１００１ ５０７８（２０２１）０５ ０５４８ ０６·综述与评论·Ⅱ类超晶格红外探测器技术概述（二）尚林涛，王 静，邢伟荣，刘 铭，申 晨，周 朋，赵建忠（华北光电技术研究所，北京１０００１５）摘 要：简要归纳总结了Ⅱ类超晶格材料的生长、器件制备方法以及最近新型Ⅱ类超晶格材料体系的演化。
Ⅱ类超晶格理论和工艺技术不断取得进步和完善并呈现出材料体系多样化和更高的性能。
虽然目前及今后较长时间内ＨｇＣｄＴｅ技术仍然是市场主流，但是Ⅱ类超晶格技术在整体系统性能和成本上可以挑战ＨｇＣｄＴｅ，Ⅱ类超晶格技术将在红外应用领域全方位替代ＨｇＣｄＴｅ技术的优势已经越来越清晰。
关键词：Ⅱ类超晶格；Ｔｙｐｅ Ⅱ；Ｔ２ＳＬ；ＳＬＳ；生长及制备中图分类号：ＴＮ２１３ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ ５０７８．２０２１．０５．００２Ｏｖｅｒｖｉｅｗｏｆｔｙｐｅ Ⅱｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅｉｎｆｒａｒｅｄｄｅｔｅｃｔｏｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ⅱ）ＳＨＡＮＧＬｉｎ ｔａｏ，ＷＡＮＧＪｉｎｇ，ＸＩＮＧＷｅｉ ｒｏｎｇ，ＬＩＵＭｉｎｇ，ＳＨＥＮＣｈｅｎ，ＺＨＯＵＰｅｎｇ，ＺＨＡＯＪｉａｎ ｚｈｏｎｇ（ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００１５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｇｒｏｗｔｈｏｆｔｙｐｅ Ⅱｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｔｈｅｄｅｖｉｃｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｔｈｅｒｅｃｅｎｔｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆｎｅｗｔｙｐｅ Ⅱｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅｍａｔｅｒｉａｌｓｓｙｓｔｅｍｓａｒｅｂｒｉｅｆｌｙｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ｔｙｐｅ Ⅱｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅｓｔｈｅｏｒｙａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈａｖｅｂｅｅｎｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄ，ｐｒｅｓｅｎｔｉｎｇｄｉｖｅｒｓｉｆｉｅｄｍａｔｅｒｉａｌｓｙｓｔｅｍｓａｎｄｈｉｇｈｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ＡｌｔｈｏｕｇｈＨｇＣｄＴｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｓｔｉｌｌｔｈｅｍａｒｋｅｔｍａｉｎｓｔｒｅａｍａｔｐｒｅｓｅｎｔａｎｄｆｏｒａｌｏｎｇｔｉｍｅｔｏｃｏｍｅ，ｔｙｐｅ ⅡｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｃａｎｃｈａｌｌｅｎｇｅＨｇＣｄＴｅｉｎｔｅｒｍｓｏｆｏｖｅｒａｌｌｓｙｓｔｅｍｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｃｏｓｔ Ｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｔｙｐｅ ⅡｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙｒｅｐｌａｃｉｎｇＨｇＣｄＴｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｉｎｆｒａｒｅｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｈａｖｅｂｅｃｏｍｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙｃｌｅａｒ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｌａｓｓⅡｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ；ｔｙｐｅ Ⅱ；Ｔ２ＳＬ；ＳＬＳ；ｇｒｏｗｔｈａｎｄｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ作者简介：尚林涛（１９８５－），男，硕士，工程师，研究方向为红外探测器材料分子束外延技术研究。
镁合金表面光制备al-si基纳米si3n4强化层的研究
道慢行系统建设。草坪旅游业态管理正抓紧推进,成立了草坪小镇党工委和管委会,目前正与上海景域集团洽谈草坪旅游业务合作发展事宜。精心打造旅游精品线路, "五嵅一家"徒步观
光旅游线路、愚自乐园-园博园-XX园"三园贯通"农业观光旅游线路、草坪漓江段自行车及慢行观光旅游线路已进入实质性规划和招商阶段。前三季度全区旅游总人数145万人次,实现
全区投入320万元完成11个自治区生态示范村、60个自然村屯绿化。总投资293.32万元的
6个农村安全饮水解困工程月底可全部完成主体工程,实现全区农村自来水普及率达70 %以上。与此同时,全
面落实自治区、市精准扶贫攻坚动员会精神、全市创城会议和创卫再动员会精神,集中人力财力物力,打好创城、创卫、精准扶贫攻坚战,卫生城复审已全面落实迎检要求。
总工程量的
95%,实现试通车;中心环线B段己完成65%的土地征收任务;中心环线
C段已完成1.5公里道路的水稳层、地下管网、以及沥青层铺设等工程。XX区首个城市综合体"XX新城"建设一
期即将竣工;公、检、法、武装部营院等基层政权设施相继启动建设或建成使用。分别与桂林旅游学院、广西师范大学、桂林理工大学签订了《校地战略合作协议》,推进了校地合作和共赢发展。XX岭
二、存在缺、前期工作审批流程多等因素影响,推进进度较慢,如XX镇棚户区改造项目、中西汇暨萨马兰奇文化博览园、低碳经济示范园区等,给全年重点项目推动带来一定压力;二是虽然全区
固定资产投资持续较快增长,但从目前项目建设与资金到位情况来看,无新开工的亿元项目,投资增长后劲仍显乏力,完成年度投资任务压力大;三是受宏观经济环境的影响,经济下行压力较大,农业受
某县区2015年经济社会发展情况汇报(2015年11月
全Si型太阳电池中Si量子点超晶格结构制备及其特性研究[1]
![全Si型太阳电池中Si量子点超晶格结构制备及其特性研究[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/9c4a5f8ce53a580216fcfe60.png)
(1 Te4 Ts4 )(1 Tc / Te )
其中T s 为太阳表面温度，T e 为与电池有关的有效温度，T c 是Landsberg 极限温度。根据 公式计算，第三代电池理论上其转换效率可达 70%以上，因而引起了广泛的研究兴趣。一些 新的物理概念如多激子效应、量子点、上/下转换、纳米技术等被提出并被实施，其中针对 Si量子点第三代太阳能电池的研究， 最受人瞩目。 本研究从实现Si量子点第三代太阳能电池 的角度出发，着重研究了利用新型制备技术，高效沉积制备多层Si量子点超晶格结构，并对 其光学性质进行了研究， 并力图将Si量子点结构与 125 单晶硅电池结合进行初步验证， 为以 后构建全Si型的第三代太阳能电池打下基础。
全Si型太阳电池中Si量子点超晶格结构制备及其特性研究
作者： 作者单位： 贾锐， 李维龙， 陈晨， 李昊峰， 叶甜春， 刘新宇， 刘金彪， 刘明 中国科学院微电子研究所中国科学院微电子器件与集成技术重点实验室,北京 100029
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硅基光电子工艺中集成锗探测器的工艺挑战与解决方法
件的各个位置，形成光吸收中心或者 P-N 节漏电流，从
而进一步造成硅光器件光损耗异常甚至失效。
为了对金属污染进行防控，我们将工艺线上的设备
和晶圆划分成了前段、Ni 段、后段以及铜段 4 个污染
段，并设置了 9 个污染等级。其中前段为非金属段，包
含 1-3 共 3 个污染等级，主要用于硅光无源器件、注入、
1e-10-10 -8
-6
-4
-2
0
Voltage(V)
(a) C 波段 Ge 探测器
（b） 1e-4
1e-5
1310nm
1e-6
1e-7
1e-8
1e-9
1e-10 -10 -8 -6 -4 -2 0 Voltage(V)
(b) O 波段 Ge 探测器
图 5 无光照时 Ge 探测器电流电压曲线
Fig.5 Current-voltage curve of Ge detector without illumination
本文讨论了硅基光电子芯片集成锗探测器在实际工 艺中遇到的挑战和解决思路。硅基光电子芯片集成锗探测 器主要挑战在于热预算兼容、金属污染防控及工艺结构的 匹配三个方面。针对这三个问题，首先需在硅基光电子工 艺流程中选择热预算兼容的工艺段，由于锗材料的熔点为 938℃，而离子注入后典型的退火工艺温度约 1000℃ [1]， 锗探测器集成只能选择在离子注入工艺段之后。其次， 金属离子进入锗晶格后，会产生中间能级，导致探测器 暗电流增大，因此，将锗探测器集成控制在金属材料相 关工艺段之前可以最大限度地避免金属污染。综合考虑 工艺架构匹配，将探测器集成在 SAB（Salicide Block） 工艺段前为最优。同时，通过采用工艺温度较低的镍的 硅化物（约 400℃）替代工艺温度较高的钴的硅化物（约 800℃），来降低后续工艺温度对探测器的影响，避免高 温带来锗晶格缺陷造成暗电流增加。结合厚 SAB 工艺设 计及优化，最终实现了高性能的锗探测器的工艺集成。 1 硅光集成 Ge 探测器简介
GeSi量子点的发光特性研究
收稿日期:2004202210作者简介:廖家欣(19662),男,湖南慈利人,长沙理工大学物理与电子科学系实验师,学士,主要从事物理实验的研究.第19卷第2期2004年5月长沙电力学院学报(自然科学版)JOURNA L OF CH ANG SH A UNI VERSITY OF E LECTRIC POWER (NAT URA L SCIE NCE )V ol.19N o.2M ay 2004G eSi 量子点的发光特性研究廖家欣,李西南,周庆华(长沙理工大学物理与电子科学系,湖南长沙 410077)摘 要:研究了在S i 衬底上自组织生长G e 岛或G e 量子点的光致发光特性.用原子力显微镜(AF M )和透射电子显微镜(TE M )观察G e 岛的大小和密度,经过680℃退火30min ,观察到了量子点的光致发光.关 键 词:G e 量子点;光致发光;P L 光谱;Raman 光谱中图分类号:T N 304.12-O 433.2 文献标识码:A 文章编号:100627140(2004)022*******Study on Brighten Property of the G eSi Q uantum DotsLI AO Jia 2xin ,LI X i 2nan ,ZH OU Qing 2hua(Dept.of Physics &E lectric Science ,Changsha University of Science &T echnology ,Changsha 410077,China )Abstract :Photoluminescence of self 2form G e island in the Si substrate or G e quantum dots is studied.The size and density of the G e island are observed by using Atom F orce Microscope (AFM )and T ransmission E lectron Microscope (TE M ).A fter annealing at 680℃for 30min ,photoluminescence of the G eSi quantum dots is able to be observed.K ey w ords :G e quantum dots ;photoluminescence ;P L spectrum ;Raman spectrum 在探索研究硅基发光材料的过程中,人们发现G eSi 量子点材料是实现硅基发光材料的一种有效途径,因而G eSi 量子点的光致发光研究是目前凝聚态物理非常活跃的研究热点之一.近年来,由于半导体纳米结构的一些奇特的光学和电子学特性相继被发现,而且理论和实验的结果表明,这些半导体纳米结构在微电子和光电子器件中有着潜在的应用前景[1].在这些纳米结构中,自由载流子被约束在很小的空间,如果这个空间的范围小于电子的波长,电子的能带结构将分裂为分立的能级.量子点就像人造原子一样,其中的电子受到各个方向的约束,呈现出较强的类似原子发光一样的光学性质[2～4].关于半导体纳米结构研究的一些早期工作,主要集中在G aAs 等Ⅲ2Ⅴ族直接带隙的半导体材料[5,6].间接带隙结构的G eSi 长期以来被人们认为不能用来制作发光器件.但G eSi 量子点这种新的半导体纳米结构所体现的新的发光特性以及它与目前已经成熟的G eSi材料工艺相兼容,所以G eSi发光材料的研究便成为一个新的热点问题.硅基量子点的制备方法近年来已经发明了许多种,其中一种获得高质量量子点的有效方法是自组生长量子点.这种方法是利用外延材料与衬底材料的晶格失配在外延层中的应力随外延层厚度的增加而增加,积累到一定程度外延材料通过成岛释放应力,从而得到量子点.在量子点材料领域,一个关键的问题是如何得到尺寸小,密度高,均匀性好且排列有序的量子点,以提高其发光效率.目前有的实验小组为实现这一目标而采用了一种新的方法就是衬底使用斜切的Si衬底片[7].在斜切Si衬底上自组织生长的G e量子点能够观察到光致发光,这一结果表明,该种纳米结构有望制作新型Si基光电器件.最近,Palange等[8]在Si (001)面上外延生长G e量子结构,并观察到来自G e 量子点的光致发光.Abstreiter等[9]研究了较高温度下在Si(001)衬底外延G e岛或富G e岛的生长条件和成岛密度,并观察到相应的光致发光.本文对用M BE自组织生长法在Si(001)衬底上生长的量子点用原子力显微镜(AFM)和横截面试样透射电镜(XTE M)观察了G e岛的大小和密度,用P L谱观察了其光致发光.1 样品制备与实验方法衬底片采用N型片Si(001),电阻率为5Ω・cm.经清洗后在M BE仪中生长.G e,Si分子束流由高纯G e,Si源用电子束加热得到.首先生长40nm的Si 缓冲层,温度为580℃,再生长三层厚度相同的G e 层,厚度为1.0nm左右,温度为480℃.为了便于比较,样品分为A,B两组,其中,样品A的G e层厚度为0.9nm,样品B的G e层厚度为0.6nm.G e层中间用Si间隔层隔开.从衬底开始,第1G e层与第2G e 层间的间隔层为40nm,第2G e层与表面G e层间的间隔层为80nm.Si的生长速率为0.08nms-1,G e的生长速率为0.02nms-1.生长温度取580℃是为了尽可能地避免G e与Si之间的互扩散.样品经600℃,700℃,800℃下退火30min,分别进行Ra2 man光谱和P L谱分析.Raman光谱在Renishaw2200型微Raman光谱仪上完成.用1台Ar+激光器的488.0nm的光作为激发光,功率为200mW,散射信号由光电倍增管检测.P L谱在10K和16K下进行,用1台Ar+激光器发出的514.5nm线作激光光源,功率为200m w,P L信号由液氮冷却的G e探测器检测.AFM的观察在NANOSC OPE2Ⅱ型原子力显微镜上完成.横截面试样透射电子显微镜的观察在J E O L J E M22010上完成,电子的加速电压为200kev.2 结果与讨论2.1 AFM与XTEM图1给出的是样品A的AFM与XTE M照片,从这2张照片的观察分析中我们可以得出如下的结论:即埋在Si中的G e层和表面的G e层均已成岛.从照片(a)(AFM)可以计算到岛的密度为1×108cm-2.图1 样品A的AF M图(a)与XTE M图(b)2.2 P L谱在较低温度下退火(600℃,30min)的样品与未经过退火的样品的P L谱相同,只出现了与Si衬底有关的发光峰.图2是样品A经700℃退火30min 的P L谱.除了Si衬底的T O声子伴峰和一些较弱的与Si衬底有关的峰外[10],在能量为900mev处,出现了一个宽度为100mev的峰.应当指出,该样品中除了G e量子点外,还存在开始二维生长时形成的G e层(wetting layer),如图1所示.这种结构的P L峰具有量子阱的发光特性,由于wetting layer很薄,其厚度应小于该温度生长成岛的临界厚度,量子限制18第19卷第2期廖家欣等:G eS i量子点的发光特性研究效应使得这样的量子阱的发光峰位于1000mev左右[11],表明该峰与内部和表面的G e量子点有关.图2 样品A经700℃退火30min后的P L谱(a)与样品B在不同温度退火后的P L谱(b)关于G e量子点的光致发光机制的研究目前尚处于探索阶段,有关文献上有几种说法.与低温生长时形成的缺陷或位错有关的发光峰,或为应变局域化激子发光即所谓的L带,或是量子点的激子发光.但是前2种说法与实验结果不相符合,一系列的实验结果表明,在能量为900mev出现的发光峰为量子点的激子发光.没有证据表明该发光峰是生长时形成的缺陷发光,因缺陷发光应在没有退火的样品中观察到.但在P L谱测量中,没有退火的样品未观察到该峰的出现.与G e的能隙相比,该峰表现为很大的蓝移,根据理论计算[12],当量子点的尺寸约为10nm时,量子点激子的量子约束能为60mev,从P L 谱得到的直径为300nm,高为50nm的G e量子点激子的量子限制能为60mev,因此无论根据理论计算还是已有的实验数据,其激子的量子限制都不会引起如此大的蓝移.实验结果表明,Si与G e之间的互扩散可以造成该峰的蓝移,图3(a)所示的Raman谱指出, 700℃退火后Si与G e之间有一定程度的互混,与Si2G e键振动相联系的峰强度略有变化.800℃退火后,该峰消失,没有观察到与位错相联系的峰.作为比较,在同一温度(即580℃)下生长了G e 量子阱结构样品.未退火和在不同温度下退火处理后样品B的Raman谱如图3(b)所示.图2(b)为相应的P L谱.没有退火的样品的P L谱与600℃,30min 退火的样品的P L谱相同;700℃,30min退火处理后,除了与Si衬底有关的发光峰外,出现了典型的量子阱发光,其中一个为量子阱的NP峰,另一个为T O 声子伴线,800℃,30min退火后由于Si与G e之间的混合,发光峰发生蓝移.从图3(b)所示的Raman光谱中与G e2G e振动相联系的Raman峰的强度来看, 700℃,30min退火引起的Si2G e之间的互混很小,表现了比样品A量子点结构更好的热稳定性.800℃, 30min退火后,Si与G e的互混才比较明显,与G e2G e 振动对应的Raman峰的强度明显变小.虽然700℃, 30min退火在Si与G e之间会引起一定程度互混,但是Raman光谱表明,在样品B中,700℃,30min退火引起的Si与G e之间的互混很小,然而退火后就可观察到P L峰,所以样品A和样品B中P L峰的出现主要是由于700℃,30min退火后非辐射缺陷的减少,Si 与G e之间的互混不是导致P L峰出现的原因.图3 样品A(a)和样品B(b)退火前和在不同温度下退火20min后的Raman光谱28长沙电力学院学报(自然科学版) 2004年5月3 结论在较低温度(580℃)生长的G eSi 量子阱或量子点,经700℃退火30min 后,可观察到与量子阱或量子点相联系的激子复合发光峰.对于不成岛样品,Raman 光谱表明700℃退火30min 引起的Si 与G e 之间的互混不明显,对于成岛样品,700℃退火30min 在Si 与G e 之间引起一定的互混.参考文献:[1]Jiang Z M ,Xu A M ,Hu D Z ,et al.E ffect of Sb as a Surfactant on the in 2ner diffusion of epilayer G e atoms into is substrate[J ].Thin s olid Films ,1998,321:116.[2]Jiang W R ,Qin J ,Hu D Z ,et al.A tw o stage m olecular beam epitaxialgrowth method to fabricate small and uniform G e quantum dots on S i (100)[J ].Journal of Crystal G rowth ,2001,1106:2272228.[3]Zhu H J ,Jiang Z M ,Xu A M ,et al.Surfactant in fluence on the G e het 2eroepilayer on S i (001)studied by X 2ray diffraction and atom ic force m i 2croscopy[J ].J Cryst G rowth 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棉织物的改性纳米Si3N4抗紫外线功能整理
棉织物的改性纳米Si3N4抗紫外线功能整理郭辉;张辉;王笋【摘要】选用经硅烷偶联剂KH550和KH560改性后的Si3N4纳米粉体对棉织物进行抗紫外线整理,通过测定棉织物整理前、后的紫外线反射率和染色棉织物K/S 值确定最佳整理方法,并用TEM和热重分析表征了整理后棉纤维结构与性能,测试了棉织物的白度、硬挺度和拉伸性能变化.结果表明:采用纳米Si3N4+壳聚糖整理棉织物,不仅能增强抗紫外线性能,而且能提高活性染料对棉织物的上染性能;经纳米Si3N4+壳聚糖整理后,棉纤维热分解率明显降低,热分解起始温度下降,且织物变得硬挺,白度降低,断裂强力下降而断裂伸长率增大.【期刊名称】《天津工业大学学报》【年(卷),期】2010(029)002【总页数】5页(P51-55)【关键词】改性Si3N4纳米粉;棉织物;抗紫外线整理;K/S值;壳聚糖【作者】郭辉;张辉;王笋【作者单位】西安工程大学纺织与材料学院,西安,710048;西安工程大学纺织与材料学院,西安,710048;西安工程大学纺织与材料学院,西安,710048【正文语种】中文【中图分类】TS195.59棉织物在紫外线200～400 nm波长范围内具有比较高的紫外线辐射渗透性，在众多纤维织物中防紫外线的能力相对较差，对棉纤维织物进行抗紫外线整理极为迫切[1].现今，应用纳米功能整理技术对棉织物进行整理是改善棉织物紫外防护性能的一种重要手段.目前选用的紫外线屏蔽剂大多是金属、金属氧化物及其盐类，典型的有 TiO2、SiO2、ZnO、Al2O3等.纳米 Si3N4性能优良，紫外线反射率在90%以上且红外吸收率在97%以上，在纺织品功能性整理方面有着广泛的应用前景.本文将Si3N4纳米粉进行硅烷偶联剂表面化学改性，然后通过一定的整理方法将其接枝在棉纤维表面，赋予棉织物抗紫外功能.1 实验部分1.1 实验材料与仪器实验所用材料有:棉织物，市购平纹棉织物，经、纬纱细度均为18 tex，经、纬纱密度为340根/10 cm×280根/10 cm；硅烷偶联剂（KH550或KH560）改性氮化硅纳米粉，自制；壳聚糖，青岛海普科技有限公司产品，脱乙酰度90%以上；冰乙酸，西安三浦精细化工厂产品；30%过氧化氢，成都金山化工试剂厂产品；柠檬酸，天津天大化学试剂厂产品；Remazol活性红染料，德司达西安分公司产品；氯化钠，无水碳酸钠，天津海晶精细化工厂产品.实验所用仪器有:SY2200－T超声波振荡器，上海声源超声波仪器设备有限公司产品；DZ－2BC型电热真空干燥箱，DK－98－1型电热恒温水浴锅，天津市泰斯特仪器有限公司产品；HITACHI—3310 Spectrophotometer紫外分光光度计，日本日立公司产品；JSM－6700F型场发射扫描电子显微镜，日本电子株式会社产品；TGA/SDTA851e型热重/差热同步分析仪，瑞士梅特勒－托利多公司产品；Datacolor SF－300型思维士电脑测色配色仪，美国Datacolor公司产品；1.2 实验方法1.2.1 棉织物预处理称取适量棉织物；添加3%NaOH、0.5%NaSiO3和0.5%皂片，配制一定浓度的煮练溶液；将棉织物于80℃浸渍处理20 min，热水、冷水各洗一次；再用无水乙醇浸渍5 min，水洗、烘干待用.1.2.2 壳聚糖降解称取一定质量的壳聚糖，添加5%冰乙酸，搅拌至完全溶解；在超声波振荡条件下，加入6%过氧化氢，70℃下恒温处理2 h；调节pH值至7左右，使壳聚糖沉淀析出；过滤、洗涤，在40℃条件下真空干燥[2].1.2.3 纳米氮化硅表面改性配制1∶1水－乙醇溶液20 mL，添加不同浓度硅烷偶联剂（KH560或KH550），然后加入一定质量纳米粉，超声波振荡10 min后，在一定温度下，恒温水浴几小时；最后过滤、洗涤数次，烘干得到改性纳米粉.1.2.4 棉织物纳米整理（1）纳米柠檬酸整理:以浴比1∶30，添加7%柠檬酸、5%次亚磷酸钠、3%三乙醇胺和0.2%渗透剂JFC，配制柠檬酸溶液；将4 g/L的改性纳米粉和1 g/L的海藻酸钠溶液混合，并超声振荡15 min，倒入柠檬酸整理液中，用玻璃棒充分搅拌均匀，再超声5 min，最后将棉织物进行浸渍整理.具体整理工艺如下[3－4]:浸渍（室温下二浸二轧，第1次10 min，第2次5 min，轧余率 100%）→预烘（95℃，150 s）→焙烘（180℃，60 s）→水洗（热水洗、冷水洗各一次，至pH=7）→烘干（100℃，5 min）（2）纳米壳聚糖整理:以浴比1∶30，称取壳聚糖1.4%、柠檬酸14%，磁力搅拌使壳聚糖完全溶解；加入一定量助剂和改性纳米粉，其用量和整理工艺同（1）. （3）纳米复合整理:将分散均匀的纳米溶液倒入一定浓度的壳聚糖溶液中，并用玻璃棒充分搅拌均匀，超声5 min，将棉织物进行浸渍整理，具体整理工艺同（1）.1.2.5 纳米整理棉织物染色用Remazol活性红染料对原棉织物、纳米柠檬酸整理棉织物、纳米壳聚糖整理和纳米复合整理棉织物分别进行染色.活性染料染色工艺见图1.染料用量2%，食盐40 g/L，纯碱 10 g/L，渗透剂 JFC2%，浴比1∶50.皂煮工艺为:皂片 2 g/L，纯碱2 g/L，浴比1∶30，在85℃下处理10 min，洗净、烘干[5].图1 棉织物活性染料染色工艺曲线Fig.1 Dyeing process of cotton fabric with reactive dye1.3 性能测试（1）抗紫外性能测试:用紫外分光光度计对纳米整理棉织物及染色棉织物进行紫外线反射率测试.（2）染色性能测试:用电脑测色配色仪测定染色棉织物的K/S值.（3）TEM和热学性能分析:用扫描电子显微镜分别观察纳米整理前、后棉纤维的微观形貌；用热重/差热同步分析仪测定纳米整理棉织物TG曲线.（4）其他性能测试:用数字白度仪、织物硬挺度试验仪、电子织物强力仪分别测定棉织物纳米整理前后的白度、抗弯性能、断裂强力和断裂伸长率变化.2 结果与讨论2.1 纳米整理棉织物抗紫外线性能分析图 2（a）、（b）、（c）分别为经过纳米柠檬酸整理、纳米壳聚糖整理及纳米复合整理后棉织物的紫外线反射率曲线.从图 2（a）可以看出，在 200～400 nm 的紫外波段范围内，棉织物抗紫外性能很差，柠檬酸对棉织物的抗紫外性能影响不大，而添加改性氮化硅纳米粉后，紫外线反射率提高30%左右；从图2（b）可以看出，经壳聚糖浸渍整理后，紫外线反射率提高20%左右，而添加改性氮化硅纳米粉后，紫外线反射率提高40%左右；从图2（c）可以看出，将纳米分散液加入到壳聚糖溶液中进行复合整理，棉织物的紫外线反射率提高不明显.图2 不同棉织物的抗紫外线性能Fig.2 Anti-ultraviolet property of differentcotton fabrics由于棉织物在高温焙烘过程中，柠檬酸羧基同改性纳米粉表面的KH550氨基形成酰胺键，并同纤维素羟基形成酯键；而KH560甘油醚键发生断裂，形成新羟基，从而柠檬酸羧基和新羟基以及纤维素表面羟基发生酯化反应，使氮化硅纳米粉成功接枝在棉纤维上，提高棉织物的抗紫外性能.壳聚糖分子是一种聚氨基葡萄糖，和纤维素分子有良好的相容特性，壳聚糖活性官能团和纤维素表面的羟基发生复杂的化学反应，且整理液中柠檬酸分子和纤维素、壳聚糖羟基发生酯化反应，从而使得氮化硅纳米粉牢固地固着在纤维表面.值得注意的是海藻酸钠包覆在纳米粉表面，在酸性溶液中电离，形成海藻酸，与壳聚糖分子发生酯化反应，从而产生纳米粉团聚，会在一定程度上影响棉织物抗紫外整理效果.3种整理方法相比之下，采用纳米壳聚糖整理棉织物，提高紫外线反射率较为显著，其中用KH550改性纳米壳聚糖整理后，抗紫外效果最好.2.2 纳米整理棉织物染色性能分析图3所示为不同整理方法对织物染色强度的影响.其中，a为原棉织物；b为柠檬酸整理；c为KH550改性纳米柠檬酸整理；d为KH560改性纳米柠檬酸整理；e 为壳聚糖整理；f为KH550改性纳米壳聚糖整理；g为KH560改性纳米壳聚糖整理；h为KH550改性纳米复合整理；i为KH560改性纳米复合整理.图3 整理方法对K/S值的影响Fig.3 Finishing methods vs K/S values从图3可以看出，棉织物经过纳米整理后，染色强度变化很大.采用壳聚糖整理的棉织物K/S值最大，染色最深；原棉织物K/S值次之，染色较深；采用柠檬酸整理的棉织物K/S值较小，染色较浅；采用纳米复合整理的棉织物K/S值最小，染色最浅.由于壳聚糖带有正电荷，通过柠檬酸的酯化作用以及本身的交联作用吸附固着在纤维表面，从而对阴离子染料的吸附能力得到增强；柠檬酸分子中的残余羧基抑制了活性染料分子水解失去染色能力，从而染料与纤维反应能力减弱；纳米复合整理的棉织物表面比较复杂，由于海藻酸、柠檬酸的羧基已经和纤维羟基反应完全，残留纤维羟基已经很少，同活性染料结合能力降低，故染色最浅.图4为纳米壳聚糖整理棉织物染色后的紫外线反射率曲线，并与原棉染色织物做对比.图4 纳米壳聚糖整理棉织物染色后的抗紫外线性能Fig.4 Anti-ultroviolet property of cotton fabrics with nanochitosan finishing after dyeing从图4中可以看出，棉织物染色后，紫外线反射率发生很大变化.原棉织物染色后，紫外线反射率提高；壳聚糖整理棉织物染色后，紫外反射率稍微有所降低；纳米壳聚糖整理棉织物染色后，紫外线反射率变化较大，其中添加KH560改性纳米整理的棉织物紫外线反射率下降幅度较大，添加KH550改性纳米整理的棉织物反射率下降幅度较小.这是由于在高温下进行染色，染液中的纯碱对纤维表面的柠檬酸基团有一定程度的水解作用，从而使得固着的纳米粉发生了脱落；同时染料的活性基团与壳聚糖分子亲和力较好，也影响纳米粉的固着牢度；棉织物染色后在皂煮固色处理阶段，添加了皂片和纯碱，同样也削弱纳米粉的固着牢度.2.3 纳米整理棉织物结构与性能分析2.3.1 棉纤维TEM分析图5为棉纤维纳米壳聚糖整理前、后的TEM照片.图5 棉纤维TEM照片Fig.5 TEM photos of cotton fibres由图5可以看出，经过纳米壳聚糖整理后，纤维表面包覆一层颗粒状物质，大部分颗粒尺寸较小，分布均匀，此为改性纳米粉和壳聚糖的集合体，还有一些大颗粒的凝胶态团聚物，为降解不完全的壳聚糖大分子.由此表明，氮化硅纳米粉经偶联剂改性后，通过壳聚糖分子的桥接作用固着在纤维表面.2.3.2 热学性能分析图6为棉纤维纳米壳聚糖整理前、后的TG曲线.其中，a为原棉纤维；b为KH550改性纳米壳聚糖整理；c为KH560改性纳米壳聚糖整理.图6 棉纤维纳米壳聚糖整理前、后的TG曲线Fig.6 TG curves of nano-chitosan finishing on cotton fabrics从图6中可以看出，未整理的棉纤维热起始分解温度为241.8℃，终止温度为379.2℃，分解率为80.3%；KH550改性纳米壳聚糖整理后的棉纤维起始分解温度为206.6℃，终止温度为364.7℃，分解率为74.6%；KH560改性纳米壳聚糖整理后的棉纤维起始分解温度为211.3℃，终止温度为366.5℃，分解率为64.7%.可见棉纤维整理后，热起始分解温度降低，热分解率降低明显.这是由于棉纤维经过纳米壳聚糖整理后，化学结构发生改变，纤维素羟基同壳聚糖分子、柠檬酸分子发生缩合、酯化等反应，从而表现出这一特点.2.3.3 其他性能分析（1）织物白度分析.表1为整理方法和棉织物白度的关系.表1 整理方法对棉织物白度的影响Tab.1 Finishing methods vs whiteness of cotton fabrics织物类型白度/%原棉织物 81.18壳聚糖整理 63.74 KH550改性纳米壳聚糖整理 70.02 KH560改性纳米壳聚糖整理 73.18由表1可以看出，原棉织物的白度最大；经壳聚糖整理后，白度下降20%左右，泛黄现象比较严重；经纳米壳聚糖整理后，白度居中，织物轻微泛黄.说明添加氮化硅纳米粉能改善棉织物的白度，抑制壳聚糖的泛黄现象.由于在高温焙烘下，柠檬酸分解产生乌头酸、衣糠酸和柠糠酸等不饱和多元羧酸，生成易发色的共轭双键，使整理后的织物泛黄或色变.此外壳聚糖大分子链上的游离氨基氧化也会引起织物泛黄[6].氮化硅纳米粉是白色的粉体，固着在纤维表面，因此可以改善整理织物泛黄现象.（2）织物硬挺度分析.表2为棉织物纳米壳聚糖整理前、后的硬挺度测试结果.由表2可以看出，经纳米壳聚糖整理后，经、纬向抗弯长度和弯曲刚度明显增大，总弯曲刚度相对提高50%左右.这是由于棉织物经纳米壳聚糖整理后，纤维表面包覆了一层纳米壳聚糖薄膜，填补了纤维之间的空隙，一定程度增加织物的厚度，增大纤维之间的摩擦阻力，因此棉织物变得硬挺.表2 棉织物纳米壳聚糖整理前、后硬挺度测试结果Tab.2 Stiffness testing result of cotton fabrics after nano-chitosan finishing试样抗弯长度/cm弯曲刚度/（cN·cm-1）经向纬向经向纬向总原棉织物 1.96 1.58 0.0780.0420.058KH550改性纳米壳聚糖整理棉织物 2.38 1.92 0.1080.0660.085 KH560改性纳米壳聚糖整理棉织物 2.46 2.03 0.1060.0690.085（3）织物拉伸性能分析.表3为棉织物纳米壳聚糖整理前、后的拉伸性能测试结果. 表3 棉织物纳米壳聚糖整理前、后拉伸性能测试结果Tab.3 Tensile properties testing result of cotton fabrics after nano-chitosan finishing试样断裂强力/N 断裂伸长率/%经向纬向经向纬向原棉织物 435.25 349.32 11.35 14.70KH550改性纳米壳聚糖整理 410.50 329.74 13.54 16.73 KH560改性纳米壳聚糖整理 408.36 327.03 13.72 16.63由表3可以看出，棉织物经纳米壳聚糖整理后，经、纬向断裂强力都有所下降，而断裂伸长率提高.这是由于柠檬酸对纤维素和壳聚糖分子中的苷键水解起到催化作用，引起苷键断裂；其次一系列复杂的酯化、酰胺化反应使得部分纤维素中的结晶区转换为非结晶区，从而结晶区的界面分子力下降，故棉织物整理后，断裂强力下降.同时壳聚糖分子通过柠檬酸的交联，已经接枝在无定形区和晶区表面，改善结晶区与非结晶区之间的界面力，使得大分子链的相对位移增大，提高了纤维分子链的延伸性，因此整理后的棉织物断裂伸长率增大.3 结论（1）采用纳米壳聚糖整理棉织物的抗紫外线效果明显，染色K/S测试表明壳聚糖对活性染料的上染有显著的促进作用；染色后，紫外线反射率有一定程度的下降.（2）TEM和热重测试结果表明，改性氮化硅纳米粉，在壳聚糖和柠檬酸分子的协同作用下，已经固着在棉纤维表面；经纳米壳聚糖整理后，棉纤维热分解起始温度降低，热分解率明显降低.（3）棉织物经纳米壳聚糖整理后，白度下降；经、纬向抗弯长度和弯曲刚度明显增大，变得更加硬挺；断裂强力有所下降，断裂伸长率增大.参考文献:【相关文献】[1]万震，刘嵩.防紫外线织物的最新研究进展[J].印染，2001，27（1）:42－44.[2]张辉，范立红，谢光银.壳聚糖整理棉织物透湿和抗折皱性能研究 [J].纺织高校基础科学学报，2009，22（1）:113-117.[3]周向东.纯棉织物的柠檬酸耐久性防皱整理[J].上海纺织科技，2001，29（4）:47-48.[4]陈美云，袁德宏，王春梅.棉织物的混合多元羧酸壳聚糖防皱整理[J].印染，2007，33（1）:1-4.[5]陈英.染整工艺实验教程 [M].北京:中国纺织出版社，2004:50-63.[6]田冶，焦延鹏，陈义康，等.不同脱乙酰度对壳聚糖表面物理及吸附性能的影响 [J].广州化学，2005，30（2）:20-25.。
Si基-近红外光电探测器
w
1 2w0
(D1
+2D2
)
式中 w0 是无应变时的声子频率，
D1D2 为相关的形变势，
为共度生长的张应变和压应变。
wsi-si 31.8x wsi-Ge =26.5x
b.组分x
在Si （001）衬底上共度生长的 Si1xGex 合金由于应变引起的拉曼峰的 附加频移公式如下：
δ wsi-si 31.8x
由分子振动、固体中的光学声子 等元激发与激发光相互作用产生 的非弹性散射称为喇曼散射，瑞 利线与喇曼线的波数差称为喇曼 位移。
拉曼光谱在SiGe/S i 材料表征中的应用
➢由于Si，Ge对可见光不透明，因而拉曼散
射谱通常采用背散射或近背散射装置。
➢对于非极性晶体Si，Ge，纵，横向光学声
子的能量在Г 点是简并的，在拉曼谱中分别 为520 cm-1 和301 cm-1 。
三.材料生长
➢ＵＨＶ－ＣＶＤ ➢表征
UHV-CVD主机（轴侧视图）
生长室 预处理室 进样室 手套箱操作室
Si 片外延基本步骤 ➢ 1.Si片清洗：
Ⅲ号液 H2SO4+ H2O2 ，HF溶液漂洗(1:20)； Ⅰ号液 NH3OH+H2O2 ， HF溶液漂洗(1:20); Ⅱ号液 HCl+H2O2 ，吹干(普氮）。
响 应 度: 单位入射光功率产生的电流.
响应时间: 入射光照射到探测器上后，引起光电流产生所需要的 时间。
量子效率的带宽积：量子效率和带宽的乘积。
3.近红外硅基探测器的发展
－－键合技术
1995,InGaAs/InP键合在Si上,1.55um时外量 子效率80%, -5V时暗电流为0.29nA
Appl Phy Lett,1995,67(26)3936-3938
量子点红外光子探测器的研究进展_王忆锋
收稿日期:2008-03-20作者简介:王忆锋(1963-),男,湖南零陵人,工学士,高级工程师.曾赴美国内布拉斯加大学林肯分校计算机系做国家公派访问学者.目前主要从事器件仿真研究.文章编号:1673-1255(2008)03-0001-08量子点红外光子探测器的研究进展王忆锋(昆明物理研究所,云南 昆明 650223)摘 要:迄今为止关于量子点红外光子探测器(QD IP )的研究已有众多文献发表,涉及量子点生长、系统设计、建模、表征与测量等各方面.对近年来国外文献报道的QDI P 技术的进展进行了总结和综述,简要描述了Q DIP 研发的方法和思路,给出了近期国外研制的一些QDI P 的性能,介绍了今后实现高性能QD IP 的若干发展方向.尽管QD IP 已成功地用于单元探测器和焦平面器件,但作为一种新兴技术,QD IP 仍不成熟,短期内直接替代HgCdT e 似乎还不可能.关键词:量子点;量子点红外光子探测器;光子探测器;红外探测器中图分类号:O 471.1;TN 215 文献标识码:ADevelopment Status of Quantum -Dot Infrared PhotodetectorWANG Yi -feng(K unming Institute of Physics ,K unming 650223,China )A bstract :A numerous papers covering different aspects of quantum dot infrared pho todetector (QDIP )such as quantum dot grow th ,sy stem design ,modeling ,characterization and testing ,have been published so far .Re -cently published advances of QDIP technology abroad are summarized and review ed .The methods and ideas used in the development of QDIP are briefly described ,the performances of different type of QDIP reached abroad to date are presented and some orientation to realize high performance QDIP in the future is introduced .Ranging from single element detectors to focal plane arrays ,QDIP has already been demonstrated successfully .How ever ,QDIP is still not mature as an emerging technology .Direct replacement H gCdTe detector technology by QDIP seems unlikely in near term .Key words :quantum dot ;quantum -dot infrared photodetector ;photodetector ;infrared detecto r 量子点红外光子探测器(quantum dot infrared photodetector ,QDIP )属于纳米器件,它具有垂直入射光响应、暗电流低、光电导增益大、响应率和探测率高等优点[1].理论计算和实验表明QDIP 具有较长的有效载流子寿命,约为100ps [2],这为制备高性能器件提供了潜力.QDIP 已成功用于单元探测器[3]、焦平面器件[4-6]等各种结构.本文主要介绍了近年来QDIP 的研究进展.1 量子点的生长技术量子点的厚度以原子层来计算,只能以外延方式在单晶衬底上生长.QDIP 的衬底材料主要有GaAs 、InP 等.外延有汽相外延(VPE )、液相外延(LPE )、分子束外延(MBE )等多种方式.由于VPE 、LPE 的精度很差[7],文献中已较少提及.量子点的主要材料有InAs 、Si 、InGaAs 、InGaN 等.文献中报道的大多数QDIP 是基于InAs /GaAs 系统,并且是用MBE 生长[4].MBE 有利于同其他微细加工技术例如电子束光刻(EBL )、反应离子束刻蚀(RIBE )[8]、聚焦离子束(FIB )[9]及图形化生长[10,11]等技术相结合制备量子点[12].原子层外延(atomic layer epitaxy ,ALE )是一种比M BE 更精细的外延方第23卷第3期2008年6月 光电技术应用ELECT RO -O PT IC T ECHNO LOG Y AP PLICA T ION Vo l .23,No .3June .2008式,已经用于量子点生长[13-15].与M BE相比,ALE 制备的量子点尺寸大,形状也较规则[13].金属有机化学汽相沉积(MOCVD)和低压M OCVD(LP-M OCVD)在量子点制备中也多有应用[3,4,16-20].在外延生长过程中,如果晶格失配在5%～10%之间,则仅有与衬底相邻的几个单层(monolay-er,M L)能够承受这种应变而继续保持平面连续状态,这几个单层称为浸润层.文献[21]对InAs/GaAs (001)浸润层体系进行了研究.浸润层上的其他原子层当应变能累积到超过某一临界点时将会被拉断而自组织形成三维岛状结构的量子点,这就是S transki Krastanow(SK)模式,相应的量子点称为自组织量子点.SK模式可以用MBE、MOCVD等生长技术实现,因其简单性而成为最常用的一种制备方法.由于利用的是晶格失配,故自组织量子点也易用其他材料例如Ge、Si等获得[22-26].此外它还具有与标准的III-V族或IV-IV族器件或技术集成的潜力[27]. SK生长模式形成的量子点一般为塔状结构,底部尺寸在20nm的范围,高为若干纳米.此外还有透镜形状、细长塔状、球形、箱形等形式的量子点.它们可以用形状比来描述,形状比定义为高度除以底部面积或直径[27].量子点的几何特征主要依赖于生长条件.文献[28]研究了自组织InAs/GaAs QDIP的细节特征.与光刻形成的量子点相比,尺寸分散性是SK生长模式的固有特点,一般在平均尺寸的几个百分点的范围.SK模式的最大问题是如何提高量子点的均匀性和密度.文献[29]指出,自组织量子点的低密度有利于以逐层叠加的方式生长多层量子点,随着层数的增加,相邻层中量子点的尺寸和形状变得更有规则.采用不同取向晶面选择生长技术可在一定程度上改善量子点的均匀性[12].文献[30]用原子力显微镜(AFM)研究了多层In0.4Ga0.6As/GaAs量子点的尺寸分布与衬底晶面取向的关系.MBE自组织生长的量子点密度在108～1011cm-2之间[12].文献[4]报道了一种用LP-MOCVD生长的自组织量子点,其密度约为3×1010cm-2.文献[31]指出InAs量子点面积密度强烈依赖于生长温度和单原子层覆盖.经过适当调节,获得了1.5×1011cm-2的高面积密度,比以往报道结果高出4倍多.文献[32]指出在生长量子点之前,沉积1M L厚的GaSb,InAs量子点密度可以从～3×1010cm-2增加到～6×1010cm-2.文献[33]报道,增加InAs沉积将使量子点表面密度按比例增加,但对于量子点尺寸没有显著影响.退火是M BE生长的后道工艺之一.文献[34]报道快速退火可使QDIP具有较宽的光谱可调性.文献[35]利用远红外吸收光谱研究了退火对于自组织量子点导带状态的影响.量子点在衬底上的排列分布呈有序和无序2种状态.从材料制备来说,希望量子点有序排列.有序量子点的子能带间吸收要比无序量子点强得多[36].晶格失配构成的量子点属应变异质结.应变场可用价带力场模型计算[37].应变场的不均匀分布可以导致量子点在生长方向有序排列,在一定条件下也可以导致横向有序排列[12].改善量子点的均匀性可以减小子能级间跃迁宽度的不一致性,提高器件的响应率.文献[38]应用三维动力学蒙特卡罗仿真,研究了应变能量对于有序量子点尺寸均匀性的影响.文献[39]指出在叠层InAs/GaAs量子点结构中引入应变补偿层,可以部分抑制量子点的应变场.文献[40]研究了应变场对于岛状结构成核过程的影响,发现第2个量子点层中的岛状结构形状高度依赖于量子点密度.文献[41]利用Ga微滴外延(droplet epitaxy),以自组织方式生长了无应变的GaAs量子点.为了完成整个生长过程,量子点必须覆盖或掩埋在某种势垒材料中.近年来,已注意到这一覆盖阶段的重要性,在覆盖过程中,由于材料的重新分布和混合,量子点的结构性质可以被修改.文献[17]研究了双层覆盖方法在InP(001)衬底上生长的自组织InAs量子点的界面性质.文献[42]研究了在InP (311)B衬底上用MBE生长的自组织InAs/InP 量子点的双层覆盖过程,发现第一个覆盖层的厚度对于最终结果有着主要影响.如果是用与衬底同样的材料来掩埋或嵌入,这种方式则称为过生长.文献[43]研究了用3种覆盖方法在In0.33Ga0.67As层上过生长的InAs量子点的应变驰豫外观.用同一种材料、通过不同类型的掺杂来调制其能带结构可以形成量子点.文献[18]介绍了用LP-MOCVD生长的InGaAs/GaAs量子点多层调制掺杂结构.文献[44～46]介绍了一种在调制掺杂Al-GaAs/GaAs二维沟道中实现光致载流子横向输运的QDIP结构.文献[47]研究了器件性能与调制掺杂QDIP结构参数之间的关系.文献[48]研究了调2 光 电 技 术 应 用 第23卷制掺杂的强垂直耦合InAs/GaAs量子点,观察到了双色吸收的极化依赖性.文献[49]报道了一种δ掺杂的QDIP.文献[50]报道了一种光子晶体QDIP的设计与制备.通过引入共振微腔,使光电流、转换效率和探测率提高了一个数量级.2 量子点的测试技术测试技术是QDIP研制的一个重要环节.研究量子点尺寸和形状的常用测试工具有原子力显微镜(AFM)、扫描隧道显微镜(STM)和透射电子显微镜(TEM)等.文献[51]利用TEM得到的组分曲线,用有效质量近似方法计算了基于GaAs结构的圆柱形量子点的能级.文献[13]利用具有原位加热试验功能的透射电子显微镜(TEM),研究了用ALE和M BE生长的自组织InAs/GaAs量子点的热稳定性.测试结果表明,直到580℃,ALE和MBE量子点均保持稳定,但高于600℃后,由于量子点中In和As的扩散与蒸发,量子点开始崩溃.文献[17]用S TM研究了MOCVD生长的自组织InAs/InP(001)量子点的界面性质.文献[52]报道用STM观察M BE生长的自组织InAs/GaAs (100)量子点,证实了量子点尺寸的双模分布.文献[53]报道在InAs/InGaAsP/InP结构中,将一个极薄(～1.5M L)的GaAs中间层插入量子点层下方,用STM观察量子点的结构性质的变化情况,发现当GaAs厚度增加到大于1M L时,可以形成几乎是纯的InAs量子点.AFM可以分析量子点的形状[40]、密度[54]、横截面大小[55]以及量子点结构生长过程的优化[56]等.文献[55]介绍了使用AFM对自组织InAs量子点做截面快速分析的方法.光致发光(Pho toluminescence,PL)技术也是QDIP研究中的常用测试方法之一.文献[57]报道在自组织InAs/GaAs(100)量子点的PL谱中观察到显著的双峰特征,PL发射峰值与不同尺寸岛状结构的基态发射有关.文献[40]将PL测量用于寻找使量子点基态跃迁能量接近匹配的生长条件.文献[33]报道了生长温度和单层覆盖对于InAs量子点PL光谱宽度的影响,指出PL光谱宽度强烈依赖于生长温度和单层覆盖.经过适当调节,获得了136nm宽的PL光谱宽度,据称这样的光谱宽度没有任何一种能带工程的方法可以得到.文献[22,58, 59]报道了量子点PL谱中的蓝移和红移现象.深能级瞬态谱(DLTS)技术是量子点中使用较多的一种能级测试方法.文献[60]利用DLTS研究了InAs/GaAs结构中InAs量子点能级.文献[61]将DLTS信号与温度、偏置电压等量构成一个参数空间,将InAs/GaAs量子点实验数据与同样数据空间中的理论计算结果进行了比较,从而确定由载流子隧穿和热发射以及两者的混合效应所主导的不同区域.文献[62]用DLTS研究了InAs/GaAs量子点的电子隧穿.文献[60]利用IV和CV测量技术研究了InAs/GaAs结构中InAs量子点的电学性质.文献[27]指出,根据以往QWIP的研发经验,研发高性能QDIP的一个关键点是降低载流子的捕获概率.文献[63]研究了InAs/GaAs自组织量子点中载流子的逃逸机制.3 Q DIP的计算问题QDIP计算问题的核心是求解三维薛定谔方程,一般要用近似方法做数值计算.文献[51]用有效质量近似方法计算了圆柱形量子点的能级.文献[27]指出,有效质量近似方法的计算结果会有较大误差,如果不需要精确的能量预测,三维单能带有效质量模型经常是一种较好的折衷.否则,还需要对量子点完成4、6或8能带的k.p计算.文献[64]计算了In x Ga1-x As/GaAs和InAs/ Al x Ga1-x As体系中,从束缚态跃迁到第一和第二受激态的峰值波长和谐振子强度.文献[65]利用量子点中电子受限的解析模型,计算了电子准束缚态的隧穿率.文献[66]使用多带紧束缚方法研究了自组织量子点中的子能带间跃迁.文献[67]基于系综蒙特卡罗粒子方法,提出了一种简化的准三维模型用于处理QDIP中非平衡态下的电子输运问题,计算了InAs/GaAs和InGaAs/ GaAs QDIP中的电场及空间电荷分布.文献[68]用蒙特卡罗方法仿真QDIP的器件性能.计算结果表明,为了使信噪比最大,在QDIP器件结构中,如果将量子点设计为只有一个受限状态,那么掺杂浓度应大约为每个量子点有2个左右的电子.此外, InAs/GaAs QDIP的光导增益和雪崩增益也可以用蒙特卡罗方法仿真计算[27].3第3期 王忆锋:量子点红外光子探测器的研究进展 4 多色QDIPQDIP的特点之一是其光谱响应峰值与量子点尺寸相对应.量子点尺寸可以通过控制其组分来调节.文献[2]指出,由于被吸附的Al原子在生长表面具有较小的迁移率,使得InAlAs量子点具有比InAs量子点较小的尺寸.文献[69]指出,与GaAs表面相比,具有较高Al浓度的Al x Ga1-x As表面所生成的InAs量子点也较小.通过改变量子点的尺寸, QDIP可以产生几个响应峰值波长,据此可以制成多色红外探测器.文献[70]报道用在中等温度下生长的InAs/GaAs量子点制作了三色QDIP.文献[2]介绍了一种由20个周期的InAs量子点构成的双层QDIP,其中,在尺寸较小的量子点层上生长了一个尺寸较大的量子点层,同时2个量子点层之间用一个GaAs薄层隔开.这种设计的优点是探测器具有多色响应,在140K观察到3个峰值响应分别出现在5.5、8和24μm处.文献[71]介绍了一种用于8～12μm大气窗口的双层多色QDIP.顶层使用8周期的In0.5Ga0.5As/ GaAs量子点,第2层为8周期InAs/GaAs量子点,隔层为500GaAs.对于顶层,40K、λp=8.4μm 时的BLIP探测率D＊BLIP=4.52×109cm·Hz1/2/W;对于底层,40K、λp=10.6μm的D＊BLIP=2.06×109 cm1Hz1/2/W.文献[25]提出了一种p型Ge QDIP,通过控制偏置电压来调节隧穿概率,进而调节响应率谱.零偏压下,30K的响应率谱显示了2～9μm的较宽范围,并且具有光伏效应.随着所加偏压的增大,这一范围可以扩展到20μm.文献[2,72]介绍了一种可以工作在室温的隧穿QDIP设计方案,双色响应波长分别为6μm和17μm.5 Q DIP器件结构QDIP器件结构大体上可以分为2类,一类是垂直或纵向QDIP[73,74],另一类是横向QDIP.横向结构具有暗电流较低的特点,但与标准读出电路的兼容性较低,与焦平面组件集成的难度较大[27].如果再细分,还有“点中点”(dot-in-dot,DiD)[75]、“阱中点”(dots-in-a-well,DWELL)[5,6,12,19,76,77]等结构.DWELL是量子阱与量子点融合的产物,这种混合结构可以通过控制量子点和/或量子阱的尺寸控制和调节波长.文献[19]报道了用LP-MOCVD生长的2种DWELL QDIP,其光谱响应在3～5μm之间.文献[5]利用M BE生长的多层InAs/InGaAs/ GaAs长波红外DWELL结构,制作了640×512 QDIP FPA器件,60K时的NETD为40mK.文献[6]报道使用飞秒显微镜,在InAs/InGaAs DWELL 结构中观察到了较长的载流子寿命,表明具有可在较高温度下工作的潜力.文献[78]指出,非对称设计的DWELL探测器具有依赖于偏压的光谱响应,这一性质适于多光谱成像.文献[79]报道了基于偏压可调的InAs/In-GaAs/GaAs DWELL结构的双色320×256FPA, 78K温度下,5.5μm和8～10μm时的D＊分别为7.1×1010cmHz1/2/W和2.6×1010cmHz1/2/W. 320×256阵列芯片与Indigo9705读出电路集成,实现了80K温度下的热成像.6 降低Q DIP暗电流的方法QDIP如像一般的有源器件那样在注入极和有源区之间没有阻挡层(势垒),就会出现较大的暗电流[27].引入阻挡层是降低暗电流的一种常见方法[26,80-83].但是,任何旨在降低暗电流的设计同时也将使光电流降低.在文献[15]介绍的3层In-GaAs/GaAs QDIP结构中,为了降低暗电流,不仅引入了AlGaAs阻挡层,还引入高Si掺杂.同时,文献[84]指出对于具有较高工作温度的高性能QDIP来说,掺杂有某种限度,并不是越多越好.文献[85]报道,用热处理和氢等离子处理对In0.5Ga0.5As进行改性后,QDIP的工作温度可以从50K提高到130K.文献[2]指出,对于QDIP来说,在150K以上的温度,受激态主导电子占据分布.因此,对于常规QDIP来说,谈论在高于150K的温度下降低暗电流并没有多少意义.QDIP的一个特点是,因为光生载流子回到量子点的概率相对较小,可使载流子寿命较长,相应地使光导增益较高.文献[86]介绍的长波红外InAs/ InGaAs QDIP,当工作温度为170K时,光导增益> 144.文献[87]报道了有源区任意掺杂的InAs QDIP 的光导增益.在77K时,在0.7V的偏压下观察到光导增益为750.文献[46]报道,利用光致电离4 光 电 技 术 应 用 第23卷(photoionization)作用以及在调制掺杂AlGaAs/ GaAs二维沟道中的高迁移率,使自组织InAs QDIP 结构获得了高达105～106数量级的光导增益.文献[88]提出了一种QDIP结构设计方案,其中通过在量子点内掺杂构造库仑势垒,增加光电子捕获时间及光导增益,提高响应率、探测率和器件工作温度.文献[89]通过对电流增益的测试研究,分析了InAs/GaAs QDIP响应率的温度依赖性.发现100K 的温度变化,可使电流增益约有2个数量级的变化,量子效率有10倍之内的变化.7 结 束 语半导体材料红外探测器的研究一直受到广泛关注.以II I-V族材料为主体的QDIP基于成熟的GaAs技术,可以精确地控制组分和均匀性,不易受到困扰M CT探测器的界面不稳定性或刻蚀凹陷和缺陷密度等因素的影响,但是性能较低.而目前主流的MCT红外探测器,尽管在均匀性、制备技术难度等方面有所缺憾,但是性能优异.短期内用QDIP直接替代MCT探测器技术似乎还不太可能.从理论上说,QDIP在灵敏度和工作温度等方面比传统QWIP更有优势,可以期待QDIP继承QW IP研发过程中形成的相关技术,特别是专用读出电路方面的成果和经验.预测认为2010年以后QDIP可以进入批量生产.目前QDIP总体上还处于基础研究阶段.提高量子点尺寸的均匀性、精确控制量子点成分、形状、位置是制备高质量QDIP所面临的挑战.QDIP融合多种学科于一体,其发展离不开高强度的投资. QDIP无论是材料、器件或整机应用,都需要将理论分析、实验研究和系统设计有机地紧密结合起来.参考文献[1] 张冠杰,舒永春,姚江宏,等.量子点红外探测器的特性与研究进展[J].物理,2005(9):.[2] Ariy awansa G,Pereraa A G U,Su X H,et al.M ulti-colortunneling quantum do t infrared photode tecto rs operatingat room temperature[J].I nfrared Physics&Technology,2007,50:156-161.[3] T sao S,Lim H,Zhang W,et al.Hig h operating temper-ature320×256middle-w avelength infrared focal planearray imaging based on an InAs/I nGaAs/InAlAs/InPquantum dot infrared photodetecto r[J],A pplied Phy sicsLetters,2007,90(20):1109.[4] Lim H,T sao S,T aguchi M,et al.Q uantum Dots inG aInP/GaInAs/GaAs for Infrared Sensing[J].Advancesin Science and T echno logy,2006,51:201-208. 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硅基锗薄膜的红外吸收谱和电学特性
硅基锗薄膜的红外吸收谱和电学特性温淑敏;赵春旺;王细军;李继军;侯清玉【摘要】为了解退火对硅基锗薄膜的质量、红外吸收、透射率和电学性质的影响,采用分子束外延方法用两步法在硅基上生长锗薄膜.将生长后的样品分成两部分,其中一部分进行了退火处理.对退火前后的样品用高分辨X射线双晶衍射仪测量了(400)晶面的X射线双晶衍射摇摆曲线,用傅里叶红外光谱仪测量了红外透射率和吸收谱,并用霍尔效应仪测量了退火前后样品的载流子浓度、迁移率、电阻率、电导率和霍尔系数.结果表明,退火后的薄膜质量明显提高.退火后大部分区域吸收增大,透射率明显减小,615～3 730 cm-1区间的透射率均比退火前降低了20％以上.退火后的体载流子浓度增大到退火前的23.26倍,迁移率增大到退火前的27.82倍.【期刊名称】《发光学报》【年(卷),期】2016(037)010【总页数】5页(P1177-1181)【关键词】硅基锗薄膜;红外吸收谱;载流子浓度;迁移率;电导率【作者】温淑敏;赵春旺;王细军;李继军;侯清玉【作者单位】内蒙古工业大学理学院,内蒙古呼和浩特010051;内蒙古工业大学理学院,内蒙古呼和浩特010051;上海海事大学文理学院,上海201306;乌兰察布广播电视台,内蒙古集宁012000;内蒙古工业大学理学院,内蒙古呼和浩特010051;内蒙古工业大学理学院,内蒙古呼和浩特010051【正文语种】中文【中图分类】O722;O484.4锗具有优异的物理、化学特性,是制造红外探测器、光导纤维、高速微电子器件、集成电路和热电设备的首选材料之一。
电阻率均匀的锗单晶材料在1～3 μm、3～5 μm、8～12 μm的红外波段对光有较高的透过率，可用作红外光学器件和棱镜[1]。
此外，半导体锗在常规光通信波段1.3～1.6 μm处的吸收特性优异，使其在光通信器件方面具有一定优势[2]。
锗的载流子迁移率大,利用锗材料的高载流子迁移率可获得更好的电学性能。
纳米沟道制作方法的研究及应用
纳米沟道制作方法的研究及应用***（大连理工大学机械工程学院辽宁大连 116024）摘要：由于纳米材料的新颖特性和纳米器件潜在的优越性能，使纳米制造技术赢得了广泛的关注。
纳米沟道是生物医学技术、纳米流体、纳米光学的应用和理论研究的重要载体之一。
而且纳米沟道的制作方法始终是微制造技术中的重点和难点。
本文将分别在纳流控芯片的基础之上，提出一种基于等离子体刻蚀的聚合物平面纳米沟道制作方法，在聚合物上纳米沟道的一般制作方法，和一种新颖的基于离子束刻蚀的纳米沟道制备技术。
并简要介绍了纳米沟道的应用方面。
关键词：纳米沟道微控流芯片聚合物等离子体离子束刻蚀Research on the Production Methods and Application ofNanochannelsW ANG Wei(School of Mechanical Engineering, Dalian University of Technology, Dalian, 116024)Abstract: As a result of the novel properties of nano materials and the potential superior performance of nano device, nano manufacturing technology have come more and more popular. Nanochannels are one of important carrier in biomedical technology, nano fluid, the application and theory of nano optical. The production methods of nanochannels have been the keys and difficults in microfabrication technology. This paper mainly introduces three methods: a fabrication method of polymer planar nanochannels based on plasma etching,general methods on polymer;novel fabrication technique for nanogroove using ion beam etching.It is also briefly introduces the application aspects of nanochannels.Key Words：Nanochannels Microfluidic chip Polymer Plasma Lon beam etching0 前言纳米技术，也称毫微技术，是研究结构尺寸在0.1至100nm范围内材料的性质和应用的一种技术。