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基于量子限制的受主带间跃迁太赫兹探测器的制备与测量

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发光学报 2014年第8期35卷 986-991页

作者：翟剑波黄海北李素梅丛伟艳郑卫民山东大学(威海)空间科学与物理学院山东威海264209 山东大学(威海)机电与信息工程学院山东威海264209

使用分子束外延生长设备,在GaAs(100)衬底上生长了量子阱宽度为3 nm的GaAs/AlAs多量子阱样品,并在量子阱层中央进行了Be受主的δ-掺杂。根据量子限制受主从束缚态到非束缚态之间的跃迁,设计并制备了δ-掺杂Be受主GaAs/AlAs多量子阱太赫... 详细信息

使用分子束外延生长设备,在GaAs(100)衬底上生长了量子阱宽度为3 nm的GaAs/AlAs多量子阱样品,并在量子阱层中央进行了Be受主的δ-掺杂。根据量子限制受主从束缚态到非束缚态之间的跃迁,设计并制备了δ-掺杂Be受主GaAs/AlAs多量子阱太赫兹光探测器原型器件。在4.2 K温度下,分别对器件进行了太赫兹光电流谱和暗电流-电压曲线的测量。在6 V直流偏压下,空穴载流子沿量子阱层方向输运。当正入射激光频率为6.8 THz时,器件响应率为2×10-4V/W(2μA/W)。通过器件的暗电流-电压曲线计算了器件全散粒噪声电流,在4.2 K、6 V直流偏压下,全散粒噪声电流为5.03 fA·Hz-1/2。

关键词：太赫兹探测器响应率 δ-掺杂量子阱量子限制受主

掺杂在GaAs材料中Be受主能级之间的跃迁

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物理学报 2019年第18期68卷 256-261页

作者：郑卫民黄海北李素梅丛伟艳王爱芳李斌宋迎新山东大学(威海空间科学与物理学院威海264209 山东大学化学与化学工程学院济南250100 山东大学(威海信息工程学院威海264209 中国科学院上海技术物理研究所上海200083 济南市半导体元件实验所济南250014

通过远红外吸收谱、光致发光光谱和拉曼散射光谱,对均匀掺杂在GaAs材料中Be受主能级之间的跃迁进行了研究.实验中使用的GaAs:Be样品是通过分子束外延设备,生长在半绝缘(100) GaAs衬底之上的外延单层.在4.2 K温度下,对样品分别进行了远... 详细信息

通过远红外吸收谱、光致发光光谱和拉曼散射光谱,对均匀掺杂在GaAs材料中Be受主能级之间的跃迁进行了研究.实验中使用的GaAs:Be样品是通过分子束外延设备,生长在半绝缘(100) GaAs衬底之上的外延单层.在4.2 K温度下,对样品分别进行了远红外吸收光谱、光致发光光谱、Raman光谱的实验测量.在远红外吸收光谱中,清楚地观察到了从Be受主1S3/2Γ8基态到它的三个激发态2P3/2Γ8, 2P5/2Γ8和2P5/2Γ7之间的奇宇称跃迁吸收峰.跃迁能量与先前文献中报道的符合得很好.从光致发光光谱中,观察到了Be受主从1S3/2Γ8基态到2S3/2Γ8激发态的两空穴跃迁的发光峰,从而间接地找到了两能级之间的跃迁能量.在Raman光谱中,清楚地分辨出来了Be受主从1S3/2Γ8基态到2S3/2Γ8激发态偶宇称跃迁的拉曼散射峰,直接得到了两能级间的跃迁能量.对比发现,分别直接和间接得到的1S3/2Γ8基态到2S3/2Γ8激发态跃迁能量结果是一致的.

关键词：远红外吸收谱 Raman光谱光致发光光谱 Be受主能态结构

Raman spectrum study of δ-doped GaAs/AlAs multiple-quantum wells

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Chinese Physics B 2018年第1期27卷 514-519页

作者：郑卫民丛伟艳李素梅王爱芳李斌黄海北 School of Space Science and Physics Shandong University (Weihai) School of Information Engineering Shandong University (Weihai) Shanghai Institute of Technical Physics Chinese Academy of Sciences School of Chemistry the University of Melbourne

Three samples of GaAs/A1As multiple-quantum wells with different quantum well widths and tS-doped with Be ac- ceptors at the well center were grown on （100） GaAs substrates by molecular beam epitaxy. Polarized Raman spectra were recorded on the three samples at temperatures in a range of 4-50 K in a backscattering configuration. The two branches of coupled modes due to the interaction of the hole intersubband transitions and the quantum-well longitudinal optical （LO） phonon were observed clearly. The evaluation formalism of the Green function was employed and each lineshape of the Raman spectrum of the coupled modes was simulated. The dependence of the peak position of Raman shifts of the two coupled modes as well as the quantum-well LO phonon on the quantum-well size and measured temperature were given, and the coupling interaction mechanism between the hole subband transitions and the quantum-well LO phonon was researched.

关键词： coupled mode Raman spectrum δ-doped GaAs/A1As multiple quantum wells

Excitonic transitions in Be-doped GaAs/AlAs multiple quantum well

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Chinese Physics B 2016年第4期25卷 330-334页

作者：郑卫民李素梅丛伟艳王爱芳李斌黄海北 School of Space Science and Physics Shandong University Weihai 264209 China School of Information Engineering. Shandong University Weihai 264209 China Shanghai Institute of Technical Physics Chinese Academy of Sciences Shanghai 200083 China school of Chemistry the University of Melbourne Victoria 3010 Australia

A series of GaAs/A1As multiple-quantum wells doped with Be is grown by molecular beam epitaxy. The photolu- minescence spectra are measured at 4, 20, 40, 80, 120, and 200 K, respectively. The recombination transition emission of heavy-hole and light-hole free excitons is clearly observed and the transition energies are measured with different quantum well widths. In addition, a theoretical model of excitonic states in the quantum wells is used, in which the symmetry of the component of the exciton wave function representing the relative motion is allowed to vary between the two- and three- dimensional limits. Then, within the effective mass and envelope function approximation, the recombination transition energies of the heavy- and light-hole excitons in GaAs/A1As multiple-quantum wells are calculated each as a function of quantum well width by the shooting method and variational principle with two variational parameters. The results show that the excitons are neither 2D nor 3D like, but are in between in character and that the theoretical calculation is in good agreement with the experimental results.

关键词： GaAs/GaA1As mulitiple quantum wells heavy- and light-hole excitons photoluminescence spec-tra variational calculation

δ掺杂Be受主GaAs/AlAs多量子阱的拉曼光谱

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红外与毫米波学报 2014年第3期33卷 278-282页

作者：黄海北郑卫民丛伟艳孟祥艳翟剑波山东大学(威海)空间科学与物理学院山东威海264209

通过显微拉曼(Raman)光谱仪,对一系列δ掺杂GaAs/AlAs量子阱中浅受主铍(Be)原子能级间跃迁进行了研究.实验样品是利用分子束外延技术生长在GaAs衬底(100)面上的GaAs/AlAs多量子阱,阱宽范围从30到200 A,并在阱中央进行了受主Be原子的δ掺... 详细信息

通过显微拉曼(Raman)光谱仪,对一系列δ掺杂GaAs/AlAs量子阱中浅受主铍(Be)原子能级间跃迁进行了研究.实验样品是利用分子束外延技术生长在GaAs衬底(100)面上的GaAs/AlAs多量子阱,阱宽范围从30到200 A,并在阱中央进行了受主Be原子的δ掺杂.在4.2 K液氦温度下,对样品进行了Raman光谱测量,并与光致发光(PL)光谱进行了对比,清楚地观测到了受主原子从基态能级1S_(3/2)(Γ_6)到第一激发态能级2S_(3/2)(Γ_6)之间的跃迁.根据量子力学中的变分原理和打靶法算法,计算了量子阱中类氢受主Be原子1 s到2 s能级间跃迁能量,并和实验结果进行了比较.计算结果表明,受主1 s到2 s能级间跃迁的能量随量子阱宽度减小而单调增加,并且与实验结果符合较好.

关键词：拉曼光谱多量子阱打靶法受主能级

δ-掺杂Be受主GaAs/AlAs多量子阱的空穴共振隧穿（英文）

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发光学报 2019年第11期40卷 1373-1379页

作者：郑卫民黄海北李素梅丛伟艳王爱芳李斌宋迎新山东大学(威海)空间科学与物理学院山东威海264209 山东大学化学与化学工程学院山东济南250100 山东大学(威海)机电与信息工程学院山东威海264209 中国科学院上海技术物理研究所上海200083 济南市半导体元件实验所山东济南250014

三个具有不同量子阱宽度的GaAs/AlAs多量子阱结构样品通过分子束外延生长设备生长在半绝缘的(100)p-型GaAs衬底上,并且在量子阱层结构的生长过程中,在GaAs阱层中央进行了Be受主的δ-掺杂。基于这3个结构样品,通过光刻技术和半导体加工... 详细信息

三个具有不同量子阱宽度的GaAs/AlAs多量子阱结构样品通过分子束外延生长设备生长在半绝缘的(100)p-型GaAs衬底上,并且在量子阱层结构的生长过程中,在GaAs阱层中央进行了Be受主的δ-掺杂。基于这3个结构样品,通过光刻技术和半导体加工工艺制备了相应的两端器件。在4~200 K的温度范围内,我们分别测量了器件的电流-电压特征曲线,清楚地观察到了重、轻空穴通过δ-掺杂Be受主GaAs/AlAs多量子阱结构的共振隧穿现象。发现随着GaAs量子阱层宽的逐渐减小,轻空穴的共振隧穿峰向着高电压方向移动,这个结果和通过AlAs/GaAs/AlAs双势垒结构模型计算的结果是一致的。然而,随着测量温度的进一步升高,两个轻空穴共振峰都朝着低电压的方向移动,并且在150 K温度下,其中一个共振遂穿峰表现为一种振动模式。

关键词：共振隧穿重空穴和轻空穴 GaAs/AlAs多量子阱电流-电压特征 δ-掺杂

δ-掺杂受主的扩散对GaAs/AlAs量子阱子带的影响（英文）

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发光学报 2019年第10期40卷 1240-1246页

作者：郑卫民黄海北李素梅丛伟艳王爱芳李斌宋迎新山东大学(威海)空间科学与物理学院山东威海264209 墨尔本大学化学院澳大利亚维多利亚3010 山东大学(威海)信息工程学院山东威海264209 中国科学院上海技术物理研究所上海200083 济南市半导体元件实验所山东济南250014

在15 nm GaAs/5 nm AlAs单量子阱的GaAs阱层中间,分别进行不同浓度剂量的铍受主的δ-掺杂。铍受主在量子阱层中的扩散浓度分布,由扩散方程数值解出。高温下扩散在GaAs阱层中的Be受主将发生电离,成为带负电荷的受主离子,同时也向量子阱... 详细信息

在15 nm GaAs/5 nm AlAs单量子阱的GaAs阱层中间,分别进行不同浓度剂量的铍受主的δ-掺杂。铍受主在量子阱层中的扩散浓度分布,由扩散方程数值解出。高温下扩散在GaAs阱层中的Be受主将发生电离,成为带负电荷的受主离子,同时也向量子阱价带的子带中引入空穴。带负电荷的扩散受主离子和价带子带中的空穴,它们都是带电粒子在GaAs阱层中按库伦定律激发电场。相比较而言,对于无掺杂同结构量子阱,在空穴的薛定谔中增加了一个额外的微扰势,从而使无掺杂的量子阱价带的子带有所改变。在有效质量和包络函数近似下,通过循环迭代方法,数值求解了既满足薛定谔方程又满足泊松方程的空穴波函数,找出了自洽、收敛的空穴子带的能量本征值。计算发现考虑到这种额外微扰势,重空穴基态子带hh的能量有一个电子伏特变化,并且随着掺杂受主剂量的增加,重空穴基态子带hh向着价带顶红移,计算结果与实验测量符合得很好。

关键词：掺杂剂量 δ-掺杂 GaAs/AlAs量子阱受主的扩散分布

双城系统的聚集外部性、拥堵外部性和最优收费

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交通运输系统工程与信息 2024年第1期24卷 46-54页

作者：苗婷婷黄海军北京航空航天大学经济管理学院北京100191

聚集外部性有利于提高双城系统的经济发展,但同时也会产生城际通勤拥堵外部性,为缓解城际通勤交通拥堵,可以利用最优收费调节交通供需关系。本文研究了城际通勤最优收费水平随交通拥堵外部性和聚集外部性的变化规律,建立双城系统的空间... 详细信息

聚集外部性有利于提高双城系统的经济发展,但同时也会产生城际通勤拥堵外部性,为缓解城际通勤交通拥堵,可以利用最优收费调节交通供需关系。本文研究了城际通勤最优收费水平随交通拥堵外部性和聚集外部性的变化规律,建立双城系统的空间均衡模型和社会最优模型,分析居民的职住分布,得到城际通勤最优收费水平。结果表明,因为聚集外部性的存在,城际通勤最优收费水平可能大大低于交通拥堵外部性成本;当聚集外部性固定时,城际通勤最优收费水平随交通拥堵外部性的增大而增大;当交通拥堵外部性固定时,随着聚集外部性的增大,城际通勤最优收费水平先增大后减少;当聚集外部性和交通拥堵外部性同时变化时,随着聚集外部性的增大,交通拥堵外部性的减少,城际通勤最优收费小于零,此时,城际通勤时可以得到补贴。

关键词：交通运输经济最优收费社会最优双城系统交通拥堵外部性聚集外部性

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微纳挠曲电结构力电耦合响应的数值模拟方法

华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第1期52卷 147-156页

作者：黄怀纬黄海博华南理工大学土木与交通学院广东广州510640

微纳米尺度下挠曲电效应相对于传统压电效应具有较高的机电耦合转换效率,其在传感、致动和俘能领域极具应用前景。然而目前多数商用有限元软件未包含挠曲电本构模型,无法对挠曲电结构进行有效的数值模拟。本研究基于Abaqus用户自定义单... 详细信息

微纳米尺度下挠曲电效应相对于传统压电效应具有较高的机电耦合转换效率,其在传感、致动和俘能领域极具应用前景。然而目前多数商用有限元软件未包含挠曲电本构模型,无法对挠曲电结构进行有效的数值模拟。本研究基于Abaqus用户自定义单元(UEL)子程序进行二次开发,将挠曲电效应内化到计算模型。首先,结合配点混合有限元法(CMFEM),推导了挠曲电结构的力电耦合方程,并在Abaqus中开发了挠曲电单元,提供了挠曲电结构响应分析的数值模拟技术。与传统的混合有限元法(MFEM)相比,该方法的优点是易于建模,降低了计算自由度,提高了计算效率,节省了运算成本,并且挠度与电场强度指标都比其他方法更接近解析解。然后,通过上述数值模拟方法,建立了挠曲电结构响应分析数值模型,开展了矩形梁及弧形梁在不同边界条件下的力电耦合响应计算与分析。分析结果展示了梁的几何参数影响结构应变梯度|η113|的作用机制,表明在使用同一材料设计挠曲电梁时,可通过控制变形梯度来控制输出电压的大小。研究表明,改变梁的弯曲程度,可有效提高梁输出的开路电压,减小梁的挠度。相同程度弯曲下,弧形悬臂梁向下弯曲的开路电压大于弧形悬臂梁向上弯曲的开路电压。当向上弯曲弧形梁的圆心角为38°,左边缘为滑动支座,右边缘为铰链支座时,开路电压最大,可达214.07 mV,比悬臂矩形梁增加5倍。此外,相同模型若仅考虑压电效应,开路电压将下降89.3%。

关键词：挠曲电效应弧形梁二次开发有限元仿真