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发光学报 2016年第8期37卷 967-972页

作者：黄华茂黄江柱胡晓龙王洪华南理工大学广东省光电工程技术研究开发中心物理与光电学院广东广州510640 广州现代产业技术研究院广东广州511458

纳米柱结构是释放高In组分InGaN/GaN绿光LED量子阱层应变的有效方法。本文采用自组装的聚苯乙烯微球掩模、感应耦合等离子体干法刻蚀和KOH溶液的湿法腐蚀,在GaN基绿光LED外延片上制备了3种高度的纳米柱结构,通过扫描电子显微镜观察纳米... 详细信息

纳米柱结构是释放高In组分InGaN/GaN绿光LED量子阱层应变的有效方法。本文采用自组装的聚苯乙烯微球掩模、感应耦合等离子体干法刻蚀和KOH溶液的湿法腐蚀,在GaN基绿光LED外延片上制备了3种高度的纳米柱结构,通过扫描电子显微镜观察纳米柱结构的形貌,并测试了常温和10 K低温时的光致发光谱(PL)。结果表明:应变释放对压电场的影响显著,使得纳米柱结构样品的内量子效率(IQE)提高,PL谱峰值波长蓝移;应变在量子阱中的不均匀分布还使得PL谱半高全宽(FWHM)展宽。与普通平面结构相比,高度为747 nm的纳米柱结构可使得IQE提升917%,PL谱峰值波长蓝移18 nm、FWHM展宽7 nm。另外,纳米柱结构样品的有源区有效面积减小可使得PL谱FWHM减小。

关键词： GaN基LED 绿光LED 纳米柱结构光致发光谱

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基于三维尺寸可变纳米柱超表面结构的反常偏折及偏振双聚焦超透镜研究

基于三维尺寸可变纳米柱超表面结构的反常偏折及偏振双聚焦超透镜...

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作者：杨惠荣苏州大学

学位级别：硕士

面对现代科学技术下集成化和小型化的发展趋势,科学家正在努力探索一种更为有效的电磁波调控方式。近年来,一种厚度小于波长的人工微纳结构超表面应运而生。通过改变亚波长量级微小单元的形状、大小和材料等,超表面可以实现对入射电磁... 详细信息

面对现代科学技术下集成化和小型化的发展趋势,科学家正在努力探索一种更为有效的电磁波调控方式。近年来,一种厚度小于波长的人工微纳结构超表面应运而生。通过改变亚波长量级微小单元的形状、大小和材料等,超表面可以实现对入射电磁波的波前相位、振幅、偏振的控制进而灵活设计不同类型的功能器件。然而通常超表面结构中的金属或介质组成的微纳结构的加工制备工艺流程复杂,也限制了器件设计的自由度。近年来,基于双光子吸收工艺的三维激光直写的超表面技术得到了快速的发展,可以制备形状复杂且在横向、纵向均可以自由调控的微纳米结构,突破了目前大多数理论设计和制备中通常固定结构的纵向(高度)尺寸、仅对结构的横向尺寸进行大小调控的局限。本论文中,我们研究了基于长宽高三维尺寸均可变化的三维纳米柱超表面结构的光场调控特性,设计了反常光束偏折超表面和偏振双聚焦超透镜,并进行了实验制备和性能测试验证。论文的主要工作和结果如下:(1)提出和实验验证了一种基于金属-介质-金属三维尺寸可变的亚波长纳米柱超表面结构实现不同相位梯度下不同角度的反常反射。理论研究表明,玻璃基底上不同长、宽、高的金属-介质-金属亚波长纳米柱可实现反射方向具有高振幅响应和完整的2π相位延迟调控。研究和设计了工作波长1550nm下分别包含有4、8、16个不同尺寸纳米柱微结构组成的超晶胞单元的具有π/2,π/4或π/8三种相位梯度的反常反射器件。在线偏振正入射平面光下,数值模拟三种结构的反常反射角分别为23.97°,12.21°和5.87°,反常反射率达到83%,与广义斯涅尔理论吻合。同时模拟仿真了相位梯度为π/4的超表面结构对斜入射线偏振光的负折射和全反射现象,数值结果均与解析结果完全吻合。实验研究了双光子激光直写进行三维尺寸可变超表面的制备技术。运用三维激光直写技术在厚度为170 μm的硼硅酸盐玻璃基片上曝光制备了 π/2相位梯度的纳米柱超表面阵列。通过红外偏振探测测得反常反射角度为24°,与设计值基本吻合,验证了设计方法的正确性和实验制备的有效性。(2)提出了并实验验证了一种基于三维尺寸可变的亚波长纳米柱结构的反射式偏振双聚焦超透镜。FDTD理论研究表明,通过改变纳米柱结构单元的三维尺寸可实现对两个正交线偏振态的不同的位相激发。基于这一特性,提出了利用同一套微纳结构实现对两个正交线偏振光在不同方向聚焦的思想,通过对超表面内相位排布的设计,实现了偏振双聚焦功能。该结构在1550 nm通信波长对两个正交线偏振均具有80%的高反射率,仿真模拟获得的焦距和离轴角度(f=20.7 μm,θ=14°)与设计焦距和离轴角度(f=20μm,θ=14°)高度吻合,光斑大小接近衍射极限计算理论值,并且通过调整入射光的偏振角度可灵活调控光斑聚焦强度,该偏振双聚焦功能器件在光通讯中具有重要的应用。(3)实验制备并验证了偏振双聚焦超透镜的性能。采用双光子三维激光直写方式和热蒸镀技术制备了双聚焦Au-PMMA-Au纳米柱超透镜,实际样品加工结果与理论设计的阵列形貌一致。实验搭建了聚焦检测光路,CCD测得的两个正交线偏振光的聚焦光斑与理论模拟完全一致,同时完整测试了两个正交线偏振光360°偏振方位角范围内的72组聚焦强弱光斑,归一化光强与余弦理论曲线趋势一致,验证了器件的双聚焦性能。本论文基于三维尺寸可变的亚波长纳米柱超表面结构设计并实验验证了反常光束偏折超表面及偏振离轴双光束聚焦的超透镜。利用一套微纳结构对两个正交线偏振电磁波的不同的相位响应,实现单个超表面器件对两种偏振态的双聚焦功能,为光通讯波段功能器件的研究提供了新的思路。此外,超表面结构中除了改变面内微纳结构的尺寸,同时引入纵向高度尺寸可变的设计,进一步提高了超表面器件设计的灵活性和自由度。

关键词：可变三维尺寸纳米柱结构超表面反常偏折偏振双聚焦超透镜

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硅纳米陷光结构的制备及反射率研究

硅纳米陷光结构的制备及反射率研究

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作者：姚琴华中科技大学

学位级别：硕士

当今社会日益加剧的能源需求和资源短缺使得人们急需开发利用新的清洁能源,太阳能电池作为一种可持续的能源利用方法越来越受到重视,其中晶体硅太阳能电池以其安全、高效等特点一直占领着全球光伏市场的主流地位。目前晶体硅太阳能电池... 详细信息

当今社会日益加剧的能源需求和资源短缺使得人们急需开发利用新的清洁能源,太阳能电池作为一种可持续的能源利用方法越来越受到重视,其中晶体硅太阳能电池以其安全、高效等特点一直占领着全球光伏市场的主流地位。目前晶体硅太阳能电池仍需要提高其光电转换效率,减少电池表面的反射损失是提高其效率的重要手段。在硅表面制备纳米陷光结构能够有效降低电池表面反射率,从而提高太阳能电池效率。本文采用一种时域有限差分法(Finite Difference Time Domain:FDTD)对不同的纳米柱结构进行模拟计算,分析了占空比、周期和高度对周期结构反射率的影响,对纳米结构的参数进行优化。同时对非严格周期排列的纳米柱结构也进行了模拟计算,并与周期性结构的反射率对比。在实验部分,选用阳极氧化铝薄膜作为掩模板,采用电子束蒸发制备纳米金属颗粒阵列,进一步采用电感耦合等离子刻蚀制备了不同周期、高度的纳米柱阵列结构。对金属纳米阵列和硅纳米柱阵列进行形貌表征,分析刻蚀时间对纳米柱尺寸的影响,对纳米柱结构的反射率进行了测量,并与模拟结果作对比。模拟结果表明周期性纳米柱结构在占空比为0.8,周期为300 nm-400 nm以及高度为200 nm时,表现出更好的陷光特性。非严格周期米柱结构与周期纳米柱结构的反射率曲线的波动性类似,在大角度入射下周期结构的平均反射率较低,但总体陷光效果差别不大。实验采用不同孔径的薄膜制备了高度不同的硅纳米柱阵列结构,随着刻蚀时间的增加,纳米柱直径逐渐下降,而纳米柱的高度基本呈线性增长。本文获得了平均反射率远远低于平面硅结构的硅纳米柱陷光结构,且反射率测量结果与模拟结果一致。

关键词：纳米柱结构周期结构反射率陷光

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石墨烯/磷化铟肖特基结近红外特性研究

石墨烯/磷化铟肖特基结近红外特性研究

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作者：张涛苏州大学

学位级别：硕士

本文针对石墨烯/磷化铟肖特基结光电探测器进行了研究。对纳米级氧化铝钝化的石墨烯/磷化铟肖特基结近红外探测器完成了器件的制备和测试,从能带角度分析了器件的电学特性和光电特性。并且对纳米柱结构的石墨烯/磷化铟肖特基结近红外探... 详细信息

本文针对石墨烯/磷化铟肖特基结光电探测器进行了研究。对纳米级氧化铝钝化的石墨烯/磷化铟肖特基结近红外探测器完成了器件的制备和测试,从能带角度分析了器件的电学特性和光电特性。并且对纳米柱结构的石墨烯/磷化铟肖特基结近红外探测器进行了 3D仿真,从表面微纳结构角度对优化器件性能进行了分析,为日后更高工艺水平下器件的制备提供了参考。首先从界面工程的角度,在石墨烯和磷化铟之间利用原子层沉积生长厚度为3nm的氧化铝钝化层。结果表明,带有3 nm氧化铝钝化层的探测器相比较无氧化铝层钝化层的探测器,反向饱和电流下降了 55.4%,肖特基势垒高度从0.88 eV增加到0.89 eV,理想因子从3.1优化到了 3.0。肖特基势垒的提高有利于光生载流子的分离,减少界面复合。在反偏电压为0.4V时,响应率达到了 5.2mA/W,探测率达到了2.66 × 1010cm Hz1/2W-1。最后仿真并研究了纳米柱结构的石墨烯/磷化铟近红外探测器,对探测器的I-V特性和在808nm近红外光的照射下探测器的光电特性进行了分析。仿真发现纳米柱结构可以提高探测器光电响应。当纳米柱高度固定为10μm时,随着纳米柱尺寸的减小,探测器响应率逐渐增大。当纳米柱尺寸固定为0.2μm×0.2μm时,对于纳米柱高度分别为1μm、2μm、5μm、10μm、20μm的探测器,当纳米柱高度为2μm时探测器响应率最大。通过仿真探测器的电场分布和光生载流子产生率发现,纳米柱结构可以增强耗尽区的电场和光生载流子产生率。

关键词：石墨烯近红外探测器肖特基势垒钝化层纳米柱结构

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