1 中国科学院重庆绿色智能技术研究院，重庆 400714
2 中国科学院大学重庆学院，重庆 400714
3 中国科学院大学，北京 100049
硫化铅探测器具有短波红外高灵敏度、低俄歇噪声等优点，其中化学水浴法合成的硫化铅薄膜可与 CMOS半导体工艺兼容，有利于实现低成本高性能的面阵探测器。然而，目前对化学水浴法合成硫化铅探测器的研究主要集中在较大尺寸的单元探测器。本文基于化学水浴法合成硫化铅薄膜，利用离子束刻蚀工艺，制备了 10～200.m尺寸的硫化铅光电探测器，研究了器件光电性能随电阻、长宽比、线宽等参数的变化。结果表明，随着尺寸的减小，硫化铅光电探测器的响应度逐渐增加，在 1550 nm短波红外光的照射下， 10.m级器件的响应度达到了 51.68A/W，约为 200.m级器件的 123倍，且在可见光和 2.7.m红外波长下也具有良好的宽波段光电响应。本文研究的微米尺寸探测器件可为硫化铅探测器研究提供一定的支撑。
化学水浴法 硫化铅 光电探测器 红外探测器 chemical bath deposition, lead sulfide, photodetec
1 重庆交通大学材料科学与工程学院, 重庆 400714
2 中国科学院重庆绿色智能技术研究院, 重庆 400714
3 南京大学电子科学与工程学院, 固体微结构物理国家重点实验室, 南京 210023
4 安徽大学物理科学与信息技术研究所, 混合材料结构与功能调控教育部重点实验室, 合肥 230601
二硫化钨(WS2)由于具有可调的带隙、强的光-物质相互作用、较高的载流子迁移率等性质, 在光电子器件领域具有较为广泛的应用。本文通过常压化学气相沉积(CVD)法, 以硫粉和过渡金属氧化物为前驱体, 在SiO2/Si上生长了枝晶WS2/单层WS2同质结。在衬底上将样品的形貌演化分为了4个区域: 叠加生长区(Ⅳ)、树枝状WS2生长区(Ⅲ)、六角状WS2生长区(Ⅱ)和无明显形貌区(Ⅰ)。采用光学显微镜、原子力显微镜、拉曼光谱、光致发光光谱、透射电子显微镜、扫描电子显微镜等测试手段系统比较了所制备枝晶WS2/单层WS2在衬底上数量、形貌、结构和性质的不同。研究发现枝晶WS2形貌的不同影响了实际缺陷浓度, 从而影响了拉曼特征峰位置。利用原子吸附模型和S、W蒸气比的变化解释了形貌演化的生长机理。此外, 基于枝晶WS2/单层WS2制备的背栅式场效应晶体管(FET)光响应率为46.6 mA/W, 响应时间和恢复时间达到了微秒级别, 性能优于大多数CVD法制备的单层WS2背栅式场效应晶体管(WS2-FET)。这一工作有助于进一步加强对二维薄膜材料可控生长的理解, 对制备大面积、高质量的枝晶型结构具有一定参考价值。
化学气相沉积 同质结 形貌演化 生长机理 场效应晶体管 WS2 WS2 CVD homojunction morphological evolution growth mechanism FET
1 中国科学院理化技术研究所, 北京 100190
2 中国科学院大学材料科学与光电工程中心, 北京 100049
顺磁盐在超低温制冷方面具有绝对优势, 且在极低温度下使用时往往是其水合盐类晶体, 对水合盐类磁制冷材料的探索意义重大。本工作采用缓慢降温法生长出尺寸为 32 mm×32 mm×20 mm的 CrK(SO4)2·12H2O (CPA)单晶, 分析了生长条件与晶体形貌之间的相互关系, 研究了 CPA的热稳定性和磁热性能。结果表明, CPA在温度为 2K、外加磁场强度为 7T条件下, 表现出大的磁热效应, 磁熵变值达到 29.75 J·kg-1·K-1。在密集排布铜线的密封容器中生长 CPA晶体, 并将其用于 2级单冲程绝热去磁制冷系统中, 空载条件下制冷温度达到 90 mK。
晶体生长 晶体形貌 顺磁盐材料 磁热效应 crystal growth crystal morphology paramagnetic materials magnetocaloric effect
1 中国科学院重庆绿色智能技术研究院, 重庆 400714
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 重庆光电技术研究所, 重庆 400060
4 78092部队, 四川成都 610000
石墨烯光电探测器具有兼容性好和宽波段响应等优势, 其读出电路可类似于微测辐射热计等传统探测器。然而, 石墨烯光电探测器一般属于光子型, 其响应度、功耗和积分时间等具有显著差异。针对纯石墨烯、石墨烯 -硫化铅异质结、硫化铅和典型微测辐射热计 4种探测器, 结合实测器件参数, 进行读出电路的对比研究。仿真结果表明：由于其较高的响应度, 实现相同的输出电压, 石墨烯 -硫化铅异质结探测器所需的积分时间最少, 更利于高帧频应用。另一方面, 与微测辐射热计相比, 石墨烯探测器具有较高的功耗, 而分析表明合理的器件结构设计可有效减小功耗。本文的研究工作可为二维材料等新型光电探测器的读出电路选择和参数设计提供参考。
石墨烯 光电导效应 读出电路 光电探测器 graphene, photoconductive effect, readout circuit,
1 上海工程技术大学 机械与汽车工程学院, 上海 201620
2 上海艾为电子技术股份有限公司, 上海 201199
针对振动能量采集器对环境中振动能量响应频带较窄的问题, 该文提出了一种弹性支承外部磁铁的非线性切断式二自由度压电能量采集器。该弹性支承保证了能量采集器处于双稳态中, 实现了能量采集器的宽频带响应。建立了采集器的集中参数理论模型, 并研究了不同频率的正弦外界激励下该能量采集器弹性支承外部磁铁与内梁自由端磁铁的间距值变化对采集器电压输出和采集频带的影响。仿真和实验结果表明, 随着弹性支承的外部磁铁和内梁自由端磁铁的间距逐渐减小, 采集器的均方根电压输出逐渐增大, 其采集频带也相应被拓宽。当能量采集器的水平间距值从10 mm调整为5 mm时, 该能量采集器一阶谐振频率的均方根电压增长了1.5倍, 同时二阶谐振频带拓宽了2.25倍。
能量采集 非线性双稳态 压电悬臂梁 切断式两自由度 弹性支承 energy harvesting nonlinear bistable state piezoelectric cantilever beam cut-off two-degrees-of-freedom elastic support
Author Affiliations
Abstract
1 Shanghai Key Laboratory of Special Artificial Microstructure Materials and Technology, Tongji University, Shanghai200092, China
2 School of Physics Science and Engineering, Tongji University, Shanghai200092, China
3 National Space Science Center, Chinese Academy of Sciences, Beijing100190, China
4 Hangzhou Dianzi University, Hangzhou310018, China
5 Hangzhou Regenovo Biotechnology Co., Ltd., Hangzhou310038, China
As an attractive collector medium for hypervelocity particles, combined with outstanding physical properties and suitable compositional characteristics, SiO2 aerogel has been deployed on outer space missions and laser shock-loaded collection experiments. In this paper, impact experiments were conducted to understand the penetration process of irregular grains, irregular Al2O3 grains with two different sizes and speeds (~110 μm@7 km/s, ~251 μm@2.3 km/s) at various density silica aerogels. By classifying the shapes of projectile residues and tracks, the morphology of tracks was analyzed. It was observed that there were several kinds of typical tracks in the penetration of irregular grains, accompanied by residues with the shapes of near-sphere, polyhedron, streamlined body wedge, and rotator. The rotational behavior was demonstrated by the final status of one flake projectile as direct evidence. In addition, there was no obvious relationship between the track length and experimental parameters, which may be caused by the uncertain interaction between aerogels and irregular particles. In addition, it confirmed the existence of fragmentation, melting situation by observing the shape of the impact entrance hole. At the same time, optical coherence tomography was used to observe the detail of tracks clearly, which provided a method to characterize the tracks nondestructively.
hypervelocity impact experiment irregular grains morphology silica aerogel High Power Laser Science and Engineering
2021, 9(2): 02000e14
同济大学 物理科学与工程学院, 上海市特殊人工微结构材料与技术重点实验室, 上海 200092
硅系气凝胶是目前研究理论最为完善、合成技术最为成熟的气凝胶材料。本工作分别以四乙氧基硅烷(TEOS)、甲基三甲氧基硅烷(MTMS)、MTMS与二甲基二甲氧基硅烷(DMDMS)混合硅源、乙烯基甲基二甲氧基硅烷(VMDMS)为前驱体, 制备了不同种类的硅系气凝胶。所制得的硅系气凝胶具有较高的比表面积, 并呈现出纳米多孔的网络结构。本研究详细探讨了前驱体结构对气凝胶的力学及热学性能的影响。结果表明, 硅系气凝胶的骨架结构交联度越低, 弹性性能越好; 同时, 引入有机碳氢链会进一步提升气凝胶的弹性性能。所制备的硅系气凝胶兼具良好的保温隔热性能, 常温热导率在0.032~0.041 W/(m·K)范围内, 热重损失随着骨架结构内有机组分的增多而增大。这些优良的力学及热学性能使硅系气凝胶在保温隔热、储能等领域均具有广阔的应用前景。
气凝胶 骨架结构 力学性能 热学性能 aerogel skeleton structure mechanical property thermal property
Author Affiliations
Abstract
College of Physics Science and Technology, Institute of Applied Photonic Technology, Yangzhou University, Yangzhou 225002, China
A continuous-wave Nd:YVO4/BaWO4 Raman laser generating simultaneous multi-wavelength first-Stokes and second-Stokes emissions is demonstrated for the first time, to the best of our knowledge. Investigations concerning different pump spot sizes and crystal lengths were conducted to improve the thermal effect and pump absorption. Three first-Stokes lasers at 1103.6, 1175.9, and 1180.7 nm and two second-Stokes lasers at 1145.7 and 1228.9 nm are obtained simultaneously using the Raman shifts of 925 cm-1 and 332 cm-1 in BaWO4 and 890 cm-1 in YVO4. At the incident pump power of 23.1 W, 1.24 W maximum Raman output power is achieved, corresponding to an optical conversion efficiency of 5.4%. We also present a theoretical analysis of the competition between different Stokes lines.
multi-wavelength intracavity Raman laser continuous wave in-band pumping Chinese Optics Letters
2020, 18(11): 111401
1 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 微纳制造与系统集成研究中心, 重庆 400714
2 中国科学院大学, 北京 100049
石墨烯具有超高载流子迁移率、零带隙、宽波段响应等性质, 是具有潜力的红外光电探测材料。通过分析石墨烯基红外探测器的发展历程, 综述了石墨烯红外光电响应的机理, 对石墨烯基探测器的响应度、波段、速度等性能和器件结构进行了梳理, 并围绕石墨烯基探测器在材料制备、工艺兼容性等方面的挑战进行了探讨和展望。
石墨烯 红外探测器 探测机理 graphene infrared detector detection mechanism 红外与激光工程
2020, 49(1): 0103003
1 重庆光电技术研究所, 重庆 400060
2 中国科学院重庆绿色智能技术研究院, 重庆 400714
为了解决石墨烯探测器光电探测的难题, 针对石墨烯探测器受光照像元电阻发生变化的特点, 设计了基于石墨烯探测器的新型积分电路结构。该积分电路结构主要包含前端偏置电路、运算放大器以及开关和反馈电容等部分, 电路主要利用暗像元电阻不随光照变化, 而感光像元电阻会随光照强度变化而变化的特点, 将光照条件下暗像元支路的电流与感光像元支路电流的差作为光响应电流, 并采用CTIA积分电路进行电流积分, 将光响应电流转换为积分电压输出, 进而实现石墨烯探测器对光响应信号的探测和输出。文中对相关的主要电路设计进行了分析, 并基于Cadence ADE仿真环境完成了电路仿真。经仿真分析, 基于文中的积分电路, 可以将不同光照条件下石墨烯探测器的光响应转换为对应的积分电压输出。可见, 所设计的积分电路能够满足石墨烯探测器对光响应探测的需求, 对石墨烯材料进入光电探测器领域具有重要意义。
石墨烯 探测器 近红外 积分电路 graphene detector near-infrared integration circuit
