光弹调制器是一种基于压电效应和光弹效应的光学调制器件。光弹调制器采用共振工作模式, 具有调制频率高,灵敏度高, 调制波段宽(紫外~远红外)等特点, 可广泛应用于半导体、新材料、生命科学及航天**等高新技术领域。该文首先阐述了光弹调制器的基本工作原理, 包括压电效应、光弹效应等; 其次介绍了光弹调制器的结构和重要参数, 并分析了不同结构和各参数对器件性能的影响; 然后进一步介绍了目前新型光弹调制器的相关研究; 最后, 针对目前主流的八角形二维结构, 该文给出了基于有限元法的数值仿真结果, 并对该类型光弹调制器的工作原理和振动特性进行了验证。

基于光弹调制器(PEM)的高速椭偏测量法具有测量速度快, 灵敏度高的优势, 目前已被广泛应用于半导体、显示器和**等领域。现有PEM光学模型验证方法大多采用谐波分量提取法, 但其受系统偏差影响较大。该文提出一种基于最优化方法——PEM光学模型验证法, 该方法将椭偏测量过程转化成最优化问题进行求解, 将系统参数作为自变量进行处理, 可抑制系统偏差造成的影响, 提高测量系统的鲁棒性。该文介绍了该方法的基本原理, 并通过数值仿真和椭偏测量光学实验进行了验证。结果表明, 该方法可有效地抑制系统参数偏差对测量精度的影响。

光弹调制器(PEM)是一种广泛应用于光学检测的光调制器件,其利用压电晶体的逆压电效应来周期性改变光弹晶体内部的折射率,从而实现对通过光弹晶体的光信号的相位调制。当系统处于谐振状态时,PEM的调制效率最高。因此,谐振频率和表征其工作效率的品质因子是PEM的两个重要参数。为了研究PEM的谐振特性,设计了一款目标频率在50 kHz附近的二维八角对称结构PEM并进行了理论和实验验证,同时提出一种基于阻抗分析的PEM谐振特性测量方法。首先建立频率模型进行分析以得到目标PEM的理论参数,再通过数值仿真软件进行理论验证,最终完成了两组PEM样品的制备。此外,还基于阻抗分析方法对样品的谐振特性进行了实验验证,测得样品的谐振频率分别为52.363 kHz和52.353 kHz,品质因子分别为5071.2和6096.7。

为了实现低成本高灵敏度的表面增强拉曼散射效应，制备了一种基于硅表面纳米结构的表面增强拉曼散射效应(SERS)衬底。首先利用低能反应离子注入的方法对单晶硅进行表面处理，制作高陡值度的墙壁结构。然后采用电子束蒸发的方式在硅片表面蒸镀银膜，高密度的银纳米点阵列出现在侧壁表面，形成大量的热点。实验采用罗丹明6G(R6G)作为探针分子进行表征，发现获得最强拉曼信号的银膜厚度为40 nm，R6G的探测极限能达到10-14 mol/L；同时分析衬底的重复性和稳定性，发现在614 cm-1和1 650 cm-1处的拉曼信号特征峰的相对标准偏差分别达到12.3％和14.3%，保存一个月的衬底测得的拉曼信号强度保持不变。本研究提供了一种操作简单、成本低的制备高灵敏度增强拉曼效应衬底的方法，制备的衬底具有高信号可重复性和高稳定性的优点。

针对当前图形化蓝宝石衬底 ICP干法工艺刻蚀流程, 对工艺腔室真空环境微气压调节非线性特征进行了动态监测, 本文提出了一种基于自适应模糊 PID的微气压控制算法。该算法利用质量流量计 MFC及真空泵组减压阀的参数调节, 实现真空环境微气压调节。通过 Matlab仿真及刻蚀流程气压控制测试表明, 工艺腔室的真空微气压自适应模糊 PID控制基本符合仿真结果。在气压为 0.13~20 Pa的真空环境下, 工艺腔室气压动态控制效果良好, 具有鲁棒性强、超调量小、过渡时间短等特点, 满足工艺刻蚀流程中正常刻蚀速率、选择比及均匀性等指标。

采用金催化化学腐蚀和钝化两个过程成功制备了黑硅。利用原子力显微镜、分光光度计、红外光谱仪和光致发光光谱仪分别对黑硅的微观结构、反射率、表面状态和发光性能进行了研究。结果表明:黑硅表面呈现山峰状的微观结构,其平均反射率可低至3.31%。光致发光光谱上出现了3个发光峰，分别由量子限制效应、硅氧烯、杂质和缺陷引起。

采用液相沉积法在硅基底上成功制备了二氧化硅薄膜, 利用扫描电子显微镜、光电子能谱和少子寿命测试仪等对二氧化硅薄膜的组织结构和钝化性能进行了研究, 结果表明, 液相生长的二氧化硅薄膜致密平整, 含有少量的F元素; 对硅具有较好的减反和钝化作用, 平均反射率由28.87%降低至10.88%, 表面复合速度由6 923 cm/s降低至2 830 cm/s。

采用图形化蓝宝石衬底(PSS)技术可以降低GaN外延层材料位错密度，提高了发光二极管(LED)的内量子效率(IQE)，同时使LED光析出率(LEE)提高。基于PSS技术可以制作高效GaN基高亮度LED。基于已公开发表文献对用于高效LED制作的PSS技术做了综述，介绍了PSS技术演化、PSS的制作方法与主要的图形结构、PSS上GaN外延层生长机制以及PSS对LED性能的影响。PSS结构对LED的IQE与LEE均有提高，但对二者哪个提高更为有效没有定论，最近的研究结果倾向于以为对LEE提高更为有效。PSS对LED的IQE与LEE提高的机制目前并不是非常清楚，对公开发表的PSS对LEE的提高机制提出了不同看法。不同PSS结构与尺寸对GaN质量以及LED性能的影响方面的研究目前还非常缺乏。

为了制作高亮度LED，需要在图形化蓝宝石衬底上生长GaN材料。通过光刻在平坦蓝宝石衬底上制作掩膜图形，通过刻蚀将图形转移到蓝宝石衬底，得到图形化蓝宝石衬底。在图形化蓝宝石衬底上进行GaN的侧向外延生长，并做后续处理，就制成了基于图形化蓝宝石衬底的高亮度LED。图形化蓝宝石衬底上GaN的侧向外延生长使得外延材料的位错密度从1010 cm-2降低到107 cm-2，这减少了发生非辐射复合的载流子，多量子阱发射更多的光子，LED的内量子效率提高。此外，图形化蓝宝石衬底能够有效散射从多量子阱射出的光线，使得出射光射到逃离区的几率更大，从而提高光萃取率。内量子效率和光萃取率的提高大大改善了LED的光电特性。