南京邮电大学通信与信息工程学院，江苏 南京 210003
光子晶体面发射激光器基于光子晶体能带带边模式，形成二维微腔谐振，继而实现光增益和激射，其具有高功率、单纵模等优异特性。基于氮化镓基蓝光激光器结构和速率方程调制理论，对异质结构光子晶体面发射激光器进行了动态调制性能分析。通过仿真计算得出，在所研究的激光器结构参数下，阈值电流为1.76 mA，最大3 dB调制带宽为42 GHz，最低数据发送能耗为62.78 pJ·bit-1，展示出了该结构激光器的基础性能和高速调制特性，为具有大调制带宽的蓝光激光器的设计提供了参考。
激光器 光子晶体面发射激光器 速率方程 异质结构 3 dB调制带宽 发送能耗 中国激光
2023, 50(23): 2301001
1 亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室，燕山大学材料科学与工程学院，河北 秦皇岛 066004
2 威海中玻新材料技术研发有限公司，山东 威海264200
3 唐山学院，河北 唐山 063000
构建宽窄带隙同型异质结构的双层薄膜是提高透明导电薄膜光电性能的新思路。采用基于密度泛函的第一性原理，对本征和掺杂SnO2/SnSe2的电子结构、光学性质、载流子迁移率、电荷分布、能带排列进行计算。结果表明：本征和掺杂SnO2/SnSe2电子结构内部存在的电势差会使体系内部的电子向着界面处或SnSe2处转移，处于界面处的电子会在界面间隙内形成二维电子气并在界面处高速移动，从而提高了载流子的迁移率，而处于SnSe2处的电子由于没有杂质离子散射的影响迁移率也相应提高，4种不同掺杂类型异质结构的载流子迁移率分别为772.82、5 286.04、2 656.90 m2/(S·V)和17 724.60 m2/(S·V)，光学透过率在80%以上。
透明导电薄膜 异质结构 第一性原理 载流子迁移率 transparent conductive oxide thin films heterostructures first principles carrier mobility
过渡族金属硫化物是一种具有较高比电容的活性材料。采用简单且耗时短的方法，在泡沫镍上水热生成MnS/Ni3S2电极材料，并研究水热反应时间、温度对样品形貌、电化学性能的影响。结果表明：MnS/Ni3S2电极材料具有较高的比电容和优良的倍率性能，2 500次循环后比电容的保持率为90%。以MnS/Ni3S2为正极，活性碳(AC)为负极组装了混合型超级电容器器件，MnS/Ni3S2//AC在功率密度为700 W·kg-1时可以提供30.2 Wh·kg-1能量密度。在3 000次循环后比电容保持率高达116.0%，表明MnS/Ni3S2有望在超级电容器领域提供潜在的应用价值。
异质结构 硫化锰 硫化镍 硫化物 超级电容器 heterojunction manganese sulfide nickel sulfide sulfide supercapacitor
1 太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室, 太原 030024
2 山西浙大新材料与化工研究院, 太原 030000
3 陕西科技大学材料原子·分子科学研究所, 西安 710021
本文设计了纳米线核壳AlGaN/GaN异质结构, 研究了势垒层厚度、Al组分、掺杂浓度对平面和纳米线异质结构中二维电子气(2DEG)浓度的影响规律。结果表明, 随着势垒层厚度的逐渐增大, 两种结构中2DEG浓度增速逐渐减缓, 当达到40 nm后, 由于表面态电子完全发射, 2DEG浓度逐渐稳定不变。随着Al组分的增加, 极化效应逐渐增强, 使得两种结构在异质界面处的2DEG浓度都逐渐增加。当掺杂浓度逐渐提高时, 两者在异质界面处电势差增大, 势阱加深, 束缚电子能力加强, 最终导致2DEG浓度逐渐增加, 当掺杂浓度增加到2.0×1018 cm-3后, 2DEG面密度达到最大值。与平面结构相比, 纳米线结构可以实现更高的Al组分, 在高Al组分之下, 2DEG面密度最高可达5.13×1013 cm-2, 相比于平面结构有较大的提高。
纳米线结构 平面结构 二维电子气浓度 异质结构 能带结构 AlGaN/GaN AlGaN/GaN nanowire structure planar structure two-dimensional electron gas concentration heterostructure band structure
1 南昌航空大学 测试与光电工程学院，江西 南昌 330063
2 南昌航空大学 无损检测技术教育部重点实验室，江西 南昌 330063
半导体异质结构具有良好的束缚载流子的能力与产生大功率太赫兹辐射的潜力。但由于异质结构中等离子体非相干振荡的干扰效应造成了太赫兹辐射强度的大幅度降低，因此能够在基于砷化铝镓（）多层异质结构并通过调节其中铝的摩尔分数来调节窄带隙层的吸收系数，从而使得异质结构每一个窄带隙层的激发载流子数目大致相同，达到几乎完全消除干扰效应的目标。基于砷化铝镓多层异质结构的太赫兹辐射产生模型，结合数值计算研究了宽带太赫兹辐射的输出特性，获得泵浦激光脉冲宽度与产生的太赫兹脉冲之间的定量关系，并分析了泵浦激光脉冲参数对产生的太赫兹脉冲各项参数的影响。本项研究为开展半导体材料与器件相关的宽带太赫兹辐射源提供了一定的理论参考。
多层异质结构 太赫兹 数值计算 砷化铝镓 multilayer heterostructure terahertz numerical calculation AlGaAs 光学 精密工程
2022, 30(24): 3097
21世纪以来, 能源短缺和环境污染一直是人类面临的重大挑战?光催化二氧化碳(CO2)还原, 通过半导体捕获光能, 获得碳氢化合物太阳能燃料是解决能源危机并推动碳循环的有前景的策略之一?然而, 活性低?产物选择性差又极大地限制了这一技术的实际应用?因此, 调控产物选择性并提高光催化效率、加深对CO2还原反应机理的理解具有重要意义?近年来, 超薄材料以其较高的比表面积, 丰富的不饱和配位的表面原子, 较短的电荷从内部到表面的迁移路径, 以及可裁剪的能带结构受到了广泛关注, 并在光催化CO2还原领域取得了可喜的成果?本文在总结光催化CO2还原反应机理的基础上, 介绍了通过构建异质结构、设计Z型系统、引入助催化剂以及缺陷工程等策略促进超薄纳米结构电子空穴分离和调控其电荷迁移路径的研究成果, 并指出了提高光催化CO2还原效率和优化产物选择性的发展前景与挑战?
光催化CO2还原 超薄异质结构 助催化剂 反应机理 综述 photocatalytic CO2 reduction ultrathin heterostructures cocatalysts reaction mechanism review
中南大学粉末冶金研究院粉末冶金国家重点实验室，湖南 长沙 410083
综述了增材制造马氏体时效钢的研究进展，包括增材制造工艺和后处理对力学性能和微观组织的影响以及异质结构马氏体时效钢和梯度结构马氏体时效钢的力学性能和组织结构特点。此外，还总结了增材制造马氏体钢的合金成分、主要作用及其设计思路，分析了合金成分对马氏体时效钢的力学性能和微观组织的影响，着重讨论了复合颗粒增强相在增材制造马氏体时效钢中的强化效果与强化机制。介绍了增材制造马氏体时效钢在随形冷却模具、激光熔覆修复技术和表面涂层或表面改性等领域中的应用，并对增材制造马氏体时效钢在未来的发展方向进行了展望。
激光技术 增材制造 激光粉末床熔合 马氏体时效钢 模具钢 异质结构钢 中国激光
2022, 49(14): 1402102
1 北京理工大学 光电学院 北京市混合现实与先进显示技术工程研究中心 薄膜与显示实验室, 北京 100081
2 科技部高技术中心, 北京 100044
氧化锌(ZnO)是一种天然的宽禁带半导体材料, 其理论上的禁带宽度为3.37eV, 近年来已经成为制备紫外探测器件的热门材料之一。然而, 由于ZnO材料的本征缺陷, 直接制备的紫外探测器件总是存在响应率低、暗电流大、响应速度慢等问题。为了获得更好的紫外探测性能, 各种可行的器件改善和修饰方法被提出。文章从元素掺杂、表面修饰和异质结构造等三个方面评述了提升ZnO紫外探测器件性能的典型方法, 分析了这些方法存在的问题, 并展望了未来高性能紫外探测器的发展方向。
氧化锌 紫外探测器 元素掺杂 表面修饰 异质结构造 ZnO ultraviolet photodetectors elements doping surface modification hetero-structure construction
江南大学电子工程系, 物联网技术应用教育部工程研究中心, 无锡 214122
近年来基于二维半导体过渡金属硫族化合物如MoS2的光电晶体管被广泛研究。虽然基于单层MoS2的光电探测器表现出较高的响应度, 但是其较低的载流子迁移率也限制了响应时间, 约在秒量级。二维半导体的相互堆垛可以形成具有低缺陷态且空间均匀的范德华异质结构, 是提高二维光电探测器性能的有效途径。基于此本文通过机械剥离转移法构筑MoS2/WSe2垂直pn异质结, 其较强的空间电荷区能有效地分离光生载流子, 所以在自驱动状态下仍具有较好的光电探测能力, 光响应度和探测率分别达到2.12×103 A/W和2.33×1011 Jones, 同时极大地缩短了响应时间, 响应时间达到40 ms。这种二维异质结器件制备方法简易, 性能优异, 在光电子领域具有广阔的应用前景。
pn结 机械剥离转移法 二维范德华异质结构 光电探测器 过渡金属硫族化合物 MoS2/WSe2 MoS2/WSe2 pn junction mechanical stripping transfer method two dimensional van der Waals heterostructure photodetector transition metal di-chalcogenide
