Author Affiliations
Abstract
1 Saint-Petersburg Electrotechnical University "LETI", Saint Petersburg, 197022, Russian Federation
2 Alferov Saint-Petersburg National Research Academic University of the Russian Academy of Sciences, Saint Petersburg, 194021, Russian Federation
3 Saint Petersburg Polytechnic University of Peter the Great, Saint Petersburg, 195251, Russian Federation
4 Shubnikov Institute of Crystallography of Federal Scientific Research Centre “Crystallography and Photonics”, Russian Academy of Sciences, Moscow, 119333, Russian Federation
5 National Research Center ‘Kurchatov Institute’, Moscow, 123182, Russian Federation
6 University associated with IA EAEC, Saint Petersburg, 194044, Russian Federation
7 Institute for Analytical Instrumentation, Saint Petersburg, 198095, Russian Federation
8 Ioffe Institute, Saint Petersburg, 194021, Russian Federation
A new theoretical method to study super-multiperiod superlattices has been developed. The method combines the precision of the 8-band kp-method with the flexibility of the shooting method and the Monte Carlo approach. This method was applied to examine the finest quality samples of super-multiperiod Al0.3Ga0.7As/GaAs superlattices grown by molecular beam epitaxy. The express photoreflectance spectroscopy method was utilized to validate the proposed theoretical method. For the first time, the accurate theoretical analysis of the energy band diagram of super-multiperiod superlattices with experimental verification has been conducted. The proposed approach highly accurately determines transition peak positions and enables the calculation of the energy band diagram, transition energies, relaxation rates, and gain estimation. It has achieved a remarkably low 5% error compared to the commonly used method, which typically results in a 25% error, and allowed to recover the superlattice parameters. The retrieved intrinsic parameters of the samples aligned with XRD data and growth parameters. The proposed method also accurately predicted the escape of the second energy level for quantum well thicknesses less than 5 nm, as was observed in photoreflectance experiments. The new designs of THz light-emitting devices operating at room temperature were suggested by the developed method.
super-multiperiod superlattice photoreflectance spectroscopy Kane model kp-method energy band diagram light amplifiers 
Journal of Semiconductors
2024, 45(2): 022701
作者单位
摘要
南京理工大学 材料科学与工程学院, 江苏 南京 210094
X射线探测技术在医疗诊断、安防检测和科学研究等领域有着广泛的应用,直接型X射线探测器拥有更高的理论探测效率、空间和能量分辨率,受到了国内外的广泛关注。钙钛矿材料因其X射线衰减系数大、体电阻率高、光学带隙合适以及易大面积制造等优势,成为直接型X射线探测器的理想材料。随着对探测性能的需求的不断提高,合理的器件结构设计显得尤为重要。本文从电极工程和能带工程两个方面出发,综述了有关直接型钙钛矿X射线探测器器件结构设计的最新进展。最后,我们对这些研究进展进行了总结,并对未来的发展进行了展望。我们希望这篇综述能为研究者们提供参考和启发。
钙钛矿X射线探测器 器件结构 电极工程 能带工程 异质结 perovskite X-ray detector device structure electrode engineering energy band engineering heterojunction 
发光学报
2024, 45(1): 25
徐顺 1,2,*陈冰 3
作者单位
摘要
1 浙江经济职业技术学院 汽车技术学院,杭州 310018
2 浙江理工大学 机械工程学院,杭州 310018
3 浙江大学 信息与电子工程学院,杭州 310027
设计并制备了一种基于忆阻器结构且具有可编程特性的Ge基光控晶体管,它由两个结构为Ni/Ge/GeOx/Al2O3∶HfO2/Pd的忆阻器背对背组成,共用阻变层GeOx/Al2O3∶HfO2、衬底Ge和底电极Ni,阻变层的设计是实现光控晶体管功能的关键。两个顶电极Pd作为光控晶体管源漏极,中间区域作为栅极接受外加光源的栅控。探究了Ge基忆阻器光电响应特性,并实现光控晶体管基于光源栅控的输出与转移特性。进一步地,探究了器件的物理机制并验证设计的科学性和可行性。该光控晶体管具有非易失性与标准CMOS工艺兼容性等优势,能有效简化器件制备工艺、降低制造成本,可为下一代光电芯片研发提供参考。
 忆阻器 光控晶体管 光电特性 器件物理 氧空位缺陷态 能带结构 非平衡载流子 Ge memristor phototransistor photoelectric characteristic device physics oxygen vacancy defect energy band structure non-equilibrium carriers 
半导体光电
2023, 44(4): 543
乔鹏飞 1,*刘康 1代兵 1刘本建 1[ ... ]朱嘉琦 1,2
作者单位
摘要
1 特种环境复合材料技术国家级重点实验室(哈尔滨工业大学), 哈尔滨 150001
2 微系统与微结构制造教育部重点实验室(哈尔滨工业大学), 哈尔滨 150001
5G 通信、能源互联网、新能源汽车、量子技术等高精尖领域对半导体的性能提出了新的更高的要求。第四代半导体金刚石因具有优异的物理化学性能被誉为“终极半导体”, 被认为是制备下一代高功率、高频、高温及低功率损耗电子器件最理想的材料。而浅n型掺杂的技术瓶颈一定程度阻碍了金刚石半导体应用的发展。表面终端研究为金刚石功能化的发展提供了新的策略, 金刚石通过表面终端实现了场效应晶体管、肖特基二极管、日盲紫外探测器、电子发射器件和近表面色心调控等重要应用, 而表面终端发挥作用的机理与其能带结构特点密不可分。本文综述了几种常见终端的能带研究方法, 分析其能带的结构特点, 结合特点介绍其发挥作用的机理, 并进行了总结和展望。
金刚石 表面终端 能带结构 二维空穴气 肖特基结 紫外探测 diamond surface terminal energy band structure two-dimensional hole gas Schottky junction ultraviolet detection 
人工晶体学报
2023, 52(6): 945
于庆南 1,*李可 1王新宇 1吴坚 2[ ... ]李晖 1
作者单位
摘要
1 无锡学院电子信息工程学院,江苏 无锡 214105
2 北京航空航天大学物理学院,北京 100191
3 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
研究一种基于富铟团簇(IRC)效应的新型高应变InGaAs/GaAs自适应阱簇复合(WCC)量子结构,该结构具有比较灵活的能带调控能力,可产生一种特殊的偏振双峰光谱。为探究该WCC结构的偏振双峰辐射机制及能带特征,利用IRC效应生长获得了自适应WCC结构,并测量了该新型结构的偏振光致发光(PL)光谱,在横向电场(TE)和横向磁场(TM)模式下,PL光谱皆显示出特殊的双峰结构。这主要是铟原子的自适应迁移导致有源层同时存在铟组分正常和铟组分降低的InxGa1-xAs材料所致。根据半导体激光器的跃迁矩阵元理论和PL光谱的双峰能量间距,阐明不同偏振模式下的光谱双峰与多组分InxGa1-xAs材料的对应辐射机制,同时确定该WCC结构的混合能带特征。该研究内容对IRC效应和新型WCC发光结构的发展和应用具有重要研究意义。
半导体激光器 InGaAs/GaAs 富铟团簇 偏振双峰光谱 混合能带 
光学学报
2023, 43(10): 1014006
蓝镇立 1,2,*宋轶佶 1,2杨晓生 1,2曾庆平 1,2何峰 1,2
作者单位
摘要
1 中国电子科技集团公司第四十八研究所 薄膜传感技术湖南省国防重点实验室,长沙 410111
2 高性能智能传感器及检测系统湖南省重点实验室,长沙 410111
制作了一种近红外通讯波段的石墨烯/锗肖特基结光电探测器。采用化学气相沉积法制备高质量石墨烯,通过湿法转移法转移到n型锗表面,获得高性能石墨烯/锗的肖特基结器件。仿真与实验结果表明,石墨烯透明电极与锗衬底形成良好的肖特基接触,大大提升了器件的光生载流子收集效率。该器件在无光照条件下,整流比为5.3×102,在光强为0.3 mW/cm2的1 550 nm近红外光的照射下,开关比为102,响应度和探测率分别可达635.7 mA/W、9.8×1010 Jones。同时,器件具备较快的响应速度,在3 dB带宽处上升和下降时间分别为40 μs和35 μs。研究结果展示了高性能石墨烯/锗光电探测器在近红外光电系统中具有潜在的应用前景。
光电探测器 石墨烯 能带分析  肖特基结 Photodetector Graphene Energy band analysis Germanium Schottky junction 
光子学报
2022, 51(12): 1223002
作者单位
摘要
武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室,武汉 430081
红外高反射薄膜是实现超低损耗光学器件、红外隐身等技术的关键基础材料。根据多层光学薄膜的传输矩阵原理,得到一维光子晶体的反射率和透射率表达式,分析推导了一维光子晶体的能带结构。利用传输矩阵原理,以Ge和SiO2为介质材料设计了28层λ/4一维光子晶体结构。随后,利用有限元法计算其光子能带,使用折射率差值更大的PbSe和SiO2,计算出光子晶体的第一、第二禁带分别为2.01×1013 ~ 4.11×1013Hz和8.13×1013~1.02×1014Hz。优化后的λ/4一维光子晶体结构层数低至14层,实现了3~5 μm和8~14 μm的高反射率。
计算仿真 红外高反射膜结构 能带曲线 光子晶体 computational simulation infrared high reflective film structure energy band curve photonic crystal 
硅酸盐学报
2022, 50(5): 1310
作者单位
摘要
1 中国石油大学(北京)理学院,北京 102249
2 中国政法大学法治信息管理学院,北京 102249
缺陷态光子晶体可以用于制作良好的谐振器、偏振器、滤光器等光学器件,具有重要的应用价值。本文发展了光子晶体缺陷态问题的PG有限元界面问题计算方法,有效地处理了各种不同组元体系、几何结构、界面形状、材料属性以及模态的光子晶体缺陷态问题。数值结果表明,二组元结构单点缺陷对带隙的影响较小,只是使局部范围内的波继续传播而产生一条缺陷带,多点缺陷使一些特定范围内的波可以传播而产生多条缺陷带,线缺陷产生的影响较大,可以使整个禁带消失。结合线缺陷与点缺陷,波导结构中的侧点缺陷可以有效地应用于光子晶体阻带内诱导窄通带或在波导的通带内诱导非常窄的阻带。三组元结构引入了不均匀介质、复杂介质形状以及不同几何结构的缺陷态。通过计算与分析发现Ω3区域的介质形状对结果影响比较有限,表面层越不光滑禁带越窄,n型缺陷态在TM模中的高频区域更容易产生禁带。对于TE模来说,n型与v型的缺陷态更容易产生禁带。
光子晶体 缺陷态 多组元 能带结构 PG有限元法 非贴体网格 photonic crystal defective state multi-component energy band structure Petrov-Galerkin finite element method non-body-fitted grid 
人工晶体学报
2022, 51(6): 986
作者单位
摘要
沈阳建筑大学材料科学与工程学院,沈阳 110168
本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算了不同浓度Nb掺杂ZnO的能带结构及性能,并对本征ZnO、Al掺杂ZnO(AZO)和Nb掺杂ZnO(NZO)的模拟结果进行对比分析。结果表明:(1)NZO和AZO的带隙值均低于本征ZnO的带隙值,掺杂浓度(原子数分数)同为6.25%的NZO的带隙值低于AZO的带隙值。随着Nb掺杂浓度增高,NZO的导带底明显降低,态密度峰值降低,且Nb-4d态电子占据了费米能级的主要量子态。(2)随着掺杂浓度的增加,NZO和AZO吸收峰和介电函数峰均降低,且向低能区移动,其中,NZO吸收峰向低能区移动更明显,且介电函数虚部分别在0.42 eV和34.29 eV出现新的峰,主要是价带中Nb-4d和Nb-5p电子能级跃迁所致。掺杂浓度同为6.25%的NZO的静介电常数大于AZO的静介电常数,表明NZO极化能力更强,NZO可以更有效改善ZnO的光电性能。随着Nb掺杂浓度增加,NZO的吸收系数和介电函数虚部强度增加且向高能区移动。NZO的模拟结果为高价态元素Nb掺杂ZnO的实验研究工作及实际应用提供了理论参考。
第一性原理 能带结构 掺杂 Nb掺杂ZnO 态密度 光学性质 first-principle energy band structure doping Nb doped ZnO density of state optical property 
人工晶体学报
2022, 51(7): 1194
作者单位
摘要
1 北京理工大学 光电学院, 北京 100081
2 北京理工大学 材料学院, 北京 100081
光子上转换是一种重要的非线性反斯托克斯发光现象, 在激光、显示、光伏、信息安全以及生物成像与诊疗等领域具有应用前景。与研究较多的有机分子三重态-三重态湮灭和稀土掺杂纳米颗粒上转换发光材料相比, 上转换量子点可以在宽光谱激发范围内实现上转换发光, 具有频谱吸收宽、发光效率高、近红外可吸收、能带可调、尺寸小以及稳定性高等特点, 引起了领域内的关注。本文介绍了上转换发光的种类及机理, 对近年来上转换发光量子点的研究进展进行了总结, 重点分析了基于激发态吸收的半导体双量子点的类型和设计原理, 探讨了上转换发光量子点在发光二极管(LED)、光电探测、生物标记、太阳能电池等方面的应用潜力, 特别是未来发展面临的挑战和前景。
上转换发光 量子点 能带调控 半导体纳米晶 upconversion luminescence quantum dots energy band engineering semiconductor nanocrystals 
发光学报
2022, 43(3): 297

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