Two-dimensional α-In₂Se₃ exhibits simultaneous intercorrelated in-plane and out-of-plane polarization, making it a highly promising material for use in memories, synapses, sensors, detectors, and optoelectronic devices. With its narrow bandgap, α-In₂Se₃ is particularly attractive for applications in photodetection. However, relatively little research has been conducted on the out-of-plane photoconductive and bulk photovoltaic effects in α-In₂Se₃. This limits the potential of α-In₂Se₃ in the device innovation and performance modification. Herein, we have developed an α-In₂Se₃-based heterojunction with a transparent electrode of two-dimensional Ta₂NiS₅. The out-of-plane electric field can effectively separate the photo-generated electron–hole pairs in the heterojunction, resulting in an out-of-plane responsivity (R), external quantum efficiency (EQE), and specific detectivity (D*) of 0.78mA/W, 10−3% and 1.14×108 Jones, respectively. The out-of-plane bulk photovoltaic effect has been demonstrated by changes in the short circuit current (SCC) and open circuit voltage (Voc) with different optical power intensity and temperature, which indicates that α-In₂Se₃-based heterojunctions has application potential in mid-far infrared light detection based on its out-of-plane photoconductive and bulk photovoltaic effects. Although the out-of-plane photoconductive and bulk photovoltaic effects are relatively lower than that of traditional materials, the findings pave the way for a better understanding of the out-of-plane characteristics of two-dimensional α-In₂Se₃ and related heterojunctions. Furthermore, the results highlight the application potential of α-In₂Se₃ in low-power device innovation and performance modification.

针对光导开关高重复频率运行时产生丝电流加热, 使光导开关温度迅速超过材料最高允许使用温度, 造成开关失效或损伤的难题, 本文结合微通道散热技术和射流冷却技术的优点, 设计了射流微通道耦合高效散热器。通过实验测试, 对不同运行工况下射流微通道耦合高效散热器的传热特性进行了研究, 并与美国进口的蜂窝型微通道散热器进行散热性能对比。实验结果表明: 体积流量为 3 L/min的情况下, 射流微通道耦合高效散热器的换热系数超过 35 000 W/(K·m2), 散热量高达 1 000 W, 相比蜂窝型微通道散热器散热量提升了 45%。在测试流量下, 随着体积流量的增加, 射流微通道耦合高效散热器的平均换热系数接近线性增加, 而蜂窝型微通道散热器的平均换热系数在大流量下却增加缓慢。此外, 采用射流微通道耦合高效散热器冷却的热源面温度均匀性明显优于采用蜂窝型微通道散热器冷却的热源面温度均匀性, 采用射流微通道耦合高效散热器的热源面温度波动能降低 58%, 更有利于降低光导开关热应力。

光电导天线作为太赫兹时域光谱仪产生与探测太赫兹辐射的关键部件, 具有重要的科研与工业价值。本文采用分子束外延 (MBE)方法制备 InGaAs/InAlAs超晶格作为 1 550 nm光电导天线的光吸收材料, 使用原子力显微镜、光致发光、高分辨 X射线衍射等方式验证了材料的高生长质量; 通过优化制备条件得到了侧面平整的台面结构光电导天线。制备的光电导太赫兹发射天线在太赫兹时域光谱系统中实现了 4.5 THz的频谱宽度, 动态范围为 45 dB。

在测试中波碲镉汞光伏器件的瞬态响应时，当激光光斑照射器件表面位置距离光敏面较远时，器件表现为特殊的双峰脉冲响应现象，分析表明出现这种异常双脉冲现象的原因是光敏区内的少子漂移和光敏区外侧向收集的少子扩散有时间上的差异。通过对器件施加反向偏压，脉冲响应随反向偏压的增大由双峰变成单峰的实验结果，验证了少子侧向收集是导致器件形成双峰的主要原因。对第二个峰拟合得到p区的少数载流子寿命。将瞬态响应获得的少子寿命与该p型中波碲镉汞材料的理论计算和光电导衰退法得到的少子寿命相对比，发现三种方式得到的少子寿命随温度的变化趋势基本一致，这说明了可以通过瞬态光响应得到中波碲镉汞器件的少子寿命。

透明半导体铟锡氧化物(ITO)作为电极能够降低光导开关电极边缘电流集聚效应和提高脉冲激光的利用率。本文通过在ITO与GaN界面之间分别插入10 nm的Ti与TiN, 研究Ti、TiN对ITO与GaN欧姆接触性能的影响。I-V测试结果表明, 随着退火温度升高, 插入TiN的光导开关一直保持欧姆接触特性, 而插入Ti的光导开关由欧姆接触转变为肖特基接触。通过TEM测试发现, 当以Ti作为插入层时, ITO通过插入层向插入层与GaN的界面扩散, 在接触界面形成Ti的氧化物及空洞。透射光谱显示, 不同退火温度下插入Ti层的透过率均低于38.3%, 而以TiN作为插入层时透过率为38.8%~55.0%。因此含有TiN的光导开关具有更稳定的电学性能和更高的透过率, 这为GaN光导开关在高温高功率领域的应用提供了参考。

基于太赫兹时域光谱（THz-TDS）系统，使用两个相互垂直的光电导天线构建了1×2 GaAs光电导太赫兹源阵列。通过调控各个阵元的偏置电压，对其辐射太赫兹波的偏振方向进行研究。结果表明：在已实现光电导发射天线阵列的高效合成以及可同时检测脉冲太赫兹波的振幅、相位及偏振态的探测天线的基础上，通过调控各个阵元的偏置电压分别改变了平行和垂直两个阵元辐射太赫兹波的强度；经过1×2 GaAs光电导太赫兹源阵列在远场的同步合成，可产生不同偏振方向的脉冲太赫兹波，实现了以全电控的方式产生任意偏振方向太赫兹波的光电导太赫兹辐射源。

太赫兹光电导天线是一种常用的太赫兹源，但光导材料都有很高的折射率，导致其光电转换效率较低，同时由于存在电场的屏蔽效应，太赫兹辐射功率极易饱和，难以提升。基于表面等离子激元理论，采用时域有限差分方法（FDTD）软件计算仿真了太赫兹波通过柱状金属间隙的增强性能，从改变微纳结构着手以改善太赫兹光电导天线把泵浦激光转换为太赫兹波的转换效率。设计的双侧异排列微纳结构透过率达到90.38%，电场强度达到1.02，是单层微纳结构的185.45%。结果表明，当其他条件相同的情况下，单层正三角形排列的圆柱纳米柱优于其他单层结构，双层异排列微纳结构优于单层微纳结构及其他双层结构。