浙江大学光电科学与工程学院，浙江 杭州 310027
激光耦合隧道结器件是国际前沿研究热点，伴随产生的电磁场局域增强或光整流等效应在等离激元光镊、单分子成像、单光子光源等领域有着重要的应用价值。为了解隧道结中的光电相互作用和特性，首先利用反馈电沉积制备获得了固态隧道结纳米器件，然后测定了激光功率、偏置电压、偏振方向和调制频率与光电流的关系，并结合有限元法和时域有限差分方法进行理论仿真，讨论了器件中光电流的组分及相关效应。结果表明，器件局部热膨胀效应、热伏效应和热载流子效应为光电流产生的主要原因，而光整流效应因受限于激光峰值功率，其结果并不显著。这些发现可为固态隧道结器件中的光学调控以及在纳米尺度上研究激光调制电子隧穿过程提供参考。
光学器件 隧道结纳米器件 光电流 热效应 光整流效应 等离激元效应 中国激光
2023, 50(23): 2313001
陕西科技大学电子信息与人工智能学院，陕西 西安 710021
采用Silvaco TCAD软件构建了立方氮化硼（cBN）基台面结构pin型光电探测器数值计算模型，采用控制变量法研究了n型、i型、p型cBN层材料掺杂浓度、厚度对探测器光电性能的影响，并利用器件物理相关理论对结果进行了分析与讨论。结果表明：p型cBN层掺杂浓度增大时，光电流、暗电流和内量子效率先增大后减小；i型层掺杂浓度增大时，暗电流减小；n型层掺杂浓度增大，光电流、内量子效率增加；光电流和内量子效率随着p层厚度的增大而减小，随着i层厚度的增加而增大；n层厚度越大，光电流越大。
探测器 cBN 光电流 暗电流 内量子效率 光学学报
2023, 43(20): 2004001
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 030032
3 太原理工大学材料科学与工程学院, 太原 030024
4 陕西科技大学材料原子·分子科学研究所, 西安 710021
将表面沉积有金纳米颗粒的GaN薄膜在H2与N2的混合气氛下进行高温退火, 成功制备了多孔GaN薄膜。多孔GaN薄膜的表面形貌可通过退火温度、退火时间及金沉积时间等参数进行调控。利用高分辨X射线衍射(HRXRD)和拉曼光谱表征了不同GaN结构的晶体质量, 与平面GaN薄膜相比, 多孔GaN薄膜的位错密度和残余应力均有所降低, 在退火温度为1 000 ℃时其位错密度最小, 应力的释放程度较大。采用光致发光(PL)光谱表征了其光学性质, 与平面GaN薄膜相比, 多孔GaN薄膜的发光强度显著提高, 这可归因于多孔结构的孔隙率增大, 有效增加了光的散射能力。此外, 通过电化学工作站测试了不同GaN结构的光电流密度, 结果表明, 具有更大比表面积的多孔GaN薄膜在作为工作电极时, 光电流密度是平面GaN薄膜的2.67倍。本文通过高温刻蚀手段成功制备了多孔GaN薄膜, 为GaN外延层晶体质量与光学性能的提升及在光电催化等领域中的应用提供了一定的理论指导。
多孔GaN薄膜 氢气氛 高温退火 金纳米颗粒 催化剂 光学性能 光电流密度 porous GaN thin film hydrogen atmosphere high-temperature annealing Au nanoparticle catalyst optical property photocurrent density
中国科学院 大连化学物理研究所 化学激光重点实验室, 大连 116023
为了研究碱金属蒸气电离对半导体抽运碱金属激光器(DPAL)定标放大的影响, 采用适宜于短脉冲激光抽运源的光电流法来测量碱金属蒸气电离度, 并开展了铯蒸气电离度同激光抽运功率密度、碱金属池温度、抽运激光器重复频率之间关系的实验研究。结果表明, 在不考虑热效应的情况下, 即使抽运激光的功率密度高达3×108W/cm2、碱金属池温度150℃、氦气缓冲气压力9.33×104Pa条件下, 铯蒸气的电离度也仅仅达到1%左右; 在碱金属池温度从122℃升高至163℃的过程中, 相对于铯蒸气粒子数密度的显著增大, 铯蒸气电离度的变化非常小。该研究结果对于铯DPAL通过增加抽运激光功率密度和提高碱金属池温度进行定标放大具有非常积极的意义。
激光器 电离度 光电流法 铯蒸气 碱金属激光器 脉冲激光 lasers ionization degree photocurrent method cesium vapor alkali laser pulse laser
红外与激光工程
2022, 51(7): 20220277
1 苏州大学物理科学与技术学院，江苏 苏州 215006
2 苏州大学东吴学院，江苏 苏州 215006
利用铁电薄膜的极化效应和金属微纳结构的表面等离激元非辐射衰减诱导的热电子，提高传统铁电薄膜材料的光电转换效率，在光伏、光催化和光电探测等领域中有广阔的应用前景。采用溶胶-凝胶法制备了大面积均匀的BiFeO3薄膜，并采用电子束热蒸发技术分别在其上下表面沉积Au纳米颗粒，形成了Au/BiFeO3复合薄膜结构。研究结果表明，相较纯BiFeO3薄膜，负载了Au纳米颗粒的复合薄膜在可见光区的吸收明显增强，进而其光电流密度也有所增加。此外，利用铁电薄膜的极化效应对其界面势垒进行调控，从而控制Au纳米颗粒中热电子和BiFeO3薄膜中光生载流子的转移，在两者的协同作用下，实现了对复合薄膜光电流极性的操控。
薄膜 铁电薄膜 表面等离激元 极化效应 热电子 光电流 光学学报
2022, 42(23): 2331001
1 上海理工大学 材料科学与工程学院，上海 200093
2 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室，上海 200083
3 上海师范大学 数理学院，上海 200234
4 中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
在平面型InGaAs P-i-N短波红外探测结构中，p型杂质在材料中纵向和横向的扩散是决定pn结位置及其光电性能的主要因素，本文采用扫描电容显微方法（SCM）获得了扩散成结InGaAs/InAlAs像元剖面的二维载流子分布，从而实现对不同扩散条件下pn电场结的精确定位和分析。此外，对于InGaAs/InP探测器，SCM测量揭示了Zn杂质在各功能层中扩散行为的显著差异。在InGaAs吸收区中，Zn的侧向扩散速度是深度方向的3.3倍，远高于其在n-InP帽层中0.67的侧向与深度扩散比，这将对光敏元的边缘电容以及暗电流特性产生影响。
扫描电容显微（SCM） InGaAs平面型探测器 扩散行为 光电流响应 Scanning Capacitance Microscopy（SCM） planar InGaAs detector diffusion behavior photocurrent response
采用两步水热法在导电玻璃(FTO)上制备了WO3/NiWO4复合薄膜。通过XRD, SEM表征了WO3/NiWO4复合薄膜的组成结构及微观形貌, 利用UV-Vis、光电流测试、光电催化测试和交流阻抗测试分析了WO3/NiWO4复合薄膜的光电性能。结果表明: WO3/NiWO4复合薄膜相较于WO3薄膜具有更好的光吸收特性、光电流密度和光电催化活性, 其中水热反应3h的WO3/NiWO4复合薄膜的光电化学性能最佳。WO3/NiWO4-3h在1.4V(vs.Ag/AgCl)时的光电流密度为1.94mA/cm2, 光电催化210min对亚甲基蓝溶液的降解效率为57.1%。交流阻抗图谱表明WO3/NiWO4薄膜的电荷转移电阻小于WO3薄膜, 光电化学性能更优。
复合薄膜 光电流 光电催化 WO3 WO3 NiWO4 NiWO4 composite film photocurrent photoelectrocatalysis
