作者单位
摘要
四川大学电子信息学院,四川 成都 610065
针对硅基材料在1319 nm激光辐照下产生带外响应的问题,研究了硅材料中的本征点缺陷对响应特性的影响。根据第一性原理建立了晶胞模型,比较了几种典型点缺陷状态下硅材料的能级分布特性,在此基础上分析了本征点缺陷对硅材料光电响应特性的影响。结果表明:空位和自间隙原子两类缺陷都能够改变硅材料的能带结构和响应特性。532 nm激光辐照时,硅基光敏单元的输出饱和阈值明显降低。当辐照波长为1319 nm时,硅材料产生明显的带外响应,其中贡献最大的是四面体间隙缺陷。此时材料带隙消失,吸收系数高达50391 cm-1,折射率减小约25.99%,因此硅材料在1319 nm处的量子效率值最大,导致光电响应最为强烈,输出饱和阈值最小,为0.0015 W·cm-2
材料 单晶硅 光电响应 本征点缺陷 第一性原理 
光学学报
2023, 43(21): 2116002
Author Affiliations
Abstract
1 Tianjin Key Laboratory of Functional Crystal Materials, Institute of Functional Crystals, School of Materials Science and Engineering, Tianjin University of Technology, Tianjin 300384, China
2 Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China
ZnGeP2 (ZGP) crystals have attracted tremendous attention for their applications as frequency conversion devices. Nevertheless, the existence of native point defects, including at the surface and in the bulk, lowers their laser-induced damage threshold by increasing their absorption and forming starting points of the damage, limiting their applications. Here, native point defects in a ZGP crystal are fully studied by the combination of high angle annular dark-field scanning transmission electron microscopy (HAADF-STEM) and optical measurements. The atomic structures of the native point defects of the Zn vacancy, P vacancy, and Ge-Zn antisite were directly obtained through an HAADF-STEM, and proved by photoluminescence (PL) spectra at 77 K. The carrier dynamics of these defects are further studied by ultrafast pump-probe spectroscopy, and the decay lifetimes of 180.49, 346.73, and 322.82 ps are attributed to the donor Vp+ → valence band maximum (VBM) recombination, donor GeZn+ → VBM recombination, and donor–acceptor pair recombination of Vp+ → VZn-, respectively, which further confirms the assignment of the electron transitions. The diagrams for the energy bands and excited electron dynamics are established based on these ultrahigh spatial and temporal results. Our work is helpful for understanding the interaction mechanism between a ZGP crystal and ultrafast laser, doing good to the ZGP crystal growth and device fabrication.
ZnGeP2 crystal point defects HAADF-STEM photoluminescence pump-probe spectroscopy 
Chinese Optics Letters
2023, 21(4): 041604
闻军 1,*黄晓晓 1,**宁利新 2,***段昌奎 3
作者单位
摘要
1 安庆师范大学 电子工程与智能制造学院, 安徽 安庆  246133
2 安徽师范大学 光电材料科学与技术安徽省重点实验室, 安徽 芜湖  241000
3 中国科学技术大学 物理系, 安徽 合肥  230026
近年来,国内外研究者们开展了一系列关于无机荧光粉中稀土离子和点缺陷发光性质的第一性原理研究。本文简要介绍作者与合作者们在该研究领域开展的工作与取得的结果。首先,简要介绍稀土发光材料第一性原理研究常用方法,主要包括:基于密度泛函理论和超单胞模型的点缺陷计算以及基于波函数多组态相互作用的激发态计算。然后,从点缺陷的热力学稳定性与发光机理研究以及稀土离子4f→5d跃迁模拟与激发光谱指认两个方面,详细阐述了第一性原理计算在Ce3+和Eu2+离子掺杂荧光粉中的具体应用。最后,对稀土发光材料的第一性原理计算研究领域的机遇和挑战进行了简要总结。
稀土离子 点缺陷 发光机理 密度泛函理论 多组态相互作用 rare-earth ions point defects luminescence mechanisms density functional theory multi-configuration interaction 
发光学报
2022, 43(10): 1495
作者单位
摘要
1 北京师范大学核科学与技术学院 射线束教育部重点实验室, 北京 100875
2 北京市辐射中心, 北京 100875
离子激发发光(Ions beam induced luminescence,IBIL)可以实时原位分析不同温度、不同离子辐照条件下材料内部点缺陷的演变行为。本文利用2 MeV H+研究了300, 200, 100 K温度下ZnO单晶内部点缺陷发光及其随注量的演变行为。实验中发现ZnO深能级发射和近带边发射, 结合Voigt分峰与XPS实验结果, 确定红光(1.75 eV)与VZn相关, 橙红光(1.95 eV)来自Zni到Oi跃迁; 对于与VO相关的绿光(2.10 eV), 其红移可能由于温度降低导致更多电子由导带释放到Zni。峰中心位于3.10 eV和3.20 eV近带边发射分别来自于Zni到价带的跃迁和激子复合, 红移原因分别为Zni附近局域化能级和带隙收缩。利用单指数公式对发光强度进行拟合, 获得的衰减速率常数(f)可以表征缺陷的辐射硬度, 对比发现深能级发射峰在200 K时辐射硬度最大, 而近带边发射峰在300 K时辐射硬度最大。
离子激发发光 温度 点缺陷 ion-beam-induced luminescence temperature point defects ZnO ZnO 
发光学报
2022, 43(2): 226
作者单位
摘要
1 北京大学 核物理与核技术国家重点实验室, 北京100871
2 中国核科技信息与经济研究院, 北京100048
为配合6H-SiC中化学无序对其导电性能影响的研究, 本研究运用经典分子动力学方法, 采用LAMMPS软件对6H-SiC的线性级联碰撞过程进行了模拟, 给出了在不同能量、不同种类PKA(Primary Knock-on Atom)的情况下, 6H-SiC单次线性级联碰撞和多次线性级联碰撞过程中主要点缺陷的演化过程, 并统计了多次级联碰撞后化学无序的演化和六种点缺陷各自最终所占的比例。结果表明, 级联碰撞产生的Si-Si键比C-C键更易形成且更加稳定, Si-Si键主要由SiC反位缺陷形成, C-C键主要由C间隙原子聚集形成, PKA的种类及初始能量影响点缺陷的产额和化学无序的程度, 但不影响六种点缺陷各自的占比。
点缺陷 化学无序 线性级联碰撞 分子动力学 辐照 point defects chemical disorder linear collision cascade molecular dynamics irradiation 
无机材料学报
2020, 35(8): 889
牛萍娟 1,2,*吴英蕾 1于莉媛 1,2朱文睿 1[ ... ]杨洁 1
作者单位
摘要
1 天津工业大学 电子与信息工程学院, 天津 300387
2 天津工业大学 电气工程与自动化学院, 天津 300387
采用基于第一性原理计算的平面波超软赝势方法, 计算电子辐照后由简单缺陷引起的GaN外延材料的光学性能变化。首先计算出本征GaN晶体的性质作为研究缺陷性质变化的参照, 着重分析了VN、VGa、GaN、MgGa、MgGa-ON、MgGa-VN、VGa-ON等缺陷对光吸收谱的影响。由于InGaN多量子阱是主要的LED发光来源, 还对不同In摩尔分数掺杂下的GaN进行了光学性质研究。结果表明: VN、GaN和In掺杂等缺陷使GaN主吸收峰出现红移且吸收系数均降低; 而VGa、MgGa、MgGa-ON、VGa-ON均使GaN的主吸收峰出现蓝移, 只是MgGa缺陷使主吸收峰峰值增加, 其余缺陷均使主峰吸收系数降低; MgGa-VN仅仅减小了主峰峰值, 并未改变光子吸收波长。研究结果表明, 电子辐照后的缺陷会使材料性能发生变化。
第一性原理计算 电子辐照 缺陷 光学性能 first-principles calculation electron irradiation GaN GaN point defects optical properties 
发光学报
2016, 37(7): 798
作者单位
摘要
西北工业大学, 凝固技术国家重点实验室, 陕西 西安 710072
采用熔体法生长Ⅱ-Ⅵ族碲化物体单晶时, 不同的生长条件及热经历过程会导致生长态晶体材料中, 占主导的点缺陷类型存在较大的差异, 进而影响了晶体的物理性能及器件的使用。 低温光致发光(PL)谱作为一种无损检测方法, 可以用于研究不同条件下生长的Ⅱ-Ⅵ族碲化物体单晶中的点缺陷和杂质的能级状态。 对比富Te条件下生长的未掺杂ZnTe和CdTe晶体在8.6 K下的PL谱可以发现, 电阻率较低的p型ZnTe晶体, 其PL谱中, 电子到中性受主复合发光峰(e, A0)强度高于施主-受主对复合发光峰(DAP), 而高电阻率阻n型CdTe晶体则刚好相反, 这可能是由于生长速率及降温过程的热经历不同导致占主导的本征点缺陷类型不同造成的。 按化学计量比生长的未掺杂CdZnTe晶体, 其PL谱中自由激子发光峰(D0, X)占主导, 而(e, A0)峰强度高于DAP峰, 变温PL谱测试表明当温度高于15 K时, (e, A0)峰与DAP峰逐渐叠加在一起。 In掺杂导致在富Te条件下生长的CdZnTe晶体的PL谱中产生明显的A中心复合发光峰, 与导带的能量差约为0.15 eV, 主要与In补偿Cd空位形成的复合体[In+CdV2-Cd]-有关, 且其强度与In掺杂元素的含量成正比。
Ⅱ-Ⅵ族碲化物 光致发光谱 点缺陷 掺杂 Ⅱ-Ⅵ group telluride PL spectra Point defects Dopant 
光谱学与光谱分析
2015, 35(3): 582
作者单位
摘要
上海理工大学 理学院, 上海 200093
基于密度泛函理论, GGA-PBE交换相关势研究了含氧空位和氧填隙的Lu2SiO5(LSO)晶体的电子结构。详细讨论电子态密度, 分析了含氧空位的LGO晶体的电子态密度, 结果显示,在禁带中出现了一个新的态密度分布, VO5能产生一个吸收带, 该吸收带位于400~500 nm之间。
第一性原理 电子结构 点缺陷 first principle electronic structures point defects 
光学仪器
2015, 37(2): 138
作者单位
摘要
山东大学晶体材料国家重点实验室,济南,250100
用第一性原理研究了KH2PO4(KDP)晶体中性本征点缺陷的形成能并计算了常温下点缺陷的浓度.计算得到中性填隙氢原子的形成能为2.05 eV,进而得到298 K下的浓度约为1.21×10-17 mol/L.由于填隙氢原子在带隙中形成缺陷能级,并使能隙降低了2.6 eV, 因此消除填隙氢原子有利于提高晶体在355 nm附近的激光损伤阈值.计算得到的氧间隙、氧空位、钾空位和氢空位的形成能分别为0.60、5.25、6.50 和6.58 eV,常温下它们在晶体中也以较高的浓度存在.钾空位使晶胞体积增大约3.2%,并可能提高晶体电导率,从而降低光损伤阈值.P取代K的反位结构缺陷形成能尽管较低(4.1 eV), 但由于晶体生长溶液中P是以PO4四面体的形式存在,故此点缺陷的存在几率很小.
KDP晶体 点缺陷 缺陷形成能 第一性原理 KDP crystals Point defects Formation energy First-principle theory 
强激光与粒子束
2005, 17(10): 1523
作者单位
摘要
1 浙江大学现代光学仪器国家重点实验室光及电磁波研究中心,杭州,31002
2 浙江大学现代光学仪器国家重点实验室光及电磁波研究中心,杭州,310027
对平面波导工艺过程里出现的点缺陷,如气泡、灰尘颗粒等对平面波导内光场造成的散射提供了一种简单而又实用的计算方法.计算基于格林函数方法,并利用矩量法求解积分方程,采用分块矩阵优化算法,使得算法的计算时间直接与点缺陷大小相关,提高了效率.证明了一定大小的点缺陷在特定的波长处会产生很大的散射损耗,证明点缺陷的散射损耗依赖于缺陷大小和光学性质而与其在波导中的位置无直接关系.以二氧化硅平面波导为例,分析了对中心波长1.55 μm的入射光场,分别存在气泡和灰尘颗粒两种点缺陷时,散射损耗随点缺陷大小的关系特性,指出工艺过程特别应该避免某些孔径的点缺陷.
导波与光纤光学 平面波导 点缺陷 散射损耗 格林函数方法 矩量法 
光学学报
2004, 24(1): 11

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