为了研究硅量子点薄膜在太阳电池中的应用, 本文采用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术, 低温制备了镶嵌有纳米晶硅(nc-Si)的纳米硅氧多层(nc-SiOx/a-SiOx)薄膜样品。TEM图显示, 通过调整nc-SiOx层的厚度, 实现了薄膜多层结构的低温调控。利用拉曼散射光谱(Raman)、紫外可见透射光谱以及稳/瞬态光致发光(PL)谱等检测手段对薄膜的微观结构、能带特征以及发光特性进行了分析。光吸收谱分析表明, nc-Si粒子尺寸及其a-SiOx边界层共同影响薄膜的光学带隙。稳/瞬态PL谱分析表明, 多层结构发光表现为一个固定于1.19 eV附近的发光峰和一个随nc-SiOx层厚度增加而发生红移的发光峰, 其中固定发光峰归因于非晶SiOx网络中缺陷发光, 发光衰减寿命约在4.6 μs, 峰位可调的发光峰为nc-Si量子限制效应-缺陷态复合发光, 对应两个发光衰减过程, 其中慢发光衰减寿命随nc-SiOx层厚度增加由9.9 μs增加到16.5 μs, 快发光衰减过程基本保持不变。低温PL谱的温度依赖特性进一步表明, 薄膜样品的发光主要表现为nc-Si的量子限制效应发光。

为了研究硅异质结太阳电池中纳米硅氧薄膜的光电特性, 采用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术制备了一系列不同晶态比例的nc-SiOx∶H薄膜, 利用拉曼散射光谱(Raman)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外可见透射光谱以及稳/瞬态光致发光谱等检测手段分别对薄膜的微观结构、键合配置, 能带特征以及发光特性进行了表征。薄膜结构特征分析显示, 随着氧掺入量的增加, 薄膜由微晶向非晶转化, 光学带隙逐渐增加, 而处在相变区(晶化度约为10%, nc-Si尺寸约为3 nm)的薄膜具有较高的中程有序度、较小的结构因子和较为致密的微观结构。薄膜稳/瞬态光致发光结果显示, 一定量的氧掺入可以钝化缺陷、增强发光, 而相变区薄膜的发光强度最大, 表明较小尺寸的nc-Si具有较强的量子限制效应, nc-Si的量子限制效应发光是主要的载流子复合机制。

采用射频磁控反应溅射技术制备了a-Si/SiNx超晶格材料, 并采用热退火技术对材料进行处理。利用吸收光谱和X射线衍射谱对材料进行表征, 结果表明Si层呈现非晶态。为研究材料的三阶非线性光学特性, 对材料进行Z扫描研究, 测量数据表明, 材料的非线性吸收为反饱和吸收, 材料非线性折射率呈现为负值, 该材料的χ(3)的实部为4.57×10-17 C(1.39×10-7 esu), 虚部为1.49×10-17 C (4.48×10-8 esu), 该极化率数值比体硅材料的χ(3)值大5个数量级。对该材料非线性光学产生的机理进行了研究, 认为材料体现出的较强的量子限制效应是非线性极化率增强的主要来源。

采用液相剥离法剥离MoS2块体材料,通过选择合适的剥离剂、超声时间、超声功率得到含有不同尺寸且分散均匀的MoS2混合纳米薄片悬浮溶液.在360 nm光激发下,这种悬浮液表现出单层MoS2及小尺寸MoS2纳米颗粒的复合发光特征.与微机械剥离得到的单层MoS2的发光特性相比,这种液相法得到的混合纳米薄片在512 nm处的最强发光峰位发生明显蓝移.混合纳米薄片在横向尺度上所产生的量子限制效应可能是导致该峰位蓝移的主要原因.

将纳米硅薄膜看成理想的一维限制的量子面结构, 通过第一性原理计算研究了不同厚度的硅(111)量子面的能带结构及态密度。随着量子面厚度的变化, 在Si—H键钝化较好的量子面结构上, 其带隙宽度变化主要遵循量子限制效应规律。当在表面掺杂时, 模拟计算表面含Si—N键的硅(111)量子面的结果表明: 在一定厚度范围内, 带隙宽度主要由量子限制效应决定; 超过这个厚度, 带隙宽度同时受量子限制效应和表面键合结构的影响。保持量子面厚度不变, 表面掺杂浓度越大则带隙变窄效应越明显。同样, 模拟计算含Si—Yb键的硅(111)量子面的结果也有同样的效应。几乎所有的模拟计算结果都显示: 量子面的能带结构均呈现出准直接带隙特征。

通过光致发光光谱,研究了量子限制效应对GaAs 体材料中均匀掺杂和一系列GaAs/ AIAs 多量子阱(阱宽范围从30?到200?) 中d 一掺杂浅受主杂质缺(Be) 原子带间跃迁的影响。实验中所用的样品是利用分子束外延技术生长的均匀掺Be 受主的GaAs外延层和一系列在量子阱的中央进行了浅受主Be 原子d 掺杂的GaAs/ AIAs 多量子阱。在4.2K 的低温下,测量了上述样品的光致发光谱,很清楚地观察到了受主束缚激子从基态18 3/ 2 (f 6) 到两个激发态28 3/ 2 (f 6) 和383/ 2 (f 6) 的双空穴跃迁。研究发现,随着量子限制效应的增强,受主跃迁能量会增加。对量子限制效应调节受主杂质问跃迁能量的研究,进一步增强了对受主能态可调性的认识,为太赫兹远红外发光器或激光器的研发提供了一种新的途径。

本文介绍了用拉曼光谱研究CdSe和ZnO两种Ⅱ-Ⅳ族量子点材料的结果,对拉曼峰进行了指认.观察到的光学声子峰位的移动被认为是由量子限制效应引起.

采用差分法求解有效质量方程,考虑轻重空穴的混合效应及应变效应,对三种不同形状的量子阱的能带结构、价带态密度、跃迁矩阵元进行了比较。在阱宽相同的条件下,方阱有最大的限制能力,但抛物阱和三角阱有更平坦的态密度曲线,使得以抛物阱和三角阱为有源区的激光器和半导体激光放大器可以有较低的透明电流密度。同时价带子带的耦合强烈改变了跃迁矩阵元,这对量子阱的增益特性会产生影响。