设计了由金属硫化物/聚苯胺p-n异质结和紫外光敏材料氧化锌所组成的光敏传感器, 通过紫外光照外接氧化锌层来控制金属硫化物/聚苯胺p-n结的耗尽区厚度。与其他报道的光敏材料不同的是, 其他光敏材料在紫外光照射下光电导会增加, 而该光敏传感器在紫外光照射下光电导会减少。

采用熔融共混法和高温压模法制备出PC/YAG∶Ce荧光树脂片, 样品经减薄和抛光处理后, 通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、光致发光(PL)、透射光谱等测试手段进行分析。厚度为0.87 mm的样品在500~800 nm范围内的透过率约为65%。样品主相为Y3Al5O12, 在342 nm和448 nm有两个激发峰。样品的发射光谱在532 nm有一宽峰, 属于Ce3+的5d→4f特征跃迁发射。荧光树脂片中荧光粉含量越高, 样品发射强度越大, 是一种适合用于白光LED封装的新型荧光材料。

采用热蒸发法成功制备了Al掺杂四针状ZnO纳米结构(T-AZO), 利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、荧光光谱仪和场发射测试系统分别研究了不同Al摩尔分数对T-AZO纳米结构表面形貌、微结构、光致发光谱和场发射特性的影响。实验结果表明: T-AZO纳米结构呈现六角纤锌矿结构, Al掺杂对四针状ZnO纳米结构的形貌产生明显影响并且使紫外发射峰产生蓝移。实验中, 当Al掺杂摩尔分数为3%时, 场发射性能最好, 其开启场强为1.33 V/μm, 场增强因子为8 420。

ZnO薄膜中的高的背景电子浓度能够对p型掺杂形成补偿, 从而对p型掺杂造成障碍, 了解高背景电子浓度的来源有助于对p型掺杂的研究。本文采用分子束外延技术在不同真空度下在a面蓝宝石衬底上生长了一系列氧化锌薄膜, 发现在低真空度下生长的样品的载流子浓度较高, 为1019 cm-3量级; 而高真空度下生长的样品, 其载流子浓度比低真空生长的样品显著降低, 降低了3个数量级。在相同条件下生长的样品, 通过不同的后处理手段进行处理后, 其电子浓度未发生明显变化, 说明氧空位等本征缺陷不是ZnO薄膜中电子的主要来源, 高背景电子浓度应该与生长过程中非故意引入的杂质相关。通过低温光致发光表征, 发现低真空度下生长的样品在低温下3.366 eV处有强的施主束缚激子发光峰, 而高真空度下生长的样品的此发光峰显著变弱。由此, 高电子浓度被归结为与生长过程中非故意引入的氢杂质相关。

采用固态反应法制备了Gd3PO7∶Eu3+ 和 La3PO7∶Eu3+发光材料, 通过X射线衍射和SEM确定了样品的结构和形貌。 在真空紫外光的激发下, Gd3PO7∶Eu3+样品展示了较弱的基质吸收; 但在紫外光的激发下, Gd3PO7∶Eu3+显示了比La3PO7∶Eu3+更强的红光发射, 其原因是在Gd3PO7∶Eu3+中存在Gd3+到Eu3+的有效能量传递过程。两个样品的发射光谱峰值位于618 nm, 属于Eu3+的5D0→7F2跃迁。Eu3+在材料中处于较低的格位对称环境, 具有很好的色纯度。

采用高温固相法制备了Ba9(Y2-xScx)(SiO4)6∶Ce3+,Mn2+(x=0,0.5,1.0,1.5,2.0)样品。在该体系中, 当Sc3+含量从x=0逐渐增加至x=2时, Ce3+的蓝光发射强度提高了1.7倍; 同时, Mn2+的红光发射强度提高了1.9倍, 显示了优良的红光特性。样品的发射光谱和漫反射光谱表明, Ce3+、Mn2+发射强度的增加与Ce3+吸收能力和Ce3+向Mn2+能量传递的提升有直接关系。研究了样品Ba9Sc2(SiO4)6∶Ce3+,Mn2+的热稳定性。随着温度的升高, Mn2+的红光发射呈现先升后降的态势。当温度从室温升至488 K时, Mn2+发射强度仅下降至室温时的84%, 表现出优良的热稳定性。高亮的红光发射和优良的热稳定性表明该荧光材料可为紫外基白光LED提供良好的红色光源。

通过溶胶-凝胶法制备出不同Tb3+掺杂浓度和不同二次煅烧温度下的ZnAl₂O₄∶Tb³⁺荧光粉, 并利用X射线衍射(XRD)和荧光光谱等对样品进行了表征。由XRD结果可知, 当Tb3+掺杂的摩尔分数不大于9%, 二次煅烧温度在600 ℃以上时, 所得粉体为结晶性良好的尖晶石相。在紫外光激发下, ZnAl2O4∶Tb3+荧光粉的发射光谱由位于488 nm(5D4 →7F6)、542 nm(5D4 →7F5)、587 nm(5D4 →7F4 )和621.5 nm(5D4 →7F3)的4个发射峰组成。研究发现, Tb3+的掺杂浓度和二次煅烧温度对样品发光强度有着重要影响, 当Tb3+的摩尔分数为5%, 二次煅烧温度为900 ℃时, ZnAl2O4∶Tb3+荧光粉的发光最强, 继续增加Tb3+掺杂浓度或提高煅烧温度, 分别会出现浓度猝灭和温度猝灭现象。

采用溶胶-凝胶法合成Ln2Sn2O7 ∶Er3+(Ln=La, Gd, Y)纳米晶。通过X射线衍射和场发射扫描电子显微镜测试了样品的晶体结构和形貌, 同时对样品的上转换发光性能进行了测试。结果表明: 在980 nm连续激发光的激发下, 样品主要表现为绿光发射。发射中心在528, 549 nm的绿光和672 nm处的红光发射分别对应Er3+离子的4S3/2 →4I15/2、2H11/2 →4I15/2和 4F9/2→4I15/2跃迁。以La2Sn2O7∶Er3+纳米晶为例, Er3+离子的摩尔分数为7%、退火温度为1 150 ℃是其制备的最佳条件, 此时其各个发射峰的强度最高。对La2Sn2O7∶Er3+的发光强度与激发功率关系的研究表明, 其绿光和红光发射均为双光子过程。激发光吸收和能量转移是La2Sn2O7∶Er3+纳米晶上转换发光的主要机制。

制备了结构为ITO/MoO3(40 nm)/空穴传输层/CBP∶Ir(ppy)2acac(8%)(30 nm)/BCP(10 nm)/Alq3(40 nm)/LiF(1 nm)/Al(100 nm)的器件, 其中Ir(ppy)2acac为绿色磷光染料, 空穴传输层分别为TAPC(50 nm)、TAPC(40 nm)/TCTA(10 nm)、NPB(50 nm)、NPB(40 nm)/TCTA(10 nm)。通过使用4种不同结构的空穴传输层, 对器件的发光性能进行了研究。结果表明, 空穴传输层对器件的发光性能有较大影响。在电压为6 V、电流密度为2 mA/cm2的条件下, 4种结构的器件的电流效率分别为52.5, 67.8, 35.6, 56.6 cd/A。其原因是TAPC/TCTA及NPB/TCTA能级结构更有利于空穴对发光层的注入而且TAPC拥有较高的空穴迁移率; 另外, TAPC及TCTA拥有较高的LUMO和三线态能量, 可以有效地将电子和三线态激子束缚在发光层内, 增加绿光染料的复合发光几率。所制备的器件均表现出良好的色坐标稳定性。

利用简单的高温固相法合成稀土离子掺杂的NaLn4-x(SiO4)3F∶xRE3+(Ln=La, Gd; RE=Tb, Dy, Sm, Tm)系列荧光粉, 利用X射线粉末衍射仪和荧光分光光度计分别测试其物相结构和荧光性能。结果表明, 所合成样品均为纯的六方晶系结构, 在紫外光激发下所合成样品均表现出所掺杂稀土离子的f-f特征能级跃迁, Tb3+、Dy3+、Sm3+和Tm3+等激活离子分别发出蓝绿色、白色、橙色以及蓝色等荧光发射。

采用柠檬酸溶胶-凝胶法制备了Eu3+掺杂的新型钼酸盐基Na0.35BaMo8O16红色荧光粉。利用X射线衍射、扫描电镜、红外光谱等方法对荧光粉的结构、形貌及组成进行了表征。结果表明, 经800 ℃退火可以得到表面光滑基本呈长方体结构的Na0.35BaMo8O16∶Eu3+样品。在614 nm波长光的监测下, Na0.35BaMo8O16∶Eu3+荧光粉的激发光谱为一宽带和系列锐峰, 其最强激发峰出现在蓝光465 nm处, 表明该荧光粉可以与广泛使用的蓝光LED芯片的输出波长相匹配。在465 nm蓝光的激发下, Eu3+在Na0.35BaMo8O16中有位于614 nm处的非常强的5D0→7F2跃迁发射, 色坐标值 (0.650 8, 0.348 9)与标准红光的色坐标值(0.67, 0.33)接近, 有望成为一种潜在的适用于蓝光LED芯片的光转换红光材料。

用高温固相反应法合成了Sr2EuxGd1-xAlO5红色荧光粉, 研究了荧光粉的晶体结构和发光性质。在紫外光和近紫外光激发下, 样品的发射光谱由Eu3+的5D0→7FJ(J=0, 1, 2, 3, 4) 特征发射组成, 其中Eu3+离子的5D0→7F1(λ=590 nm)和5D0→7F2(λ=622 nm)跃迁发射的强度最大。当Eu3+离子的摩尔分数为 0.75时, 样品的发光最强。研究结果表明, Sr2EuxGd1-xAlO5荧光粉是一种在近紫外芯片白光LED上有应用前景的红光荧光粉。

采用甚高频等离子体增强化学气相沉积方法制备富硅氮氧化硅(a-SiO0.35N0.59∶H)薄膜, 以这层薄膜作为有源层构建发光二极管。实验结果表明器件在室温下可观测到强的电致红光发射, 发光峰在715 nm附近, 与其光致发光峰位一致。电致发光谱测量还表明器件开启电压为8 V, 器件的电致发光强度随注入电流的增大呈线性递增关系。电流-电压特性分析表明器件的载流子输运机制以Pool-Frenkel(P-F)发射模型为主。结合发光有源层的微结构分析, 初步认为电致红光发射来自于电子和空穴通过有源层的带尾态的辐射复合。

采用分子束外延设备在不同晶面蓝宝石衬底上(c面, a面, r面)生长BeZnO薄膜。使用复合缓冲层生长得到了高质量的BeZnO薄膜, X射线衍射半高宽达到600 arcsec。在c面与a面蓝宝石衬底上生长得到了极性BeZnO薄膜, 在r面蓝宝石上生长得到了非极性BeZnO薄膜。共振拉曼光谱测试结果表明薄膜中的Be含量在同一水平。相对于c面与a面蓝宝石上的极性BeZnO薄膜, 生长在r面蓝宝石衬底上的非极性BeZnO薄膜具有较大的表面粗糙度以及较大的半高宽, 但是其光致发光谱中的紫外发光峰远远强于极性BeZnO薄膜, 并且黄绿光发光峰弱于极性BeZnO薄膜。

采用具有良好比刚度和热稳定性的碳化硅材料作为基底, 使用全息-离子束刻蚀技术制作了光栅。碳化硅材料表面固有缺陷导致制作的光栅刻槽表面粗糙度高, 槽底和槽顶粗糙度分别达到了29.6 nm和65.3 nm (Rq)。通过等离子辅助沉积技术在碳化硅表面镀制一层均匀的硅改性层, 经过抛光可以获得无缺陷的超光滑表面。XRD测试表明制备的硅改性层为无定形结构。原子力显微镜的测试结果表明:经过抛光后, 表面粗糙度为0.64 nm(Rq)。在此表面上制作的光栅刻槽表面粗糙度明显降低, 槽底和槽顶粗糙度分别为2.96 nm和7.21 nm, 相当于改性前的1/10和1/9。

设计了一种基于AlGaInP发光材料的像素为320×240、单元像素面积为100 μm×100 μm 微型LED阵列。通过仿真和分析, 设计了一种双条形电极结构。考虑到不同电极宽度下的电流分布情况以及电极的遮光效应, 设计了电极宽度为13 μm 的优化电极结构, 使得每个发光像素的表面出光面积比为50.15%, 并分析了电极对有源层出射的光的反射影响。制定了基于MOEMS工艺的微型LED器件的制作流程并进行了基本实验研究, 最终给出了制作出的上电极的单个单元照片。

采用MOCVD技术在c面蓝宝石衬底上外延制备了N极性GaN薄膜。通过KOH腐蚀的方法判定了GaN外延薄膜的极性。通过X射线双晶衍射(XRD)摇摆曲线和光致荧光(PL)谱测试研究了成核层生长时间对N极性GaN薄膜晶体质量和发光性能的影响。研究结果表明, 成核层生长时间为300 s时, N极性GaN薄膜样品的位错密度最低, 发光性能最好。采用拉曼(Raman)光谱对样品的应变状态进行了分析。

通过仿真软件AFORS-HET对a-Si∶H(p)/i-a-Si∶H/c-Si(n)异质结太阳能电池的光伏特性进行分析及优化, 主要对比了a-Si∶H(p)层的均匀掺杂和表面掺杂浓度D1=1×1020 cm-3>界面掺杂浓度D2=4×1019 cm-3的梯度掺杂情况时的光伏特性, 实现了在梯度掺杂时22.32%的光电转换效率。与均匀梯度掺杂相比, 发射层的梯度掺杂除了引入一个附加电场, 还优化了能带结构、光谱响应、表面复合速率。结果表明, 梯度掺杂可以有效地改善电池的光电转换性能。

利用原位缩合法制备了聚(2-甲氧基-5辛氧基)对苯乙炔(MOPPV)-ZnSe量子点复合材料, 通过对复合材料的X射线衍射、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、紫外可见吸收光谱等研究, 发现聚合物MOPPV与ZnSe量子点以包覆形式有效地复合在一起, 复合材料中ZnSe量子点结晶性良好, 尺寸约为4 nm; 且两者之间发生光诱导电荷转移, 复合材料随着退火温度的升高, 其吸收光谱范围发生红移。通过对MOPPV-ZnSe复合材料光电性能的研究发现, 复合材料光电性能随着退火温度的升高逐渐表现出明显的二极管特性, 转换效率出现先增大后减小的趋势,且在160 ℃时转换效率达到最大为0.3726%。

通过分析矩形出光孔径和亚波长金属光栅结构, 发现大孔径高功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)的偏振控制的难点在于横模非常复杂。因此提出一种新型的氧化光栅型VCSEL结构, 不仅能够很好地在有源区内引入各项异性的增益结构, 并且最大的优势还在于能够完美地控制大孔径VCSEL的横模。通过有限元软件对器件有源区的电流分布进行了模拟, 发现当光栅脊的宽度为1.8 μm时, 载流子在光栅两端聚集的现象基本上可以消除, 而且其电流密度分布差可以达到很高。

对InGaN/GaN多量子阱蓝光和绿光LED进行了室温20, 40, 60 mA加速电流下的电应力老化研究, 发现蓝光与绿光样品经过60 mA电流老化424 h后, 其电学性能表现出一定的共性与差异性: 在小测量电流下, 绿光样品的光衰减幅度较蓝光样品大~9%; 而在较大测量电流 (20 mA)下, 两者的光衰减幅度基本相同 (18%)。同时, 蓝绿光样品的正向电学性能随老化时间的变化幅度基本一致, 反映出它们具有相似的退化机制, 绿光样品老化后增多的缺陷大部分体现为简单的漏电行为, 而并非贡献于非辐射复合中心。在此基础上对GaN基外延结构进行了优化, 优化后的LED长期老化的光衰减幅度较参考样品降低了3%。

为了研究快速识别虫眼枣与正常枣的有效方法, 利用特征波长主成分分析法结合波段比算法进行虫眼枣识别。首先, 利用NIR高光谱成像系统采集130个长枣(50个正常、80个虫眼枣)图像, 提取并分析不同类型长枣特征区域的平均光谱曲线, 对970～1 670 nm范围内的光谱数据进行主成分分析, 确定7个特征波长(990, 1 028, 1 109, 1 160, 1 231, 1 285, 1 464 nm)。然后, 对长枣图像做主成分分析, 选择PC2图像进行虫眼识别, 虫眼与正常枣的识别率分别为67.5%、100%。为了进一步提高虫眼枣的识别率, 采用波段比(R1231/R1109)对未识别的虫眼枣进行再次识别, 识别率提高到90%。结果表明, 基于NIR高光谱成像技术的检测方法对虫眼枣识别是可行的, 同时也为多光谱成像技术应用于在线检测长枣品质提供了理论依据。

设计了加载MIM波导的Otto结构研究SPPs的传输和衰减特性, 应用球面EM场的解法求解了整个介质区域的本征函数的特征值。对SiO2厚度分别为750 nm和1 500 nm的设计结构进行了仿真, 结果表明: 750 nm改进结构的TM0传播常数达到了1.541, 衰减系数仅仅为2.80; 随着SiO2层介质厚度的减小, 反射系数随之增大, 且不同金属介电常数的谐振方向变化趋势一致; 随着腔厚度的减小, 在反射相位减少的同时其存储能量也随之减少。

开发溶酶体荧光探针对于研究与溶酶体相关的细胞生理、病理活动具有重要的理论意义及实际应用价值。7-二乙胺基-3-(2′-吡啶)香豆素(L3)是一种弱碱性化合物, 易于累积在酸性溶酶体中, 有作为溶酶体荧光探针的潜质。本文详细研究了pH值对L3光谱性质的影响及其溶酶体定位成像能力。研究结果表明, 该化合物具有一定的溶酶体定位能力, 可以作为溶酶体荧光探针先导化合物。

为了寻找结肠癌的病理发展规律在拉曼光谱属性上的体现, 采用共聚焦显微拉曼光谱仪对60例离体的正常结肠组织、腺瘤性息肉和腺癌组织的近红外拉曼光谱进行对比检测, 初步探讨了三类组织的拉曼光谱特征及其改变的规律。结果表明: 三类组织拉曼光谱的差异明显存在于830, 855, 1 032, 1 210, 1 323, 1 335, 1 445, 1 450, 1 655 cm-1处, 腺瘤性息肉的光谱大体位于正常组织与腺癌组织之间。以组织病理诊断为金标准, 主成分分析结合线性判别分析技术建立的诊断算法区分3类组织的灵敏度分别为96.9%、85.7%和97.3%, 特异性分别为82.8%、90%和92.3%。因此, 拉曼光谱有潜力在分子水平上区分正常结肠组织、腺瘤性息肉和腺癌组织, 有望成为结肠癌早期诊断的一种有效方法。

采用溶胶-凝胶法制备了非晶锌锡氧化物(ZTO)薄膜晶体管(TFT), 通过热重-差热分析(TG-DTA)对ZTO胶体中的化学反应进行了分析, 研究了不同退火温度对ZTO TFTs性能的影响。结果表明: 当退火温度在300～500 ℃范围内时, 薄膜为非晶态结构, 薄膜表面致密、平整。当退火温度达到400 ℃时, 薄膜在可见光范围内具有高透过率(>85%)。随着退火温度的升高, 器件阈值电压明显降低, 由15.85 V降至3.76 V, 载流子迁移率由0.004 cm2·V-1·s-1提高到5.16 cm2·V-1·s-1, 开关电流比达到105。退火温度的升高明显改善了ZTO TFT的电学性能。