近年来InAs/GaSb二类超晶格红外探测器在材料晶体结构生长、器件结构设计与成像应用方面取得了飞速发展。尤其在多色红外探测方面，二类超晶格材料以其具备的带隙可调、暗电流小、量子效率高、材料均匀性高，以及成本低等优越性能，使其逐步成为第三代红外焦平面探测器的优选材料。本文阐述了锑化物窄带隙半导体研究中心的锑化物多色红外探测器研究进展。本团队成功实现了低噪声、高量子效率以及低光学串扰的短/中、短/长、中/长、长/长、中/长/甚长波等多种高性能多色红外探测器研制。

碲镉汞(MCT)自从问世以来一直是高端红外(IR)探测器领域的首选材料，分子束外延碲镉汞技术具有低成本异质外延、材料能带精准调控、原位成结等优势，是第三代红外焦平面陈列(FPA)器件研制的重要手段。本文报道了昆明物理研究所分子束外延（MBE）MCT薄膜技术进展，包括材料结构、晶体质量、表面缺陷、材料均匀性、掺杂浓度等参数优化控制的研究结果。异质衬底、碲锌镉衬底上MCT薄膜尺寸分别为4英寸(10.16 cm)及2.5 cm×2.5 cm，材料EPD值分别在1×106 cm-2附近及(3~30)×104 cm-2范围，表面宏观缺陷密度分别在30 cm-2附近及100~300 cm-2范围，薄膜质量与国内外先进水平相当。采用分子束外延MCT薄膜实现了2 048×2 048中波红外（MWIR）、2 048×2 048短波甚高分辨率红外（SWIR）焦平面、640×512中短双色红外（S-MWIR）、320×256中中双色红外（M-MWIR）FPA探测器的研制和验证。

锑化铟(InSb)晶体材料自发现伊始，基于其独特的物理化学性质和优良的工艺兼容性，成为了半导体材料领域研究的热点。近几十年来，由于其在红外探测领域的应用前景，更是深受国内外研究机构的广泛关注和重视，技术发展迅速。目前，InSb晶体材料作为制备高性能中波红外探测器的首选材料，应用前景和商业需求巨大，基于InSb晶体材料的红外探测器的快速发展更是大大提升了红外系统的性能，促进了红外技术在军民领域的广泛应用。本文主要介绍了InSb晶体材料的性质，梳理了国内外各公司及研究机构关于InSb晶体材料的研究进展，以及其在红外探测领域的应用情况，对其发展前景和趋势进行了展望。

本文采用以蒙特卡罗方法为基础的SRIM软件模拟He离子注入对Ge中缺陷行为的影响，为高质量GOI(绝缘体上Ge)材料的制备提供理论指导。本文主要模拟了He离子入射角度、能量以及注入剂量对Ge材料损伤程度和溅射产额等的影响。研究表明：入射角度较小时，拖尾效应不明显，有利于避免沟道效应，同时缺陷空位数(DPA)也处于较低水平；能量增大导致离子射程增大，溅射产额减小，离表面越近的Ge中DPA变少，可以实现低DPA GOI材料的制备；离子注入剂量增大导致损伤区域增大且集中，然而更多的He离子聚集在射程附近，能够很好地降低GOI材料的剥离温度。

利用化学气相传输法(CVT)制备了InSeI单晶。该晶体为黄色的针状物，晶体较脆。在室温下进行X射线衍射分析发现，其属于四方晶系，晶胞参数为a=b=1.864 3(5) nm，c=1.012 0(3) nm，V=3.517 2 nm3,空间群为I41/a。紫外可见光吸收光谱、光致发光光谱等结果显示该晶体的禁带宽度是2.48 eV，在一定波段光的激发下，InSeI单晶在600 nm左右有较宽的发射峰，表明该晶体的发光方式为缺陷态发光。介电温谱表明InSeI单晶在440 K时其四方相的结构发生了相变。

利用Mindlin一阶板理论分析了覆盖非等厚电极层的AT切石英晶体板的高频振动，获得了包含厚度剪切振动模态、弯曲振动模态、面剪切振动模态、拉伸振动模态和厚度扭转振动模态的色散关系和频谱关系。研究结果表明由于上下电极层的非等厚性，过去认为不耦合的两组振动模态变得相互耦合，必须进行联合求解。计算结果表明由于非等厚电极层的质量效应，各振动模态的频率均有所降低。根据石英晶体板高频振动的频谱关系图，可以选取石英晶体板的最佳长厚比作为谐振器的制造尺寸。获得的电极层厚度与频率变化关系可以用来指导谐振器电极层厚度设计。

半导体材料通过掺杂实现n型和p型载流子导电在半导体器件领域具有重要意义，理论上可通过计算电荷转移能级和缺陷形成能来探索半导体材料的n型和p型掺杂效率。基于第一性原理，结合二维带电缺陷计算方法，类石墨烯氮化铝(graphene-like AlN, g-AlN)中的四种(BeAl,MgAl，CaAl，SrAl)潜在p型掺杂缺陷的结构、磁学、电学和缺陷形成能及转移能级被系统地计算。结果表明，所有缺陷体系均表现为深受主能级特性，很难为二维g-AlN提供p型载流子，它们反而会捕获g-AlN中的空穴，从而严重影响二维g-AlN材料的空穴导电率。BeAl在整个电子化学势范围内具有最小的形成能，因此更加容易掺入到g-AlN中，影响g-AlN材料的p型掺杂效率。

近年来，半导体量子点特别是InAs量子点的基本物理性质和潜在应用得到了广泛研究。许多研究者利用InAs量子点结构的改变以调制其光电特性。本文采用液滴外延法在GaAs(001)表面沉积了不同沉积量的In(3 ML、4 ML、5 ML)，以研究In的成核机制和表面扩散。实验发现，随着In沉积量的增加，液滴尺寸(包括直径、高度)明显增大。不仅如此，在相同的衬底温度下，沉积量越大，液滴密度越大。利用经典成核理论，计算了GaAs(001)表面In液滴形成的临界厚度为0.57 ML，计算的结果与已报道的实验一致。从In原子在表面的迁移和扩散，以及衬底中Ga和液滴中的In之间的原子互混原理解释了In液滴形成和形貌演化的机理。实验中得到的In液滴临界厚度以及In液滴在GaAs(001)上成核机理，可以为制备InAs量子点提供实验指导。

采用两步法在导电玻璃(FTO)基板上制备纯氧化锌(ZnO)纳米棒和钇掺杂的氧化锌(ZnO∶Y)纳米棒，采用连续离子层吸附反应法(SILAR)在所制备的ZnO及ZnO∶Y纳米棒上沉积CuInS2量子点制备ZnO/CuInS2和ZnO∶Y/CuInS2光阳极。利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、电子探针能谱仪（EDS）、紫外-可见分光光度计（UV-Vis）、电流密度-电压（J-V）曲线等技术手段对不同光阳极样品的晶相结构、微观形貌、化学组成、光吸收性能和太阳电池性能进行了表征。实验结果表明：所制备的ZnO纳米棒和ZnO∶Y纳米棒为六方纤锌矿结构。CuInS2量子点敏化的ZnO纳米棒薄膜的光学带隙从3.22 eV减小为2.98 eV。CuInS2量子点敏化ZnO∶Y太阳能电池的短路电流密度和光电转换效率比未掺杂的ZnO纳米棒组装的太阳能电池分别提高了6.5%和50.4%。

近年来，HIT(heterojunction with intrinsic thin-layer)结构太阳能电池由于具有转化效率高和可低温生产等优点获得了广泛的关注，但是转化原材料成本高、生产技术条件苛刻和缺陷态控制等问题制约了其进一步的发展。本文采用AFORS-HET软件模拟了ZnO(n)/ZnSe(i)/c-Si(p)异质结太阳电池结构吸收层掺杂浓度、缺陷密度和界面缺陷态密度等参数对该结构短路电流、开路电压、填充因子和光电转换效率的影响。优化后的结果显示，当吸收层掺杂浓度为1×1021 cm-3，ZnO层和c-Si层缺陷密度小于1017 cm-3时，ZnSe/c-Si界面缺陷密度小于1025 cm-3时，该结构太阳能电池光电转换效率可达24.29%。

单层二硫化钼(MoS2)是一种具有优异光电性能的半导体材料，在太阳能能量转换中表现出很大的应用潜力。本文基于AMPS模拟软件，对单层n型MoS2/p型c-Si异质结太阳电池进行了数值模拟与分析。通过模拟优化，n型MoS2的电子亲和能为3.75 eV、掺杂浓度为1018 cm-3，p型c-Si的掺杂浓度为1017 cm-3时，太阳电池能够取得最高22.1%的转换效率。最后模拟了n型MoS2/p型c-Si异质结界面处的界面态对太阳电池性能的影响，发现界面态密度超过1011 cm-2·eV-1时会严重影响太阳电池的光伏性能。

寻求具有较小晶格热导率klat的高热电性能的二维材料具有重要意义。基于从头计算和声子玻耳兹曼输运理论,该研究首先对二维CdO结构进行优化，并通过计算声子谱验证了单层CdO的动力学稳定性。在此基础上详细研究了单层CdO的声子输运性质。计算表明在室温下单层CdO的晶格热导率klat约为5.7 W/(m·K)，低于单层石墨烯、磷烯、黑磷和MoS2等二维材料的晶格热导率。其中，Z方向声学模式(Z-direction acoustic, ZA)，横声学支(transverse acoustic,TA)，纵声学支(longitudinal acoustic, LA)，Z方向光学模式(Z-direction optical, ZO)，横光学支(transverse optical, TO)，纵光学支(longitudinal optical, LO)对klat的百分比贡献分别为73.7％、13.9％、3.7％、2.8％、4.7％和1.2％。研究发现，ZA、TA、LA声学支和光学支之间的强散射是导致单层CdO低热导率的原因。本文计算结果可用于指导基于CdO的低维热电器件的设计。

利用炭吸附水热法制备钙钛矿型TmFeO3纳米粉体，通过X射线衍射仪(XRD)，热重-差热分析仪(TG-DTA)，紫外可见分光光度计(UV-Vis)和气相色谱仪等设备分析晶体比表面积、热稳定性、吸光性能及物相结构。以全谱镝灯为可见光光源，通过催化甲基橙降解，评价TmFeO3粉体的光催化性能。实验结果表明，炭吸附水热法制得的TmFeO3粉体有更高的结晶度和热稳定性，且比表面积大，吸收可见光范围增大，吸光性能更好。光催化降解甲基橙实验结果表明，光照140 min时对甲基橙的降解率达88％，是普通水热合成法制得的TmFeO3催化性能的1.5倍。

本文采用高温固相法成功合成了一系列Ba2YAlO5∶0.2Eu3+, xNa+(x=0.01,0.03,0.05,0.10,0.20,0.30)荧光粉，研究了Eu3+,Na+掺杂对晶体结构的影响。使用扫描电子显微镜观察荧光材料的微观形貌，使用荧光光谱仪对荧光粉的激发和发射光学特性进行观测和分析，从理论上研究了浓度猝灭和能量传递现象。在613 nm监测波段下，激发光谱在270~290 nm处出现O2-→Eu3+电荷转移带，395 nm和465 nm处出现峰值，在465 nm处峰值最大，对应于7F0→5D2跃迁。在465 nm监测波长下，观察到在613 nm处发射峰最强，对应于5D0→7F2跃迁，钠离子最优掺杂浓度为x=0.03。通过理论计算得出基质中的能量传递在最近邻离子之间。对发光材料进行热稳定性测试和分析，计算得到热猝灭激活能的值为0.058 eV，计算出Ba2YAlO5∶0.2Eu3+, 0.03 Na+荧光粉的色坐标位于(0.61, 0.39)，非常接近于国际照明委员会规定的标准色坐标(0.67, 0.33)。

采用水热法制备出一维TiO2纳米管，并将其应用于光催化降解气相苯。探讨了TiO2用量、TiO2面积、苯的初始浓度等因素对光催化性能的影响，并研究其降解动力学规律。结果表明，催化剂用量为0.5 g，面积为180 cm2，苯的初始浓度为480 mg/m3时，苯的去除率最高可达66%。并且随着催化剂用量和面积的增加，气相苯的降解率均随之升高，但其影响却逐渐减弱。而气相苯的初始浓度对光催化降解率的影响较大，且其过程符合拟一级动力学规律，可用L-H模型描述，并确定其反应方程为r=0.003 8Ct/(1+0.587Ct)。

石墨相氮化碳(g-C3N4)的研究已成为光催化领域热点。本文以三聚氰氨为前驱体，采用甲醇回流法制备Er掺杂的g-C3N4催化剂。利用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见-近红外分光光度计(UV-Vis-NIR DRS)、傅里叶红外光谱仪(IR)、荧光光谱(PL)、物理吸附(N2-physisorption)及共聚焦显微镜(CLSM)等手段对Er/g-C3N4催化剂进行系统表征。结果表明，稀土金属Er高分散于g-C3N4上，促使氮化碳表面氮空穴的产生。Er掺杂优化了氮化碳的能带结构，增强了其对可见光的吸收，提升电子-空穴对的分离效率，此外还发现Er/g-C3N4具有较强的上转换能力。在660 nm红光LED照射下，对罗丹明B的水溶液进行光催化降解，发现Er/g-C3N4的降解速率是g-C3N4的2.0倍，且发现超氧自由基为该体系中的主要活性物种。

采用两步水热法制备了WS2/MgAl-LDH（水滑石）复合材料，通过X-射线衍射仪、傅立叶变换红外光谱仪、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X-射线光电子能谱仪等测试分析，表明在MgAl-LDH层间原位合成了WS2纳米粒子。将该复合材料作为催化剂来降解150 mg/L，pH值为3的甲基橙溶液，其结果是：在模拟可见光条件下辐照75 min，该甲基橙溶液的降解率超过80%，且循环性能优异。由此表明，WS2/MgAl-LDH复合材料是一种极具应用潜力的光催化剂。

以乙醇为溶剂，采用溶剂热法制备了三维花状层状双氢氧化物(Layered Double Hydroxides, LDH)与炭黑(Carbon Black, CB)复合的复合材料。采用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)对样品的结构和形貌进行表征，并通过循环伏安、交流阻抗和恒流充放电研究了材料的电化学性能。结果表明，作为超级电容器电极材料，所制备的NiCo-LDH/CB和NiCo-LDH/CB-D电极在1 A·g-1电流密度下的比电容分别为1 520 F·g-1和2 127 F·g-1，即使在7 A·g-1高电流密度下，其比电容仍可达1 438 F·g-1和2 011 F·g-1，容量保持率为94.6%和94.5%。与单纯的花状NiCo-LDH相比，CB的引入明显提升了材料的电化学性能。

采用水热碳化法成功制备了不同碳含量的CdS@C纳米颗粒，同时对CdS@C的晶体结构、形貌、光学性能、光电化学和光催化性能进行了研究。实验结果表明本方法制备的碳包覆CdS纳米颗粒外壳为碳层，内核为六方纤锌矿结构CdS颗粒。CdS@C颗粒分散性良好，颗粒形貌主要为类球形，粒度均匀。X射线光电子能谱(XPS)证实CdS@C颗粒表面负载的碳主要以非晶碳形式存在。紫外-可见光光谱(UV-Vis)表明CdS@C纳米晶中表面碳的敏化作用提高了可见光响应范围，使得能隙变窄。光致发光光谱(PL)表明碳包覆CdS@C纳米颗粒的发光强度比纯CdS弱，有效抑制了光生载流子的复合。瞬态光电流响应和电化学阻抗谱(EIS)说明CdS@C纳米复合材料更有效促进电子-空穴对分离和提高转移效率。CdS@C纳米复合材料在可见光辐射下表现出良好的光催化活性和稳定性，其中·O2-和h+在光催化中起主要作用。关键词：

通过电沉积法，控制电流密度在铜箔上得到不同形貌的金属锡薄膜，采用扫描电子显微镜、X射线衍射、恒流充放电测试、循环伏安、交流阻抗法对其进行物理和电化学性能表征。结果表明：当电流密度为2 mA/cm2，所得金属锡薄膜表面最为致密，结晶度最高；将其作为负极材料组装成CR2025扣式电池，首次放电比容量为752 mAh/g，库伦效率为81.65%；30个循环后，放电比容量仍然维持在350 mAh/g。此外，该金属锡薄膜电极具有较高的电子导电性和锂离子扩散能力，其电荷转移电阻和锂离子扩散系数分别为113.3 Ω和8.968×10-17 cm2/s。

以钨酸(H2WO4)为钨前驱体，十二烷胺(DDA)为模板剂，利用模板剂的结构导向功能，合成了比表面积为57.3 m2·g-1的介孔三氧化钨(DDA-WO3)，是未用DDA制备的非介孔WO3(H2WO4-WO3)的2.35倍。X射线衍射(XRD)结果表明，400 ℃下煅烧的DDA-WO3是具有单斜晶型结晶孔壁的无序介孔结构。此外，400~550 ℃下煅烧的DDA-WO3的结晶度均高于同条件的H2WO4-WO3。400 ℃下的DDA-WO3/FTO(掺氟氧化锡)在1.0 V的Ag/AgCl偏压作用下，可以产生0.18 mA·cm-2的饱和光电流,是H2WO4-WO3/FTO(0.06 mA·cm-2)的3倍。增强的光电化学(PEC)活性主要因为DDA-WO3/FTO的大表面积降低了低结晶度对PEC性能的不利影响，成为影响PEC活性的主要因素。500 ℃煅烧导致了DDA-WO3/FTO介孔结构的坍塌，但高的结晶度仍然保持其优越的PEC催化活性。

自支撑氮化硅膜结构一般是基于微纳加工技术来制备的。为了提高膜结构的品质，本文分别对自支撑氮化硅膜结构制备中的干法刻蚀参数和各向异性湿法腐蚀参数进行了研究和优化，其中干法刻蚀参数主要包括反应气体配比和刻蚀时间，各向异性湿法腐蚀参数主要包括腐蚀剂浓度和腐蚀温度。在不同的参数组合下进行实验，使用光学显微镜观察并比较不同样品的表面形貌，得到了较理想的参数组合。在干法刻蚀的反应气体中加入少量O2可改善刻蚀效果，反应气体配比V(SF6)∶V(CHF3)∶V(O2)=6∶37∶3，刻蚀时间2 min。湿法腐蚀中腐蚀剂在质量分数25%处达到最大的硅腐蚀速率，同时氮化硅表面形貌也较理想。

高岭石(K)是一种常见的黏土矿物，具有低成本、阻燃、多层结构等固有优点。本文采用真空浸渍法将硬脂酸(SA)吸附到插层高岭石(IKL)和二甲基亚砜(DMSO)复合物的孔隙中来制备用于储热的复合相变材料。通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、热重分析(TG)、差示扫描量热法(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)和比表面积分析仪(BET)表征了复合材料的热性能、结构和主要组分。由于插层复合物形成后高岭石层间距增大，对SA的吸附率达到32.3%，熔化和凝固潜热值分别为43.36 J/g和43.16 J/g，熔化和凝固温度分别为51.9 ℃和51.7 ℃。此外，该复合相变材料具有较好的热稳定性。由于SA/IKL复合相变材料具有高吸附量、高潜热、良好的热稳定和低成本等优点，因此，其在实际的应用中具有潜在的价值。

本文采用射频磁控溅射法，以高硼硅玻璃为靶材，在高硼硅玻璃基底上制备高硼硅玻璃薄膜。探讨磁控溅射法与熔融法制得的高硼硅玻璃的性能差异，研究磁控溅射功率对高硼硅玻璃薄膜质量的影响。通过X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电镜(SEM)、台阶仪、紫外可见（UV-Vis）分光光度计和纳米压痕仪器等对薄膜的物相结构、成分、沉积速率、透光率,以及纳米硬度和杨氏模量进行表征与分析。结果表明：本实验所制备的高硼硅玻璃薄膜为非晶态结构；当工作气压为0.6 Pa时，薄膜的沉积速率随溅射功率上升不断增加；对比不同溅射功率下的透光率，发现高硼硅玻璃薄膜对基体的透光性影响较小，当溅射功率为150 W，可见光透光率损失仅为2%；不同溅射功率下获得薄膜的纳米硬度和杨氏模量随溅射功率先增大后减小，在120 W时达到最大峰值，相较于原玻璃基底分别提升3%和3.5%。

近年来，半导体的纳米材料凭借其奇特的介观物理特性，成为当前研究的热点，特别是纳米金属氧化物。氧化镓纳米材料具备优异的光电、气敏、耐压且低损耗等特性，为材料学、电子学和化学等多个研究领域带来了新的机遇。本文概述了氧化镓纳米结构的制备方法，并展望了其在光电探测方面的应用。

磁制冷是一种高效、节能、环保的新型制冷技术，在气体液化、高能物理、超导技术等诸多领域具有广阔的应用前景。Gd基配位聚合物分子磁制冷材料不仅具有迷人的结构和优异的磁热效应，而且表现出良好的物理和化学稳定性，因而备受关注。本文主要从合成策略、结构与性能方面出发，综述了近年来Gd基配位聚合物分子磁制冷材料的研究进展，探讨了分子结构与磁性能之间的构效关系以及提高磁热效应的有效方法，并对今后的发展和面临的问题进行了讨论和展望。

钙钛矿材料优异的光电性能使钙钛矿太阳能电池成为目前发展速度最快的光伏技术之一。近期的研究发现无晶界的单晶钙钛矿薄膜拥有更低的缺陷密度、更高的载流子迁移率、更长的载流子复合寿命，并且还有较高的稳定性和更宽的光吸收范围，因此有望制备出更高效且更稳定的钙钛矿太阳能电池。本文简要介绍了单晶钙钛矿太阳电池的基本结构及其发展历程，着重介绍了有关单晶钙钛矿薄膜和块状单晶钙钛矿的制备方法，并且对不同方法制备的单晶钙钛矿太阳能电池的效率进行了比较，最后对单晶钙钛矿太阳能电池当前存在的问题以及未来发展进行了简要分析和展望。

目前随着人工智能领域的兴起以及人们对数据存储和计算的强烈需求，迫切需要存储器的改进和类似于人脑的高效存储运算效率。所以，相变存储器及其用于神经形态计算的研究是极具价值的。相变存储材料(PCMs)受到激发时所产生的电阻值变化可以用来建立尖峰神经网络从而实现模拟神经形态计算系统。本文介绍了相变存储器物理机制，其中包括相变材料的相变原理及主要性能特征，重点叙述了相变存储器在优化存储与计算方向的研究进展和应用，进而为该领域未来的发展方向提供参考。