为了进一步提升P-GaN 栅HEMT器件的阈值电压和击穿电压, 提出了一种具有P-GaN栅结合混合掺杂帽层结构的氮化镓高电子迁移率晶体管(HEMT)。新器件利用混合掺杂帽层结构, 调节整体极化效应, 可以进一步耗尽混合帽层下方沟道区域的二维电子气, 提升阈值电压。在反向阻断状态下, 混合帽层可以调节栅极右侧电场分布, 改善栅边电场集中现象, 提高器件的击穿电压。利用Sentaurus TCAD进行仿真, 对比普通P-GaN栅增强型器件, 结果显示, 新型结构器件击穿电压由593 V提升至733 V, 增幅达24%, 阈值电压由0509 V提升至1323 V。

构建宽窄带隙同型异质结构的双层薄膜是提高透明导电薄膜光电性能的新思路。采用基于密度泛函的第一性原理，对本征和掺杂SnO2/SnSe2的电子结构、光学性质、载流子迁移率、电荷分布、能带排列进行计算。结果表明：本征和掺杂SnO2/SnSe2电子结构内部存在的电势差会使体系内部的电子向着界面处或SnSe2处转移，处于界面处的电子会在界面间隙内形成二维电子气并在界面处高速移动，从而提高了载流子的迁移率，而处于SnSe2处的电子由于没有杂质离子散射的影响迁移率也相应提高，4种不同掺杂类型异质结构的载流子迁移率分别为772.82、5 286.04、2 656.90 m2/(S·V)和17 724.60 m2/(S·V)，光学透过率在80%以上。

采用混相配体交换的方法成功实现了载流子迁移率近2个量级的提升，达到1 cm²/（V·s），同时还可以灵活调控N型、本征型和P型等掺杂类型。在此基础上，使用本征型碲化汞胶体量子点薄膜制备短波及中波红外光伏型探测器。截止波长为1.9 μm的短波红外探测器在300 K下的响应率为0.9 A/W，比探测率为4×10¹¹ Jones；截止波长为4.2 μm的中波红外探测器在110 K下的响应率为1.1 A/W，比探测率为1.2×10¹¹ Jones。在没有施加偏置电压的情况下，300 K下的短波红外光电探测器的外量子效率可以达到61%，110 K下的中波红外光电探测器的外量子效率可以达到30%。

采用综合考虑温度、电场强度、载流子浓度的普遍迁移率模型, 利用实际太阳能光谱和非富勒烯材料的吸收系数来计算载流子的产生, 结合漂移扩散方程、电流连续性方程等对高效率有机太阳电池进行理论建模。利用该模型计算了器件的电流-电压曲线、开路电压-光照强度曲线和短路电流-光照强度曲线。结果发现, 利用该模型计算的电流-电压曲线与实验数据符合很好, 其他两种曲线也与实验数据符合较好。此外, 利用该模型分析了能量无序度对器件性能的影响, 结果表明减小材料的能量无序度可以提高有机太阳电池的性能。

利用高真空磁控溅射技术, 通过高纯Mg靶和自制Mg-Bi-Sn合金靶的顺序溅射沉积, 制备了Mg3Bi2/Mg2Sn纳米复合薄膜。沉积薄膜的晶体结构和相组成由X射线衍射(XRD)图谱确定, 表面形貌和化学成分用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和能谱仪(EDS)进行观察、测量和分析。沉积薄膜的载流子浓度和迁移率通过霍尔实验获得, 电导率和Seebeck系数由Seebeck/电阻测试分析系统进行测量。结果表明, 沉积薄膜由Mg3Bi2和Mg2Sn两相组成, 随着薄膜中Mg2Sn含量的增加, 沉积薄膜的室温载流子浓度增加而迁移率下降。在整个测试温度范围内, 随薄膜中Mg2Sn含量的增加, 薄膜Seebeck系数不断升高而电导率下降。Mg2Sn相原子含量为28.22%的沉积薄膜在155 ℃获得最高功率因子为1.2 mW·m-1·K-2。在Mg3Bi2薄膜中加入适量的Mg2Sn第二相, 可明显提升Mg3Bi2薄膜材料的功率因子。

GaAs单晶是当前光电子器件的主要衬底材料之一，在红外LED中有着重要应用。但杂质浓度高、迁移率低等缺点会严重影响红外LED器件性能。为生产出低杂质浓度、高迁移率、载流子分布均匀、高利用率的红外LED用掺硅垂直梯度凝固(VGF)法GaAs单晶，本文研究了热场分布、合成舟和炉膛材质、工艺参数对单晶的成晶质量、杂质浓度、迁移率、载流子分布的影响。利用CGSim软件对单晶生长热场系统进行数值模拟研究，温区一至温区六长度比例为8∶12∶9∶5∶5∶7时，恒温区达到最长，位错密度达到1 000 cm-2以下，成晶率达到85%。采用打毛石英合成舟进行GaAs合成，用莫来石炉膛替代石英炉膛，可以获得迁移率整体高于3 000 cm2/(V·s)的GaAs单晶，满足红外LED使用要求。对单晶生长工艺参数展开研究，采用提高头部生长速度、降低尾部生长速度的方式提高单晶轴向载流子浓度均匀性，头尾部载流子浓度差降低33%，尾部迁移率从2 900 cm2/(V·s)提高到3 560 cm2/(V·s)。单晶有效利用长度提高33%，单晶利用率达到75%，大幅降低了原料损耗成本。