基于新型太赫茲器件的高分辨率界面空間電荷測試系統(tǒng).pdf_第1頁
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文檔簡介

1、界面結構中空間電荷的特性是材料應用和器件構成的基礎,對空間電荷分布及狀態(tài)的測量一直是相關領域內(nèi)重要而活躍的內(nèi)容。經(jīng)過近半個世紀的探索與研究,很多測量方法已經(jīng)發(fā)展成熟,測量的空間分辨率也逐漸提高。然而,隨著有機電子器件、微機電系統(tǒng)以及納米材料研究的興起和深入,人們逐漸發(fā)現(xiàn),現(xiàn)有的測量方法無法實現(xiàn)在更小尺度上對空間電荷相關信息的獲取,這些信息的缺失使得對復雜界面的理論和實驗研究都難以取得突破性的進展,將空間電荷測量分辨率提高到納米級成為亟待

2、解決的問題。太赫茲波的出現(xiàn)使得解決這一問題成為可能,然而傳統(tǒng)太赫茲器件的電光性能和穩(wěn)定性較差又在很大程度上制約了該技術的發(fā)展。本文設計制作了基于電光聚合物的新型太赫茲器件,實現(xiàn)了太赫茲波的激發(fā)和探測,并結合彈光取樣技術,搭建了具有納米級分辨率測試系統(tǒng),實現(xiàn)了對空間電荷的高分辨率測量,具體工作如下:
  提出了新型雙電光分子聚合物的概念及合成方案,以聚合物為主體,一種電光分子以化學方法接枝到聚合物主鏈上,提高聚合物的極性,改善其與極

3、性電光分子的相容性。同時物理混合另一種小電光分子,使得材料既性能穩(wěn)定又具有較大的電光系數(shù)。制備了一系列側基聚合物作為備選材料,表征了樣品結構,測試了樣品的電光性能。根據(jù)測試結果,擇優(yōu)選取兩種材料作為主體進行優(yōu)化,詳細研究了電光系數(shù)隨不同小電光分子摻入比的變化規(guī)律,以及電光系數(shù)隨不同極化溫度條件的變化規(guī)律。實驗結果表明,在合適的摻入比及極化溫度條件下,兩種材料的電光系數(shù)分別可達46.7 pm/V和69.1 pm/V。樣品具備較好取向穩(wěn)定性

4、,室溫條件下放置600小時后,電光系數(shù)分別降至初始值的61%和69%。
  設計制作了具有共面插指電極結構的新型雙電光分子太赫茲波探測器件。器件的極化電場方向與其表面平行,太赫茲波可以垂直入射,徹底消除了入射角度對器件探測靈敏度的影響。實驗結果表明,器件結構的改變,對探測材料固有的電光性能無任何影響。當探測相同的太赫茲信號時,共面插電極結構探測器件的探測幅度更高,與傳統(tǒng)的三明治結構探測器件相比,探測幅度比為1.15∶1。新型器件的

5、開發(fā)不僅提升了探測的靈敏度,而且使器件的應用更加簡單、方便。
  搭建了太赫茲波激發(fā)與探測系統(tǒng)。激發(fā)源為雙電光分子聚合物,探測器件為分別基于雙電光分子聚合物和無機晶體制作的具有共面電極結構的太赫茲波探測器件,探測到了太赫茲時域波形。實驗結果表明,與無機晶體ZnTe相比,對于探測相同的太赫茲波信號,雙電光分子聚合物探測器件可以將探測幅度提升28.9%,將頻譜中心頻率幅度提升67.3%。如果將時域波形的幅度定義為探測效率,將頻譜中心頻

6、率定義為光譜靈敏度,則雙電光分子聚合物探測器件在無論在探測效率還是光譜靈敏度上都具有非常明顯的優(yōu)勢明顯。
  設計并制作了彈光取樣傳感器,實現(xiàn)了用光學方法對彈性波信號的提取和測量。彈光取樣傳感器是基于雙電光分子聚合物的應力雙折射效應,在外加應力作用下,通過檢測探測光偏振態(tài)的變化,并結合光學延遲線進行時分辨取樣,來獲得彈性波的完整的時域信息。傳感器結構合理,應用方便,可以在不改變器件結構的前提下,完成對聚合物薄膜的加壓極化。傳感器具

7、有較高的反應靈敏度及良好的穩(wěn)定性,在連續(xù)工作1年之后,各項性能仍然穩(wěn)定,無明顯變化。
  詳細闡明了如何使空間電荷的測量達到納米數(shù)量級的空間分辨率,并搭建了測試系統(tǒng)?;诿}沖電聲法的基本思想,用太赫茲波作為激勵,而用彈光取樣傳感器實現(xiàn)信號的提取和測量。系統(tǒng)性能良好,可操作性強,對待測樣品和測試環(huán)境沒有任何特殊的限制和要求。利用搭建的系統(tǒng)對硅PN在平衡狀態(tài)、正偏及反偏狀態(tài)下的空間電荷區(qū)進行了測試,獲得了相關實驗數(shù)據(jù),并得出空間電荷區(qū)

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