納米光電材料)

1、納米光電材料納米光電材料姓名：盧雨菲學(xué)號(hào)：U201111094摘要：半導(dǎo)體納米光電材料作為納米材料的一個(gè)重要分支與光電子學(xué)和材料學(xué)等密切相關(guān)，納米結(jié)構(gòu)的光電子器件必將成為下一代微電子和通訊信息領(lǐng)域的核心。隨著人們對(duì)半導(dǎo)體材料性質(zhì)的不斷認(rèn)識(shí)和理解，半導(dǎo)體納米材料已經(jīng)應(yīng)用到許多傳統(tǒng)學(xué)科領(lǐng)域并有力的推動(dòng)了該學(xué)科的發(fā)展。近年來，半導(dǎo)體光電材料已經(jīng)在發(fā)光二極管、太陽(yáng)能電池、生物醫(yī)學(xué)和雙穩(wěn)態(tài)器件等許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并成為當(dāng)今物理、化學(xué)和材料科

2、學(xué)的前沿?zé)狳c(diǎn)。本項(xiàng)目主要就半導(dǎo)體光電納米材料的制備以及其在有機(jī)電致發(fā)光器件、電池方面的應(yīng)用展開研究。關(guān)鍵詞：納米薄膜，納米粉，納米線，納米管，光波導(dǎo)1概述1.1納米光電材料納米材料是一種粒子尺寸在1到100nm的材料。納米光電材料是指能夠?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)化為電能或化學(xué)能等其它能量的一種納米材料。由于其良好的性能、巨大的發(fā)展前景而廣泛用于光通信、光存儲(chǔ)、全光網(wǎng)絡(luò)、光電探測(cè)器等各個(gè)方面。1.2納米光電材料的良好特性用于光電的半導(dǎo)體材料在尺度縮小到納

3、米尺度時(shí)會(huì)表現(xiàn)出與大尺寸材料不同的光學(xué)點(diǎn)穴性質(zhì)。這是因?yàn)楫?dāng)材料尺寸減小時(shí)會(huì)顯現(xiàn)出量子化的效果。由于半導(dǎo)體的載流子限制在一個(gè)小尺寸的勢(shì)阱中在此條件下導(dǎo)帶和價(jià)帶能帶過渡為分立的能級(jí)。因而有效帶隙增大吸收光譜閾值向短波方向移動(dòng)這種效應(yīng)就稱為尺寸量子效應(yīng)。量子尺寸效應(yīng)除了會(huì)造成光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化還會(huì)引起電學(xué)性質(zhì)的明顯改變。這是因?yàn)殡S著顆粒粒徑的減少有效帶隙增大光生電子具有更負(fù)的電位相應(yīng)地具有更強(qiáng)的還原性而光生空穴因具有更正的電位而具有更強(qiáng)的氧化性

4、。表面效應(yīng)是納米光電子材料的另一個(gè)重要特性。納米粒子表面原子所占的比例增大。當(dāng)表面原子數(shù)增加到一定程度，粒子性能更多地由表面原子而進(jìn)一步分裂，其能隙會(huì)隨著直徑減小而變大。這樣以來量子限制效應(yīng)、非定域量子相干效應(yīng)和非線性光學(xué)都會(huì)表現(xiàn)明顯。定向耦合器(DC)是波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)中最常用的基本元件之一。Yamada等人首次報(bào)道了一種基于納米線波導(dǎo)的定向耦合器兩個(gè)耦合波導(dǎo)的橫截面尺寸為0.3μm0.3μm間距僅為0.3μm。由于兩個(gè)波導(dǎo)之間很強(qiáng)的耦合

5、作用定向耦合器的耦合長(zhǎng)度僅為10μm當(dāng)耦合波導(dǎo)之間的間距減少時(shí)波導(dǎo)長(zhǎng)度還可以進(jìn)一步縮短。由此可以制作出結(jié)構(gòu)非常緊湊的3dB耦合器。在此基礎(chǔ)之上他們還制作了一種基于納米線波導(dǎo)的Bragg反射型光上下路復(fù)用器，它由兩個(gè)在側(cè)壁上刻有Bragg光柵的納米線波導(dǎo)和兩個(gè)基于納米線波導(dǎo)的3dB耦合器構(gòu)成。下路波長(zhǎng)帶寬不超過0.7nm下路波長(zhǎng)時(shí)輸出端的消光比為8dB其下路波長(zhǎng)可以通過改變光柵參數(shù)來進(jìn)行調(diào)節(jié)。將SOI納米線引入到熱光開關(guān)中有助于器件尺寸和

6、功耗的減小。Chu等人首次報(bào)道了基于納米線波導(dǎo)的11、12和14的Mach2Zehnder干涉型熱光開關(guān)。光開關(guān)中采用的納米線波導(dǎo)的橫截面尺寸為300nm300nm這些熱光開關(guān)器件所占的面積分別為140μm65μm、85μm30μm和190μm75μm消光比超過30dB開關(guān)功耗低于90mW開關(guān)響應(yīng)時(shí)間小于100μs。4納米硅薄膜發(fā)光特性納米硅薄膜是由納米尺寸的硅微晶粒構(gòu)成的一種納米固體材料其晶粒所占的體積約為50%另外50%則為晶粒之間

7、的大量界面原子所占據(jù)。納米硅薄膜由于獨(dú)特的結(jié)構(gòu)而具有一系列獨(dú)特性質(zhì)如電導(dǎo)率高、光熱穩(wěn)定性好、光吸收能力強(qiáng)、光學(xué)能隙寬化、光致發(fā)光等而且還具有明顯的量子尺寸效應(yīng)。近年來已成功地研制了納米硅異質(zhì)結(jié)二極管，并正展開納米硅薄膜太陽(yáng)電池的研制展現(xiàn)了納米硅薄膜器件的廣闊前景。紫外光電探測(cè)器方面O.M.Nayfeh等人制作了納米Si薄膜紫外光電探測(cè)器。他們首先以電化學(xué)分解法在HFH2O2混合液中制備了尺寸為1nm的納米Si晶。然后開始器件的制作:在P