納米光電材料)

1、納米光電材料納米光電材料姓名：盧雨菲學號：U201111094摘要：半導體納米光電材料作為納米材料的一個重要分支與光電子學和材料學等密切相關，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域的核心。隨著人們對半導體材料性質(zhì)的不斷認識和理解，半導體納米材料已經(jīng)應用到許多傳統(tǒng)學科領域并有力的推動了該學科的發(fā)展。近年來，半導體光電材料已經(jīng)在發(fā)光二極管、太陽能電池、生物醫(yī)學和雙穩(wěn)態(tài)器件等許多領域得到了廣泛應用，并成為當今物理、化學和材料科

2、學的前沿熱點。本項目主要就半導體光電納米材料的制備以及其在有機電致發(fā)光器件、電池方面的應用展開研究。關鍵詞：納米薄膜，納米粉，納米線，納米管，光波導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、全光網(wǎng)絡、光電探測器等各個方面。1.2納米光電材料的良好特性用于光電的半導體材料在尺度縮小到納

3、米尺度時會表現(xiàn)出與大尺寸材料不同的光學點穴性質(zhì)。這是因為當材料尺寸減小時會顯現(xiàn)出量子化的效果。由于半導體的載流子限制在一個小尺寸的勢阱中在此條件下導帶和價帶能帶過渡為分立的能級。因而有效帶隙增大吸收光譜閾值向短波方向移動這種效應就稱為尺寸量子效應。量子尺寸效應除了會造成光學性質(zhì)發(fā)生變化還會引起電學性質(zhì)的明顯改變。這是因為隨著顆粒粒徑的減少有效帶隙增大光生電子具有更負的電位相應地具有更強的還原性而光生空穴因具有更正的電位而具有更強的氧化性

4、。表面效應是納米光電子材料的另一個重要特性。納米粒子表面原子所占的比例增大。當表面原子數(shù)增加到一定程度，粒子性能更多地由表面原子而進一步分裂，其能隙會隨著直徑減小而變大。這樣以來量子限制效應、非定域量子相干效應和非線性光學都會表現(xiàn)明顯。定向耦合器(DC)是波分復用網(wǎng)絡中最常用的基本元件之一。Yamada等人首次報道了一種基于納米線波導的定向耦合器兩個耦合波導的橫截面尺寸為0.3μm0.3μm間距僅為0.3μm。由于兩個波導之間很強的耦合

5、作用定向耦合器的耦合長度僅為10μm當耦合波導之間的間距減少時波導長度還可以進一步縮短。由此可以制作出結(jié)構(gòu)非常緊湊的3dB耦合器。在此基礎之上他們還制作了一種基于納米線波導的Bragg反射型光上下路復用器，它由兩個在側(cè)壁上刻有Bragg光柵的納米線波導和兩個基于納米線波導的3dB耦合器構(gòu)成。下路波長帶寬不超過0.7nm下路波長時輸出端的消光比為8dB其下路波長可以通過改變光柵參數(shù)來進行調(diào)節(jié)。將SOI納米線引入到熱光開關中有助于器件尺寸和

6、功耗的減小。Chu等人首次報道了基于納米線波導的11、12和14的Mach2Zehnder干涉型熱光開關。光開關中采用的納米線波導的橫截面尺寸為300nm300nm這些熱光開關器件所占的面積分別為140μm65μm、85μm30μm和190μm75μm消光比超過30dB開關功耗低于90mW開關響應時間小于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)。納米硅薄膜由于獨特的結(jié)構(gòu)而具有一系列獨特性質(zhì)如電導率高、光熱穩(wěn)定性好、光吸收能力強、光學能隙寬化、光致發(fā)光等而且還具有明顯的量子尺寸效應。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。紫外光電探測器方面O.M.Nayfeh等人制作了納米Si薄膜紫外光電探測器。他們首先以電化學分解法在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