口头报告 2016 年 9 月 3 日上午 主持人 : 谭平恒, 中国科学院半导体研究所 H001 8:30-8:50 H002 8:50-9:10 H003 9:10-9:30 H004 9:30-9:42 施卫, 西安理工大学 ( 邀请报告 ) 廖蕾, 武汉大学 ( 邀请报告 ) 严锋, 香港理

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1 中国物理学会 (CPS) 2016 秋季学术会议摘要集 H 半导体物理 分会召集人 : 曹俊诚 陈张海 谭平恒 陈效双分会联系人 : 王如志分会地点 : 北京工业大学第三教学楼 201 教室分会时间 :2016 年 9 月 3-4 日邀请报告 :20 分钟 ( 含 5 分钟提问 ); 口头报告 :12 分钟 ( 含 2 分钟提问 )

2 口头报告 2016 年 9 月 3 日上午 主持人 : 谭平恒, 中国科学院半导体研究所 H001 8:30-8:50 H002 8:50-9:10 H003 9:10-9:30 H004 9:30-9:42 施卫, 西安理工大学 ( 邀请报告 ) 廖蕾, 武汉大学 ( 邀请报告 ) 严锋, 香港理工大学 ( 邀请报告 ) 周涛, 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 雪崩倍增相干合成光电导 THz 辐射源研究进展 深入理解氢在氧化物薄膜晶体管中作用和机制 二维材料在有机光伏器件中的应用 基于异步光学机制的太赫兹光谱应用研究 H005 9:42-9:54 侯磊, 西安理工大学 H006 9:54-10:06 何刚, 安徽大学 利用太赫兹技术研究 GaAs 的光电特性 High-k/III-V 的界面 能带调控及电学性能优化 H007 10:06-10:18 王雪敏, 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 太赫兹量子级联激光器的研究及应用 H008 10:18-10:30 张璟昭, 香港中文大学 Hydrogen Surfactant Effect on ZnO/GaN Heterostructures Growth 10:30-10:40 茶歇休息 主持人 : 严锋, 香港理工大学 H009 10:40-11:00 H010 11:00-11:20 许建斌, 香港中文大学 ( 邀请报告 ) 胡伟达, 中国科学院上海技术物理研究所 ( 邀请报告 ) 二维材料的制备与及高性能器件的研究 黑夜 雾霾 深空里的眼睛 : 红外探测器

3 H011 11:20-11:40 H012 11:40-12:10 王开友, 中国科学院半导体研究所 ( 邀请报告 ) Reuben Collins, Editor-in-Chief of APL, Colorado School of Mines, Golden, CO ( 邀请报告 ) 2016 年 9 月 3 日下午 Photodetectors based On layered III- Se materials Highly Efficient Charge Transfer in Nanocrystalline Silicon 主持人 : 王开友, 中国科学院半导体研究所 H013 13:30-13:50 H014 13:50-14:10 H015 14:10-14:30 吕京涛, 华中科技大学 ( 邀请报告 ) 张凯, 中国科学院苏州纳米研究所 ( 邀请报告 ) 倪振华, 东南大学 ( 邀请报告 ) 通过低热导率晶体的低维电子输运来提高其热电优值 面向光电子应用的二维材料光学性能调控 二维层状材料的缺陷调控 H016 14:30-14:42 全知觉, 南昌大学 GaN 基多量子阱 LED 的 V 坑空穴注入模型 H017 14:42-14:54 许金通, 中国科学院上海技术物理研究所 氮化镓基紫外探测器的新进展 H018 14:54-15:06 刘三姐, 北京科技大学 H019 15:06-15:18 杨欣欣, 北京理工大学 H020 15:18-15:30 邵振广, 常熟理工学院 等离子体增强原子层沉积高速率生长 AlN 晶体薄膜 Mn 掺杂 GaN 纳米线的结构和光学特性的研究 异质结 AlGaN 日盲雪崩光电探测器及暗电流机制分析 H021 15:40-16:00 H022 16:00-16:20 H023 16:20-16:40 15:30-15:40 茶歇休息 主持人 : 吕京涛, 华中科技大学缪峰, 南京大学新型二维材料的电子输运与器件应用 ( 邀请报告 ) 王雪峰, 苏州大学外尔半金属量子阱的电子准直特性 ( 邀请报告 ) 黎华, 中国科学院上海微系统与信息技术宽谱太赫兹量子级联激光器及谱应用研究所 ( 邀请报告 )

4 H024 16:40-17:00 王春瑞, 东华大学 ( 邀请报告 ) H025 17:00-17:12 舒海波, 中国计量大学 H026 17:12-17:24 王方林, 北京大学 H027 17:24-17:36 董红, 南开大学 H028 17:36-17:48 孙聊新, 中国科学院上海技术物理研究所 H029 17:48-18:00 李晓红, 中南大学 H030 18:00-18:12 林妙玲, 中国科学院半导体研究所 2016 年 9 月 4 日上午 立方和六方纳米结构的声子特性 III-V 族半导体纳米线的表面缺陷与 p 型掺杂基于碳纳米管的高转换效率无掺杂双极管 InAs 与原子层沉积高 k 栅介质的界面表征应变型 CdS 纳米带中应力对荧光峰位 激子动力特征及激射的影响矩形 MoS2 和 MoS2/TiO2 在空间自相位调制和 Z 扫描中的非线性光学响应基于非共振拉曼及有限元分析对 CdSe/CdS 量子点低频拉曼模式的研究 主持人 : 陈效双, 中国科学院上海技术物理研究所 H031 8:30-8:50 颜晓红, 南京邮电大学 Zigzag C2N-h2D 纳米带中的负微分 ( 邀请报告 ) 电阻及电压调控的金属 - 绝缘性转变 H032 8:50-9:10 娄文凯, 中国科学院 Electronic Structure of Low 半导体研究所 Dimensional Topological Insulator ( 邀请报告 ) H033 9:10-9:30 严辉, 北京工业大学选择发展基于硅基的异质结 (SHJ) 太 ( 邀请报告 ) 阳能光伏电池 H034 9:30-9:42 周孝好, 中国科学院上海技术物理研究所 二维材料中 Shottky 势垒高度的调控 H035 9:42-9:54 孙立忠, 湘潭大学 Quantum spin Hall insulator for three or four layer transition metal MXenes H036 9:54-10:06 竺立强, 中国科学院宁波材料技术与工程研 多栅协同调控氧化物突触晶体管 究所 H037 10:06-10:18 张晓倩, 南京大学 Fe/GaAs 异质结上的金属 - 半导体转变 H038 10:18-10:30 何晓勇, 上海师范大学 基于石墨烯微结构的太赫兹调制特性研究 10:30-10:40 茶歇休息 主持人 : 周鹏, 复旦大学 H039 10:40-11:00 王欣然, 南京大学 ( 邀请报告 ) 二维有机半导体外延生长与信息器件 H040 11:00-11:20 甘雪涛, 西北工业大学硅基光子芯片集成的石墨烯光电子器 ( 邀请报告 ) 件 H041 11:20-11:40 陈长清, 华中科技大学用于深紫外发光二极管的高质量 AlN ( 邀请报告 ) 及 AlGaN 材料 MOCVD 外延生长

5 H042 11:40-12:00 H043 13:30-13:50 H044 13:50-14:10 H045 14:10-14:30 H046 14:30-14:42 郑坤, 北京工业大学 ( 邀请报告 ) 2016 年 9 月 4 日下午 主持人 : 陈长清, 华中科技大学 何军, 国家纳米科学中心 ( 邀请报告 ) 周鹏, 复旦大学 ( 邀请报告 ) 秦华, 中国科学院苏州纳米研究所 ( 邀请报告 ) 李平, 中国科学院上海技术物理研究所 H047 14:42-14:54 张立军, 吉林大学 H048 14:54-15:06 徐鸣, 西安理工大学 H049 15:06-15:18 史志锋, 郑州大学 H050 15:18-15:30 李新建, 郑州大学 H051 15:40-16:00 H052 16:00-16:20 H053 16:20-16:40 H054 16:40-17:00 H055 17:00-17:12 15:30-15:40 茶歇休息 主持人 : 严辉, 北京工业大学 朱骏宜, 香港中文大学 ( 邀请报告 ) 张俊, 中国科学院半导体研究所 ( 邀请报告 ) 程新红, 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 ( 邀请报告 ) 伍滨和, 东华大学 ( 邀请报告 ) 郝维昌, 北京航空航天大学 H056 17:12-17:24 金锦双, 杭州师范大学 无缺陷 InAs 纳米线的制备及力电特性的研究 低维硫族半导体材料 : 设计 合成及器件应用 Nonvolatile Memory Based on Few- Layer Materials 基于 GaN 二维电子气的超宽带太赫兹器件 延伸波长 InGaAs 探测材料刻蚀研究 Fast diffusion of native defects and impurities in perovskite solar cell material CH3NH3PbI3 GaAs 光电导开关并联同步输出特性的研究 基于有机 - 无机杂化钙钛矿材料的绿光发光器件研究 基于硫化镉 / 硅多界面纳米异质结构阵列的色温可调白光发射 Surfactant enhanced indium incorporation in InGaN 半导体中声子的激光冷却 界面钝化对 GaN HEMT 性能的影响 基于氧化钒相变材料的主动式光栅设计研究 基于 sp 杂化理论开发高性能的半导体光能转化材料 Current noise spectra and mechanisms of the electron transport through interacting quantum dots: Dissipaton Equation of Motion theory

6 H057 17:24-17:36 许文超, 华南师范大学 H058 17:36-17:48 沈昌乐, 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 H059 17:48-18:00 路飞平, 天水师范学院 H060 18:00-18:12 张悦, 北京工业大学 基于驻极体聚 (α- 甲基苯乙烯 ) 为电荷俘获介质的有机存储器件研究 High CW Power Terahertz Quantum Cascade Lasers 过渡金属氧化物薄膜连接层的工作机理模型高效硅异质结 (SHJ) 太阳电池的光管理 海 报 编号 题目 报告人 单位 H101 Two-Step Fabrication of Self-Catalyzed Ga-V (V=As, 中国科学院李利霞 Sb) Nanowires on Si by Molecular-Beam Epitaxy 半导体研究所 H102 中国科学院基于微区光电流面扫描方法的长波 HgCdTe 红外探李彦涛上海技术物理测阵列的结转变机理研究研究所 H103 第一性原理研究 Cu2ZnIVS4(IV=Si,Ge,Sn)/ZnS 异质界面能带带阶 包乌吉斯古楞 渤海大学 H104 ZnO 纳米基异质器件光电化学裂解水的应用包志佳扬州大学 H105 非极性面 n-zno/p-algan 异质结雪崩发光二极管及其电致发光特性的研究 陈景文 华中科技大学 H106 硅基 GaN 紫外探测器研究陈雪霞郑州大学 H107 MoS2 薄膜场效应晶体管在葡萄糖浓度检测中的应用 李金华 长春理工大学 H108 硅微纳米结构形貌调控及其物理性能研究杜蕊郑州大学 H109 高性能红外单根 InAs 纳米线光电探测器方河海 H110 外电场作用下球形量子点的光学性质及其压力效应韩军 H111 Emission of direct-gap band in germanium with Ge- GeSn layers structure 黄忠梅 中国科学院上海技术物理研究所内蒙古农业大学 复旦大学 H112 无氨法制备 InN 纳米线的研究姬宇航北京工业大学 H113 H114 Fabrication of High Performance 2.5-Terahertz Quantum Cascade Laser 低温 P-GaN 插入层对 GaN 基蓝光 LED 光学特性的影响 蒋涛 李建飞 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 山东大学

7 H115 PECVD 制备 BN 纳米薄膜及其场发射增强研究李亚楠北京工业大学 H116 碱溶液对硅纳米孔柱阵列的腐蚀李营郑州大学 H117 H118 蓝 绿光双波长 InGaN/GaN 多量子阱光致发光的特性研究 Improve photovoltaic performance of CdS/CdSe/ZnS/ quantum dot sensitized ZnO nanorod array solar cell 李长富 刘幸娜 山东大学 河南师范大学 H119 Na 离子注入及退火对 ZnO 材料的影响龙雪豪山东大学 H120 Ga-N 共掺 n-zno 纳米线合成娄猛湖北大学 H121 薄膜太阳能电池表面调制光栅设计及器件性能优化研究 马恒 东华大学 H122 一种应用于 TR-ARPES 的新型极紫外超快光源聂忠辉南京大学 H123 H124 Si 衬底上分子束外延自催化生长 InAs/InSb 轴向异质结纳米线 PECVD 制备高质量 大电流密度 GaN 纳米线及其场发射性能研究 潘东 沈震 中国科学院半导体研究所 北京工业大学 H125 基于变温拉曼谱的 ZnSe 纳米带的热膨胀系数研究施灵聪东华大学 H126 形貌调控 Cu2ZnSnS4 纳米结构的振动特性孙林东华大学 H127 铜掺杂碳化硅的光学性质的第一性原理研究田俊红四川大学 H128 石墨烯器件制备及其性能研究童彤南京大学 H129 H130 H131 H132 光学气化过饱和析出法制备 ZnO 单晶微米管工艺参数研究有机自组装分子单层对 (Ga,Mn)As 磁各向异性的调控研究 Pb(OH)I 微米线的水热制备及其光电探测性能 Flexible thermistors: MCNO films with low resistivity and high TCR deposited on flexible organic sheets by RF magnetron sputtering at room temperature 王强 王晓蕾 王阳培华 吴敬 北京工业大学 中国科学院半导体研究所成都信息工程大学中国科学院上海技术物理研究所 H133 硅纳米孔柱阵列的可见光催化性能研究肖旭华郑州大学 H134 H135 有效质量和介电函数随位置的变化对半导体量子点杂质态的影响 Towards Fast Multicolor Photodetectors based on Graphene Contacted Vertical p-gase/n-inse van der Waals Heterostructure 肖志婷 闫法光 内蒙古农业大学 中国科学院半导体研究所 H136 时间分辨和自旋分辨的角分辨光电能谱系统许焕峰南京大学

8 H137 钯量子点修饰三氧化钼 (MoO3) 遇氢气后的光学性能研究 游开开 H138 高纯同位素硅 Fano 共振声子伴线研究余晨辉 湖北大学 中国科学院上海技术物理研究所 H139 氢氟酸对硅纳米孔柱阵列的腐蚀标定袁亦方郑州大学 H140 近红外区高透过率 In2O3/Sn 导电多层膜的研究赵继凤 山东大学 ( 威海 ) H141 不同氧分压制备 ITZO 薄膜的椭圆偏振光谱研究郑小燕山东大学 H142 Substrate s effect to two dimensional organic topological materials 周攀 湘潭大学 H143 空穴掺杂对 Bi2Sr2Co2OY 陶瓷热电性能的影响朱峥郑州大学 H144 界面层改善硅量子点发光二极管空穴注入研究顾伟浙江大学 H145 H146 H147 H148 H149 具有局域表面等离子体激元效应的硼掺杂的硅量子点 Highly Sensitive Room Temperature Graphene-based Sub-terahertz Photoconductor via Electromagnetic Gating Effect Hybrid Functional Study of Sodium and Potassium Incorporation in Cu2ZnSnS4 A first step towards Understanding CZTS Σ3 (112)/ (1 1 2 ) family grain boundaries 聚合物 / 富勒烯半导体薄膜的相形貌对光激子和光致电荷的影响 倪朕伊 王林 謝建輝 Manhoi Wong 窦菲 浙江大学 中国科学院上海技术物理研究所 香港中文大学 香港中文大学 北京工业大学

9 邀请报告专题代号 :H001 雪崩倍增相干合成光电导 THz 辐射源研究进展 施卫 西安理工大学, 西安 用光电导方法产生的太赫兹 (THz) 电磁波具有高频和超短脉冲 ( 皮秒量级 ) 特性, 对 THz 时域光谱测试技术及应用产生了深远影响 所谓光电导方法产生 THz 波, 就是利用超快半导体光电导开关 (Photoconductive Semiconductor Switches, 简称 PCSS) 作为 THz 光电导天线 (photoconductive antenna, 简称 PCA), 其光激发载流子在偏置电场作用下加速运动而辐射 THz 电磁波 可见 PCA 就是电极间隙小至亚毫米或微米量级的 PCSS 提高单个 PDA 以及 PDA 阵列辐射 THz 功率, 一直是人们努力的方向 由于 PCSS 具有两种典型的工作模式, 线性模式和非线性模式, 非线性模式也称为雪崩倍增模式 同理 PCA 在飞秒激光触发下也存在线性和非线性模式, 显然 PDA 的非线性模式能够大幅度提高其辐射功率 但截止目前,THz-TDS 系统上工作的 PDA 无一例外都是线性模式, 为了提高单个 PDA 的辐射功率, 我们已在理论和实验上证实了 : 用 nj 量级的飞秒激光脉冲可以触发 GaAs PCA 进入雪崩倍增工作模式 ;GaAs PCA 的雪崩倍增猝灭工作模式可以使载流子雪崩倍增的延续时间变短, 能够在 80 MHz 重复频率状态下工作, 用雪崩倍增机制的 GaAs PCSS 作为 PCA 产生强 THz 电磁辐射是具有理论和实验基础的, 随着相关制备工艺的改进, 应在不久问世 在利用 PDA 阵列方面, 人们已采用各种方式的 PDA 阵列, 期待能够大幅度增加其辐射 THz 波的功率, 然而没有得到预想的效果,PDA 阵列的合成是否能够实现人们所期待的相干合成成为所关注的一个热点问题 我们用线性模式的 PDA 阵列, 分别包括 2 个阵元和 4 个阵元的阵列, 在实验上获得了相干合成的结果 为进一步提高 PDA 阵列的辐射功率, 需要进行研制具有雪崩倍增机制的单个 PDA, 在此基础上, 探索雪崩倍增机制的 PDA 阵列的相干合成 这将涉及到雪崩倍增机制 PDA 的抖动及合成精度问题, 本文除了报道具有雪崩倍增机制的单个 PDA 的研究情况 线性 PDA 阵列的相干合成结果外, 还将给出在雪崩倍增机制的 PDA 阵列方面的研究思考及已经取得的进展 关键词 : 太赫兹波, 砷化镓, 雪崩倍增, 相干合成 资助项目 : 国家 973 计划 (2014CB339800) 国家自然科学基金( , ) 参考文献 1 Wei Shi, Shaoqiang Wang, Cheng Ma and MingXu, Generation of an ultra-short electrical pulse with width shorter than the excitation laser, Scientific Reports 6, 27577, 施卫, 闫志巾, 雪崩倍增 GaAs 光电导太赫兹辐射源研究进展, 物理学报, 64(22): , 2015

10 邀请报告专题代号 :H002 深入理解氢在氧化物薄膜晶体管的作用和机制 廖蕾 武汉大学物理学院湖南大学物理与微电子学院 摘要 : 薄膜晶体管是一种典型的绝缘栅场效应晶体管, 现在已经应用在人造皮肤 柔性显示 射频标签和人体传感等领域 现有的薄膜晶体管一直是以低成本为主要特征, 而低的迁移率限制了柔性薄膜晶体管在更为高端层次上的应用 因此, 实现低成本 高性能的薄膜晶体管, 将会大大拓宽其应用领域 实施的方案主要有两种, 一种是寻找性能更加优良的半导体材料体系, 另一种是改进现有的半导体薄膜材料 传统的薄膜晶体管一直是以低成本为主要特征, 但是较低的迁移率限制其在高端层次上的应用 对于传统的金属氧化物薄膜晶体管, 器件工艺已经成熟, 但是由于其金属氧化物薄膜大多是非晶或者多晶, 缺乏有序有效的导电通道, 所以迁移率较低, 因此优化金属氧化物材料是提升晶体管性能的有效途径之一 首先, 我们采用射频测控溅射法制备 Mg 和 H 共掺的 ZnO 薄膜晶体管展现出高迁移率和高可靠性 少量 H 掺杂的 ZnO 薄膜晶体管, 钝化了缺陷改善了偏压稳定性, 但随 H 掺杂浓度的升高很容易导致器件性能恶化 理论模拟和实验表明适量的 Mg 掺杂, 可以有效增加 H 的含量, 从而大大增加器件迁移率等性能参数 ( 例如迁移率可达 32.2 cm 2 /Vs, 更小的回线电压差 0.53V 等等 ), 而且真空条件下负偏压稳定性测试结果表明也展现出高的热稳定性 并且为了细致的讨论其中原因, 我们利用第一性原理计算获得相应的结果, 证明 Mg 和 H 共掺是一种有效的控制 ZnO 薄膜缺陷的途径, 可以提高 ZnO 基薄膜晶体管器件性能 在前面工作的基础上, 利用用射频测控溅射法制备氢钝化氧化锌基双沟道层 ZnO:H/ZnO 和 InGaZnO:H/InGaZnO 高迁移率 高可靠性氧化物薄膜晶体管 实验表明适量的 H 掺杂含量且合理控制超薄层的厚度, 从而得到高的场效应迁移率 大的开关电流比 10 8 亚阈值摆幅低于 200 mv 的高性能氧化物薄膜晶体管 此外, 偏压稳定性测试结果表明双沟道层 ZnO:H/ZnO 和 InGaZnO: H/InGaZnO 薄膜晶体管展现出高的偏压稳定性 光电子能谱 低频噪声和原子力显微镜表征手段表明, 双沟道层薄膜晶体管中, 氢钝化的超薄层 (3~5 nm), 不仅适当的增加了载流子浓度, 而且减少了氧空位缺陷和界面缺陷态, 因此明显改善器件的电学性能 与此同时, 通过形成电子输运的势垒能级, 较厚层有效控制整个双沟道层电子的导电能力 上述的良好的实验结果证明, 合理利用氢

11 掺杂技术不仅是一种有效的改善和提高 ZnO 基薄膜晶体管器件性能, 而且开辟了一个得到低成本 高性能氧化物薄膜晶体管新的途径

12 邀请报告专题代号 :H003 二维材料在有机光伏器件中的应用 刘志科, 刘升华, 尤鹏, 严锋 香港理工大学应用物理系, 香港 Graphene has shown promising applications in photovoltaic devices for its high carrier mobility and conductivity, high transparency, excellent mechanical flexibility and ultrathin thickness and can be used in solar cells as transparent electrodes or interfacial layers. In this talk, I will introduce our recent work on the applications of graphene and other 2-D material in organic solar cells and perovskite solar cells as follows. (1) Package-free flexible organic solar cells are fabricated with multilayer graphene as top transparent electrodes, which show high power conversion efficiency, excellent flexibility and bending stability. The devices also show good air stability, indicating that multilayer graphene is a promising environmental barrier that can protect the organic solar cells from air contamination. (2) Semitransparent perovskite solar cells are prepared by laminating graphene transparent electrodes on the top for the first time. The device performance is optimized by improving the conductivity of the graphene electrodes and the contact between the graphene and the perovskite active layers during the lamination process. The devices show high power conversion efficiencies when they are illuminated from both sides. (3) Solution exfoliated few layers black phosphorus (BP) can be served as an effective electron transport layer in organic photovoltaics for the first time. The power conversion efficiencies of the BP-incorporated OPVs can be improved to 8.18% in average with the relative enhancement of 11%. The incorporation of BP flakes with the optimum thickness of ~ 10 nm can form cascaded band structure in OPVs, which can facilitate electron transport and enhance the PCEs of the devices. 图 1. Semitransparent perovskite solar cells with graphene electrodes

13 关键词 :(graphene, semitransparent solar cell, organic solar cell, perovskite solar cell ) 资助项目 ( 此项必填 ): 国家自然科学基金 ( ) 参考文献 [1] Z. K. Liu, et al. Functionalized Graphene and Other Two-Dimensional Materials for Photovoltaic Devices: Device Design and Processing, Chem Soc. Rev. 2015, 44, [2] Z. K. Liu, et al. The application of highly doped single-layer graphene as the top electrodes of semitransparent organic solar cells", ACS Nano 2012, 6, 810. [3] Z. K. Liu, et al. Package-Free Flexible Organic Solar Cells with Graphene top Electrodes, Adv. Mater. 2013, 25, [4] P. You, et al. Efficient Semitransparent Perovskite Solar Cells with Graphene Electrodes, Adv. Mater. 2015, 27, 3632.

14 基于异步光学机制的太赫兹光谱应用研究 周涛黎华曹俊诚 专题代号 :H004 中国科学院太赫兹固态技术重点实验室, 中国科学院上海微系统与信息技术研究所, 上海市长宁路 865 号 8 号楼 810 室, [email protected] 太赫兹 (THz,1THz = Hz) 辐射覆盖的频段为 0.1 THz~10 THz, 相应的波长为 3 毫米到 30 微米, 是毫米波与红外光之间频谱范围相当宽的电磁波谱区域 THz 波也被称为 T- 射线 从物理学看,THz 波介于毫米波与红外光之间, 处于电子学向光子学的过渡区 ; 从应用角度看,THz 波的频带宽 测量信噪比高, 适合于通信 成像和光谱测量等领域 光谱测量是 THz 频段最为重要的应用技术之一, 因为众多生物大分子的特征振动频率位于 THz 频段, 而这些特征频率往往与物质结构和化学性质的变化密切相关,THz 光谱作为红外光谱的重要补充可以完美的覆盖 5THz 以下的频段, 极大的丰富了光谱技术的应用范围 THz 光谱技术目前主要基于 THz 时域光谱系统 (TDS)[1], 但受限于时间延迟线的限制, 光谱分辨率较低, 测试时间长, 系统稳定性较差 为了取代时域系统中的时间延迟线扫描模块, 我们采用异步光学扫描方法 [2], 实现时域信号快速且准确的采集 异步光学系统采用两光纤飞秒激光器一只提供泵浦信号, 另一只提供采用信号, 泵浦信号作用于 GaP 非线性晶体产生 THz 波,THz 脉冲与采样信号作用于平衡探测器上产生与 THz 电场信号成正比的响应信号, 从而实现对 THz 脉冲的探测 基于 THz 异步光谱系统, 我们对组氨酸进行了 THz 光谱测试 实验选取组氨酸的两种同分异构体,L 型和 DL 型, 两种组氨酸的红外频段的光谱无差异, 但在 THz 频段表现出显著的不同,L 型组氨酸在 3THz 以下具有 4 个明显的特征吸收峰, 而 DL 型只有一个吸收峰, 且位置与 L 型的均不相同 通过 XRD 表征,L 与 DL 组氨酸具有不同的晶格参数 ; 采用密度泛函理论 (Density Functional Theory, DFT)[3] 模拟两种晶体的低频振动模式, 模拟结果显示,THz 特征吸收峰源于分子的集体振动行为 ( 类声子模式 ) L 与 DL 型晶格参数的差异导致两者在 THz 频段出现迥异的吸收特征, 基于此特征, 采用 THz 光谱技术可以实现对组氨酸同分异构体的快速鉴别及组分鉴定, 在食品和药物制造领域具有极大的应用潜力

15 图一 THz 异步光学扫描系统示意图 图二 L 与 DL 型组氨酸 THz 光谱测试结果 关键词 : 异步扫描, 太赫兹光谱, 组氨酸, 共振吸收 References 1 M. Schall, H. Helm, and S.R. Keiding, Int. J. Infrared Milli, 1999, 20(4): R. Gebs, G. Klatt, C. Janke, T. Dekorsy, and A. Bartels, Opt.Express, 2010, 18(6): O.V. Gritsenko, G.M. Zhidomirov, J. Struct. Chem., 1987, 28(2): 279.

16 利用太赫兹技术研究 GaAs 的光电特性 侯磊 施卫 西安理工大学, 西安 专题代号 :H005 摘要 :GaAs 材料由于其优越的光电特性, 在光电领域被广泛应用, 但是目前对其光电特性的检测方 法比较复杂, 常常需要制备接触电极, 而使材料表面被破坏 本文利用太赫兹时域光谱技术 1 研究 GaAs 样品在太赫兹波段的光电特性, 这种探测技术是非接触式的无损探测 将半绝缘 GaAs 样品放 入太赫兹时域光谱系统中, 扫描获得时域波形, 将其进行傅里叶变换转换为频谱, 计算可得到 GaAs 样品在 0.6THz~4.0THz 频率范围内的相关光学和电学参数, 如 GaAs 的折射率 消光系数 吸收系 数 相对介电常数 介电损耗及电导率 折射率虚部 复介电常数虚部和介电损耗值都较小, 表明 GaAs 样品在太赫兹波段具有很好的介电性质,GaAs 样品的电导率数值幅度在 量级, 表明 GaAs 样品的导电性极差 半绝缘性好 同时, 采用光泵浦太赫兹探测技术 2 对 GaAs 样品光激层的载流 子进行了超快动力学研究, 结果发现 : 增大激光光能或者加强泵浦光光能都能使太赫兹波通过 GaAs 样品的透过率降低, 主要是因为其光激层产生了大量的载流子而导致 GaAs 样品对太赫兹波的吸收 加强 ; 但不是激光光能或者泵浦光光能越大越好, 两者的数值过大可能会引起材料的本征性质突变 而导致太赫兹波透过率迅速增大 最后, 研究了光泵浦下 GaAs 样品载流子的超快弛豫过程和吸收 漂白效应 GaAs 样品载流子的超快弛豫过程主要是由非平衡载流子之间初始非弹性散射过程和载 流子的复合过程组成 载流子的初始散射时间为 33.21ps, 复合过程的载流子有效寿命为 2.05ns 采 用指数函数模型对其载流子的弛豫复合过程进行拟合, 得到复合过程的载流子寿命为 2.55ns, 与计 算所得的载流子有效寿命 2.05ns 相近, 并指出辐射复合在其载流子复合机制中起主导作用 GaAs 载 流子的吸收漂白效应是由于在较高的太赫兹波能量下 GaAs 样品载流子发生谷间散射引起的 关键词 : 太赫兹波, 砷化镓, 光泵浦太赫兹探测, 载流子寿命 资助项目 : 国家自然科学基金 ( , ) 参考文献 1 M Dai, X Xu, X.-C. Zhang, Detection of Broadband Terahertz Waves with A Laser-Induced Plasma in Gas, Phys. Rev. Lett. 2006, 97(10), P D Cunningham, H L Michael, Y Hin-Lap, Charge Carrier Dynamics in Metalated Polymers Investigated by Optical-Pump Terahertz-Probe Spectroscopy, J. Phys. Chem. B, 2009, 113(47): 15427

17 专题代号 :H006 High-k/III-V 的界面 能带调控及电学性能优化 何刚 1,, 高娟 1, 孙兆奇 1 1 安徽大学物理与材料科学学院辐射探测材料与器件实验室, 合肥 * [email protected] In this report, the reduction and removal of surface native oxides (GaOx, AsOx) from the as-received InGaAs surface by using dimethylaluminumhydride (DMAH)-derived AlON and ALD-derived Al2O3 passivation layer with self-cleaning effect prior to HfTiO deposition is reported to solve Fermi level pinning challenge. XPS analysis has revealed that complete consumption of native oxides of AsOx and GaOx at the InGaAs surface, but no effect to InOx, has been realized by MOCVD AlON and ALD-derived Al2O3 at 300oC. Meanwhile, the regrowth of the native oxides at the interface of HfTiO/InGaAs gate stacks has been detected by inserting AlON passivation layer. Valence band spectra of HfTiO/AlON/InGaAs gate stacks show reduction in valence band offset and increase in conduction band offset compared to that of HfTiO/InGaAs. Electrical measurements of MOS capacitor with HfTiO/Al2O3/InGaAs gate stacks with dielectric thickness of ~4 nm indicate improved electrical performance. The improved interface control and suitable band offset relative to InGaAs make high-k/iii-v as promising gate stacks in future InGaAs-based MOSFET devices. KEYWORDS:High-k gate dielectrics; Interface chemistry; III-V-based CMOS devices; Supported Program: National Natural Science Foundation of China ( , ), 参考文献 1 G. He*, J. Gao, H. S. Chen, J. B. Cui, X. S. Chen, and Z. Q. Sun, ACS Appl. Mater. Interfaces. 2014,6,

18 太赫兹量子级联激光器的研究及应用 专题代号 :H007 王雪敏, 沈昌乐, 蒋涛, 黎维华, 湛治强, 邓青华, 彭丽萍, 王新明, 樊龙, 阎大伟, 赵妍, 吴卫东 ( 等离子体物理重点实验室, 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川绵阳 ) [email protected] 摘要 : 太赫兹 (THz) 波是指频率从 0.1 THz 到 10 THz, 介于毫米波与红外光之间的电磁波, 具有安全性 宽带性 指纹谱特性和穿透性等特点, 在国家安全 航空航天 生物医学 材料科学等众多领域都有潜在的重大应用价值 太赫兹量子级联激光器 (THz QCL) 作为一种紧凑的 相干的固体连续辐太赫兹射源, 其辐射频率可通过能带和波函数设计进行调控, 具有响应速度快 体积小 便于集成等优点 到目前, 经过十年的发展, 太赫兹量子级联激光器的性能指标大幅度提高, 已经实现了辐射频率范围 THz, 连续波工作模式下的最高激射温度为 117 K 最大输出功率为 138 mw, 脉冲工作模式下最高激射温度为 200 K 最大输出功率超过 1 W 但是, 遗憾的是这些令人高兴的参数并不来自于同一个器件, 因此需要进一步研究 本研究团体经过不断摸索与创新, 在突破 THz QCL 有源区超高质量材料的制备 微纳器件加工 输出光束整形等技术的基础上, 成功研制出 2.5 THz 2.9 THz 3.1 THz 3.1 THz 和 4.3 THz 太赫兹量子级联激光器 器件整体水平达到国际先进水平 :2.5 THz 器件的连续波输出功率大于 6 mw,3.1 THz 器件的连续波输出功率大于 300 mw,3.3 THz 器件的脉冲输出功率达到了 32 mw 基于同轴全息原理, 成功研制了 THz 全息成像仪, 仪器分辨率达到 100 μm, 并实现了多种样品的全息成像, 获得了仪器的初步应用 关键词 : 太赫兹, 量子级联激光器, 连续波, 全息成像 图 微米条形板全息成像

19 专题代号 :H008 Hydrogen Surfactant Effect on ZnO/GaN Heterostructures Growth 张璟昭, 张易欧, 谢建辉, 朱骏宜 Department of Physics, the Chinese University of Hong Kong, Shatin, New Territories, Hong Kong, China 摘要 : Heterostructures of wurtzite based devices have attracted great research interests since the tremendous success of GaN in light emitting diodes (LED) industry. To grow high quality heterostructures based on ZnO and GaN, growth conditions that favor the layer by layer growth mode (Frank-Van der Merwe) have to be applied. While there are difficulties to achieve it, confirmed by experimental observations. By first-principles calculations, we obtained the intrinsic wetting conditions of possible heterostructure configurations, demonstrated the epi-growth mechanism to explain previous experimental results: poor crystal quality and 3D growth mode were obtained when GaN grown on ZnO while high quality ZnO was achieved on (0001) and (000-1)-oriented GaN. More importantly, we proposed key growth strategies by using hydrogen as a surfactant to turn over the intrinsic wetting conditions, when taking H-involved surface reconstructions into account. This novel strategy will for the first time make the growth of high quality GaN single crystal on ZnO substrate possible. The cost to grow GaN is expected to be largely reduced because of the choice of the inexpensive and lattice matched substrate of ZnO and the removal of the expensive buffer layer of GaN on expensive and lattice mismatched sapphire substrate. This surfactant effect is expected to largely improve the crystal quality and the efficiency of ZnO/GaN super lattices or other heterostructure devices. 关键词 :hydrogen, surfactant, ZnO, GaN, heterostructures, wetting conditions 资助项目 :The start-up funding at CUHK, direct grant with the Project code of and at CUHK.

20 邀请报告专题代号 :H009 二维材料的制备与及高性能器件的研究 许建斌香港中文大学电子工程学系, 材料科学与技术研究中心, 新界, 香港特别行政区 在此报告中, 我们将地介绍二维材料层状的制备及衬底表面的界面工程, 以及场效应晶体管和高 性行能光电晶体管的制备和应用 异质衬底界面不仅是二维材料研究所必需的技术支撑平台, 亦是其载流子形成与输运的场所 衬 底 / 材料界面的状态决定了最终能否实现可控的二维材料生长, 以及是否能够有效降低界面带来的有 害影响, 从而提高载流子迁移率或增加载流子产生率 实验与理论表明, 采用不同的制备方式及界面 工程, 可以获得高质量的单层石墨烯及二硫化钼等二维材料 其器件表现出了较高的性能 类似的方 法, 也可以应用于其它二维材料的制备及界面工程 在本报告中我们将着重讨论高质量单层石墨烯 和二硫化钼 (MoS 2) 之制备, 相关晶体管性能的改善, 和广谱高性能异质结光电探测器的制作等不同 方面 迄今我们发现自组装单分子层钝化的二氧化硅 / 硅衬底所提供的超平整表面, 可应用于石墨烯在 二氧化硅 / 硅衬底的界面工程, 以及其它新兴的二维材料, 从而获得较高的载流子迁移率及高性能的 光电器件 我们已经获得了室温下石墨烯在二氧化硅 / 硅衬底上最高的载流迁移率, 以及室温下极高 灵敏度响应的石墨烯 / 硅基光波导, 石墨烯 / 硅基衬底混合式的近中红外探测器 致谢 衷心感谢小组成员陈哲峰, 陶立, 万茜, 陈琨, 王肖沐, 叶镭, 李昊, 田晓庆, 谢伟广, 以及 合作者程振洲, 徐科, 王家奇, 邵磊, 王建方, 曾汉奇, 许振德等对本工作的贡献 本项工作部分亦 由香港研究资助局和香港中文大学资助, 基金号 N_CUHK405/12, AoE/P-02/12, 等 感谢香 港中文大学信息技术服务中心的 Mr. Frank Ng, Mr. Stephen Chan, and Mr. Roger Wong 在 HPC 上的技 术支持 ; 许建斌感谢中国国家自然科学基金委员会的资助, 基金号 参考文献 1. X. Wan, K. Chen, W. G. Xie, J. B. Xu, et al., Small 12, (2016) 2. K. Chen, X. Wan, et al., ACS Nano 9, (2015) 3. K. Chen, X. Wan, J. B. Xu, et al., Advanced Materials 27, (2015) 4. Z. F. Chen, Z. Z. Cheng, H. K. Tsang, J. B. Xu, Advanced Optical Materials 3, (2015); DOI: /adom J. Q. Wang, Z. Z. Cheng, Z. F. Chen, J. B. Xu, H. K. Tsang, and C. T. Shu, Journal of Applied Physics, Vol. 117 (14), Article Number , DOI: / , X. Wan, K. Chen, and J. B. Xu, Small, Vol. 10 ( 22), , DOI: /smll , 2014

21 7. L. Shao, X. M. Wang, H.T. Xu, J. F. Wang, J. B. Xu, L.M. Peng, H. Q. Lin, Advanced Optical Materials 2, , X. M. Wang, Z. Z. Cheng, K. Xu, H. K. Tsang, and J. B. Xu, Nature Photonics, Vol. 7, , X. Wan, K. Chen, J. Du, D. Liu, J. Chen, X. Lai, W. G. Xie, and J. B. Xu, Journal of Physical Chemistry C, Vol. 117, , X. Wan, K. Chen, D. Q. Liu, J. Chen, Q. Miao, and J. B. Xu, Chemistry of Materials, Vol. 24, , X. M. Wang, W. G. Xie, J. Du, C. L. Wang, N. Zhao, and J. B. Xu, Advanced Materials, Vol. 24, , K. Chen, X. M. Wang, J. B. Xu, L. J. Pan, X. R. Wang, and Y. Shi, Journal of Physical Chemistry C, Vol. 116, , X. M. Wang, J. B. Xu, C. L. Wang, J. Du, and W. G. Xie, Advanced Materials, Vol. 23, , 2011

22 邀请报告专题代号 :H010 黑夜 雾霾 深空里的眼睛 : 红外探测器 胡伟达 *, 陈效双, 陆卫 中国科学院上海技术物理研究所, 红外物理国家重点实验室, 上海, * [email protected] 摘要 : 高性能红外探测器是红外遥感 气象预报 深空探测和军事侦察的眼睛 研制高性能红外光电探测器是国家在民用 军用关键领域的迫切需求 以传统碲镉汞 (HgCdTe) 锑化铟(InSb) 铟镓砷 (InGaAs) 制冷型红外探测器为代表的高性能红外探测器已经广泛应用于航天航空 气象遥感 武器制导 夜视侦查 随着人类对红外探测的不断增长的需求, 高性能非制冷红外探测器技术的新方向已经被提出 要同时满足高性能和高工作问题这两种要求, 必须要寻找新型的红外探测材料 近几年来国际前沿最热门的材料之一二维材料具有宽波段响应 室温工作 高增益 响应速度快等诸多优异特性, 给高性能非制冷红外探测器的研制带来了新的曙光 本次邀请报告介绍了 年中科院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室胡伟达 陈效双 陆卫课题组在二维材料 (2D material Schottky, 2D material /1D nanowire hybrid, 2D material heterojunction, 2D material pn junction[1-9] 等 ) 红外探测器机理和研制方面的进展 关键词 : 红外探测器 ;HgCdTe 红外探测器 ; 二维材料红外探测器 ; 纳米线红外探测器 参考文献 [1] Dingshan Zheng, Jianlu Wang, Weida Hu*, Lei Liao*, Hehai Fang, Nan Guo, Peng Wang, Fan Gong, Xudong Wang, Zhiyong Fan, Xing Wu, Xiangjian Meng, Xiaoshuang Chen, and Wei Lu, When nanowire meet ultra-high ferroelectric field high performance full-depleted nanowire photodetectors, Nano Letters, 16, (2016). [2] Mingsheng Long, Erfu Liu, Peng Wang,., Yi Shi, Weida Hu*, Dingyu Xing, and Feng Miao*, Broadband Photovoltaic Detectors based on an Atomically Thin Heterostructure, Nano Letters, 16, (2016). [3] Fan Gong, Wenjin Luo, Jianlu Wang, Peng Wang, Hehai Fang, Dingshan Zheng, Nan Guo, Johnny C. Ho, Xiaoshuang Chen, Wei Lu, Lei Liao*, and Weida Hu*, High-Sensitivity Floating-Gate Phototransistors Based on WS2 and MoS2, Advanced Functional Materials, in press, DOI: /adfm (2016). [4] Xudong Wang, Peng Wang, Jianlu Wang*, Weida Hu*, Xiaohao Zhou, Nan Guo, Hai Huang, Shuo Sun, Hong Shen, Tie Lin, Minghua Tang, Lei Liao, Xiangjian Meng, Xiaoshuang Chen, Wei Lu, and Junhao Chu, Ultrasensitive and broadband MoS2 photodetector driven by ferroelectrics, Advanced Materials, 27, (2015). [5] Jinshui Miao, Weida Hu,* Youliang Jing, Wenjin Luo, Lei Liao,* Anlian Pan, Shiwei Wu, Jingxin Cheng, Xiaoshuang Chen, and Wei Lu, Surface Plasmon-Enhanced Photodetection in Few-Layer MoS2 Phototransistors with Au Nanostructure Arrays, Small, 11, (2015). [6] Enze Zhang, Yibo Jin, Xiang Yuan, Weiyi Wang, Shanshan Liu, Peng Zhou*, Weida Hu* and Faxian Xiu*, ReS2-based field-effect transistors and photodetectors, Advanced Functional Materials, 25, (2015).

23 [7] Shanshan Liu, Xiang Yuan, Peng Wang,, Weida Hu*, and Faxian Xiu*, Controllable Growth of Vertical Heterostructure GaTexSe1-x/Si by Molecular Beam Epitaxy, ACS Nano, 9, (2015). [8] Xiang Yuan, Lei Tang, Shanshan Liu, Peng Wang, Cheng Zhang, Yanwen Liu, Weiyi Wang, Yichao Zou, Cong Liu, Nan Guo, Jin Zou, Peng Zhou*, Weida Hu*, and Faxian Xiu*, Arrayed van der Waals Vertical Heterostructures based on 2D GaSe Grown by Molecular Beam Epitaxy, Nano letters, 15, (2015). [9] Jinshui Miao, Weida Hu*, Lei Liao*, Xiaoshuang Chen, and Wei Lu, High-Responsivity Graphene/InAs Nanowire Heterojunction Near-Infrared Photodetectors with Distinct Photocurrent On/Off Ratio, Small, 11, (2015).

24 邀请报告专题代号 :H011 Photodetectors based on layered (III-Se) and their heterostructures Kaiyou Wang SKLSM, Institute of Semiconductors, CAS, P. O. Box 912, Beijing , People s Republic of China. Because the band gap of the two dimensional (2D) materials can vary from 0 to 6eV, the photodetectors based on two dimensional (2D) materials have attracted considerable attentions. We systematically investigate the dependence of the photoresponsivity on the spacing distance for the two-dimensional (2D) semiconductor based metal-semiconductor-metal (MSM) photodetectors in both the bottom and top Ti/Au contacted device configurations using layered GaSe and InSe. Through spatially resolved photocurrent measurements, we find that the photocurrent is mainly generated from the photoexcited carriers close to the metal-gase contacts and the photocurrent active region is always close to the Schottky barrier with higher electrical potential. A theoretical model has also been developed to well explain for the underlying physics for the photoresponse [1]. The response time can be further reduced down to a few hundreds of microseconds for the devices with single layer graphene as metallic electrodes [2]. Recently, we use p type GaSe and n type InSe to fabricate vertical p-n heterostructure photodiodes with graphene as the transparent electrodes. Not only the photocurrent peaks originated from the energy band transition of GaSe and InSe, we also observed the photocurrent peaks originated from the interlayer energy band transitions. Our work proves that the 2D based devices could be important for optoelectronic applications in the future. References 1 Y. F. Cao, K. M Cai, P. A. HU, L. X. Zhao, T. F. Yan, W. G. Luo, X. H. Zhang, X. G. Wu, K. Y. Wang and H. Z. Zheng, Scientific Reports, 5, 8130 (2015). 2 W. G. Luo, Y. F. Cao, P. A. Hu, K. M. Cai, Q. Feng, F. G. Yan, T. F. Yan, X. H. Zhang and K. Y. Wang, Adv. Opt. Mater., 3,(2015)1418.

25 邀请报告专题代号 :H012 Highly Efficient Charge Transfer in Nanocrystalline Silicon Reuben Collins Professor of Physics, Editor-in-Chief of Applied Physics Letters, Colorado School of Mines, Golden, CO We demonstrate that in films of nanocrystalline silicon imbedded in a hydrogenated amorphous silicon matrix, carriers generated in the amorphous region are efficiently transported to the nanocrystals prior to thermalization into band tail states of the amorphous phase. This transfer causes EPR and photoluminescence (PL) signals from the amorphous phase to be rapidly quenched as the volume fraction of Si nanocrystals exceeds about 30 volume %. Ultrafast carrier dynamics, probed using time-resolved terahertz spectroscopy (TRTS), confirm rapid transport between phases before complete relaxation. TRTS results are consistent with a model where electrons excited in the amorphous material are first trapped at interface states at the amorphous/nanocrystal boundary prior to being thermally emitted into the crystalline phase. These results, which indicate nanocrystalline Si:H is effectively a type I bulk heterojunction material, help explain the enhanced photo stability of this material compared to amorphous silicon by itself. They also suggest routes to using similar structures to increase the efficiency of thin film Si solar cells. To realize this possibility, we have developed a new approach for synthesizing nanocrystalline silicon with the ability to separately tune the amorphous matrix and control nanocrystal size in the sub 10nm, quantum confined regime. Support from the NSF and DOE are gratefully acknowledged.

26 邀请报告专题代号 :H013 通过低热导率晶体的低维电子输运来提高其热电优值 米雪娅 1 余晓翔 2 姚凯伦 1 黄晓明 2 杨诺 2 吕京涛 1 1. 华中科技大学物理学院, 武汉 华中科技大学能源学院, 武汉 [email protected] 摘要 : 低维电子和玻璃声子输运是提高热电材料效率的两个重要的因素, 并且构成了热电研究领域的两个重要的分支 一种方式是我们可以控制低维材料的电子传输, 另一种方式是在块体材料中应用声子工程 目前的工作已经能够将两者很好的结合起来, 即将声子工程运用到低维材料中 本文中, 我们提出了将低维电子传输运用到块体的声子玻璃晶体中, 通过这种方式来增加热电效率 通 过第一性原理计算和经典的平衡分子动力学模拟, 我们证明了 堆积的分子晶体 Bis- Dithienothiophene 是体现这种方式的一个很好的例子 这是由其本身的化学键的性质决定的 不对材料进行任何的参数优化, 我们获得了室温下的热电优值 ZT, 为 1.48, 因此也证实了我们的观点 关键词 : 热电输运 资助项目 : 国家自然科学基金 ( , , ) 参考文献 1 Kresse, G.; Furthmüller, J. Comp. Mater. Sci. 1996, 6, Madsen, G. K. H.; Singh, D. J. Comput. Phys. Commun. 2006, 175, Bardeen, J.; Shockley, W. Phys. Rev. 1950, 80, Beleznay, F. B.; Bogár, F.; Ladik, J. J. Chem. Phys. 2003, 119, Wang, D.; Shi, W.; Chen, J.; Xi, J.; Shuai, Z. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, Chen, J.; Wang, D.; Shuai, Z. J. Chem. Theory Comput. 2012, 8, Plimpton, S. Fast parallel algorithms for short-range molecular dynamics. J. Comp. Phys. 117,1 19 (1995).

27 邀请报告专题代号 :H014 面向光电子应用的二维材料光学性能调控 张凯 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所, 江苏 摘要 : 石墨烯及其衍生二维材料由于超高的载流子迁移率 宽光谱响应以及超薄柔韧等性能优势, 被寄望于新一代光电子器件开发应用 针对石墨烯光吸收 响应率低下的问题, 以及面向光电子应用的需求, 近期我们从材料能带工程 结构构筑等方面着手, 实现了二维材料表面等离激元 光电响应等性能的有效调控 1-4 通过采用等离子化学气相沉积生长的少数层六方氮化硼薄膜作为介电光学窗口, 构建了多种石墨烯 / 氮化硼堆垛异质结结构, 激发出太赫兹波段宽频可调谐的表面等离激元谐振, 突破了单层石墨烯的谐振特性 基于嵌段共聚物自组装开发了一种工艺简单 廉价 大面积制备石墨烯纳米点阵的方法, 点阵结构可控 所制备的石墨烯纳米点阵可激发中红外表面等离激元谐振, 获得了宽频局域电场增强, 实现了红外光谱增强, 并用于传感检测 采用该石墨烯点阵基表面等离增强红外光谱, 获得了单层自组装分子振动吸收 >10 倍的信号增强, 单链 DNA 检测皮摩尔量级的探测灵敏度, 以及水溶液中金属离子的高选择性和灵敏度监测 在原子级表征和研究化学气相沉积石墨烯 氮化硼中相分离转化的基础上, 成功实现了二维硼 碳 氮网络结构的可控生长 以石墨烯或氮化硼为模板, 通过金属催化作用下的原子取代, 形成了二维硼 - 碳 - 氮合金, 获得了 ~2eV 的能带, 并系统研究了这种二维合金的荧光特性 此外, 着眼于新型二维半导体材料的开发, 采用气相相变的生长方法在温和条件下获得了厘米级硒掺杂黑磷单晶 所制备硒掺杂黑磷单晶表现出载流子迁移率 >800 cm 2 V -1 s -1, 开关比 ~10 5 的优异电学输运性能 硒掺杂的引入, 降低了二维黑磷薄膜与金属电极接触的肖特基势垒, 使得基于二维黑磷的光探测器响应率和外量子效率提高了 20 倍, 分别达到了 15.33A/W 和 2993% 这些研究为二维材料光学性能调控提供了可靠解决途径, 为其在室温光探测器 高灵敏红外光谱增强检测等领域的开发应用奠定了基础

28 图 1 基于结构构筑和能带工程的二维材料表面等离激元 光电性能调控 关键词 : 二维材料, 表面等离激元, 光电响应, 调控 资助项目 : 中国科学院 百人计划 人才专项 国家自然科学基金 ( ) 江苏省自然科学基 金 (BK ) 参考文献 1 K. Zhang et al, Order-Disorder Transition in a Two-Dimensional Boron-Carbon-Nitride Alloy, Nature Communications 2013, 4, K. Zhang et al, Large scale graphene/hexagonal boron nitride heterostructure for tunable plasmonics, Advanced Functional Materials 2014, 24, K. Zhang et al, Large-Area Graphene Nanodot Array for Plasmon-Enhanced Infrared Spectroscopy, Small 2016, 12, Y. Xu, K. Zhang* et al, Selenium-Doped Black Phosphorus for High-Responsivity 2D Photodetectors, Small 2016, DOI: /smll

29 邀请报告专题代号 :H015 二维层状材料的缺陷调控 倪振华 东南大学物理系, 南京 摘要 : 二维层状材料过渡金属硫属化合物 (TMDs) 的光学和电学性质受其内部缺陷的影响非常巨大 [1-3] 在本报告中, 我们将通过低温荧光光谱研究 TMDs 材料中的缺陷, 并将其与材料的光学 电学性能相对应 我们发现, 在不同温度生长获得的 CVD 单层 MoS2 样品, 其尺寸 发光强度等随生长温度有显著变化 通过低温荧光光谱研究, 我们发现不同生长温度下获得的样品具有不同强度的缺陷态荧光峰 (Xb), 主要是由于激子被束缚在材料的缺陷位所造成的 在 830 o C 下获得的样品中缺陷含量最低, 且具有最好的发光性质以及最高的载流子迁移率 另外, 单层 WeS2 材料的低温荧光光谱显示, 经过电子束曝光处理后的样品具有非常强的缺陷态发光峰 高分辨透射电镜结果也证明电子束辐照会在 WeS2 中引入 Se 空位缺陷, 而这些缺陷作为散射中心将会限制材料的电学性能, 如载流子迁移率 最后, 我们提出了一种二维材料的缺陷调控手段, 通过氧等离子体轰击或高温退火的方式, 在单层 MoS2 中引入缺陷以及氧化学成键 高分辨荧光和拉曼光谱显示, 在 MoS2 的缺陷处存在着近百倍的荧光增强 [4] 以上工作提供了一种有效 无损的二维材料缺陷表征方法, 并为二维材料的缺陷调控提供了一种新的思路 图 1 (a) 二维材料的缺陷荧光表征 (b) 二维材料的缺陷调控及荧光增强

30 关键词 : 二维材料, 缺陷, 荧光光谱, 性能调控, 迁移率 资助项目 : 国家自然科学基金 ( , ) 参考文献 [1] Y. L. Liu, et al., ACS Nano 7, 4202 (2013). [2] H. Qiu, et al., Nature Communications 4, 2642 (2013). [3] Y. Cui. et al., Advanced Materials 27, 5230 (2015). [4] H. Y. Nan, et al., ACS Nano 8, 5738 (2014).

31 GaN 基多量子阱 LED 的 V 坑空穴注入模型 全知觉 吴小明 刘军林 潘拴 江风益 南昌大学国家硅基 LED 工程技术研究中心, 南昌 [email protected] 专题代号 :H016 摘要 : 氮化镓 (GaN) 基发光二极管 (LED) 在蓝光波段已取得巨大成功, 但其在绿 黄光等较长波段的发光效率仍然较低 由位错诱导产生的 V 坑可显著提高 GaN 基 LED 的发光效率 关于 V 坑的作用机理, 前人提出了 V 坑可以屏蔽位错的物理模型 1, 在一定程度上阐明了 GaN 基 LED 发光效率对位错密度不敏感的原因 ; 但该模型仍遵循位错密度越低, 发光效率越高的传统观点 近来, 本课题组通过数值计算, 理论上发现 : 除屏蔽位错外,V 坑还有增强空穴注入的作用 2 ; 由于 V 坑是位错诱导而产生的, 这使得位错密度并不是越低越好, 而应存在最佳值 V 坑空穴注入 模型可以很好地解释 V 坑对空穴注入深度有显著影响的实验现象 3, 也可解释本课题组研究 V 坑尺寸大小对 GaN 基 LED 光电性能影响的实验结果 本文将详细介绍 V 坑空穴注入的物理模型以及相关的实验结果, 并在此基础上理论研究了 V 坑的大小与密度对 LED 光电性能的影响, 获得了与他人实验结果相似的变化趋势 (a) (b) 图 1 (a) 位错诱导产生的 V 坑的结构示意图 ( 图片来自参考文献文献 [1]) (b) 空穴注入到 c 面量子阱过程的示意图 ; 红箭头表示空穴输运的方向 关键词 : 氮化镓 LED V 坑 空穴注入资助项目 : 国家自然科学基金 (No No 和 No ) 参考文献 1 A. Hangleiter et al, Suppression of nonradiative recombination by V-shaped pits in GaInN/GaN quantum wells produces a large increase in the light emission efficiency, Physical Review Letter 2005, 95, Y. Li et al, Deep hole injection assisted by large V-shape pits in InGaN/GaN multiple-quantum-wells blue lightemitting diodes, Journal of Applied Physics 2014, 116, Z. J. Quan et al, Roles of V-shaped pits on the improvement of quantum efficiency in InGaN/GaN multiple quantum well light-emitting diodes, Journal of Applied Physics 2014, 116,

32 专题代号 :H017 氮化镓基紫外探测器的新进展许金通 中国科学院上海技术物理研究所近些年, 由于材料生长和器件工艺等方面取得的进展, 氮化镓基紫外探测器的性能有了巨大的进展, 可见盲波段和日盲波段紫外探测器已经发展成大面阵探测器组件, 相应雪崩光电探测器也接近或者达到单光子计数的水平, 零偏压下的暗电流达到仪器测试的极限, 高偏压下的暗电流下降到了纳安量级 此外, 在光电应用系统的需求推动下, 氮化镓基宽光谱和近紫外波段响应的探测器也有了进一步的发展, 探测器的结构设计和器件工艺取得了突破, 展示了良好的光电性能

33 专题代号 :H018 等离子体增强原子层沉积高速率生长 AlN 晶体薄膜 刘三姐 郑新和 北京科技大学数理学院, 北京 摘要 : 采用等离子体增强原子层沉积技术在硅 (100) 衬底上制备了多晶 AlN 薄膜, 三甲基铝 (TMA) 和 Ar/N2/H2 (1:3:6) 等离子体分别为 Al 源和 N 源的前驱体 利用 X 射线衍射仪 (XRD) 椭偏仪(SE) 高分辨透射电子显微镜 (HRTEM) 对样品进行表征, 结果表明, 在温度为 范围内, 薄膜生长速率随着温度的升高呈现阶梯状增加, 低于或者高于该区间的生长温度, 生长速率都呈现上升趋势 ; 沉积温度为 300 和 200 时,AlN 薄膜自限制生长所需的 TMA 脉冲时间分别为 0.05s 和 0.02s, 饱和生长速率分别为 2.1 和 1.6Å/cycle. 2.1Å/cycle 的生长速率远高于已有报道的使用 N2/H2 等离子体作为 N 源的生长速率 为了得知高速率下沉积的薄膜的质量和进一步验证生长速率, 我们使用各饱和参数, 在生长温度为 300 的条件下沉积 400cycle 的 AlN 薄膜, 用 XRR SE 和 TEM 测得膜厚均为 86nm, 且薄膜的不均匀性只有 1%,GIXRD 和 HR-TEM 图显示沉积的 AlN 薄膜为六方纤锌矿结构, 且表现出 (002) 和 (102) 的择优取向, 在 AlN 和 Si 的界面处并没有看到 SiOx 层, 存在的约 4-5nm 的非晶 AlN 膜层说明 AlN 薄膜沉积至约 5nm 就由非晶变为晶态薄膜 图 下于 Si(100) 衬底上生长的 86nmAlN 薄膜,(a)TEM 截面图 (b) 高分辨率 TEM 截面 图, 插图为 AlN 薄膜的 SAED 图

34 关键词 : 氮化铝, 等离子体增强原子层沉积, 高速率生长, 晶体薄膜 资助项目 : 中央高校基本业务费 ( ): 国家自然科学基金 ( ) 参考文献 1 N. Nepal et al, Epitaxial Growth of AlN Films via Plasma-assisted Atomic Layer Epitaxy, Appl. Phys. Lett. 2013, 103, C. Ozgit et al, Self-limiting Low-temperature Growth of Crystalline AlN Thin Films by Plasma-enhanced Atomic Layer Deposition, Thin. Solid. Films. 2012, 520, V. Bui et al, Initial Growth, Refractive Index, and Crystallinity of Thernal and Plasma-enhanced Atomic Layer Depostion AlN films, J. Vac. Sci. Technol. A. 2015, No. 1, Vol M. Rose et al, Temperature dependence of the Sticking Coefficient in Atomic Layer Deposition, Appl. Surf. Sci. 2010, 256, H. Van Bui et al, Self-limiting Growth and Thickness- and Temperature-dependence of Optical Constants of ALD AlN Thin Films, ECS Journal of Solid State Science and Technology. 2014, 3(4), p101-p106 6 S. Goerke et al, Atomic Layer Deposition of AlN for Thin Membranes using Trimethylaluminum and N2/H2 Plasma, Appl. Surf. Sci. 2015, 338, M. Alevli et al, The Inflence of N2/H2 and Ammonia N Source Materials on Optical and Structural Properties of AlN Films Grown by Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition, J. Cryst. Growth. 2011, 334, J.X. Zhangl et al, Growth of AlN films on Si (100) and Si (111) Substrates by Reactive Magnetron Sputtering, Surface & Coatings Technology. 2005, 198, P. Motamedi et al, Structural and Optical Characterization of Low-temperature ALD Crystalline AlN, J. Cryst. Growth. 2015, 421, L. Riikka et al, Surface chemistry of Atomic Layer Deposition: A Case Study for the Trimethylaluminum/water Process, J. Appl. Physt. 2005, 97, L. Riikka et al, Aluminum Oxide from Trimethylaluminum and Water by Atomic Layer Deposition: The Temperature Dependence of Residual Stress, Elastic Modulus, Hardness and Adhesion, Thin. Solid. Films. 2014, 552,

35 Mn 掺杂 GaN 纳米线的结构和光学特性的研究 杨欣欣 邹炳锁 北京理工大学物理学院, 北京 专题代号 :H019 摘要 : 稀磁半导体 (Diluted magnetic semiconductors,dmss) 因兼具磁性和半导体特性而引起广泛研究, 预计应用于自旋电子器件 自旋 - 场效应晶体管以及自旋基量子计算机等 [1] 其中过渡金属掺杂的 GaN 因可以实现室温铁磁成为了现在的研究焦点 [2] 我们利用化学气相沉积法制备了高质量表面无缺陷的 Mn 掺杂 GaN 纳米线, 利用扫描电子显微镜 (SEM) 和能谱仪 (EDS) 观察了其结构 形貌并定量分析了纳米线的化学组成 300nm 的飞秒激光器激发得到了峰值为 370nm 半高宽为 H 3nm 的激发谱线 通过测量温度相关的 Raman 谱线, 我们发现在温度由 300K 依次降至 80K 时 E 2 的峰值由 cm -1 移至 569.7cm -1, 半高宽由 13.84cm -1 变窄至 10.03cm -1 由此得出温度降低, 晶格体积减小, 原子间作用力改变声子振动频率, 而声子间的非谐相互作用减弱, 声子寿命减小, 声子散射时间增加 比较掺杂 Mn 的 GaN 纳米线与无掺杂 GaN 纳米线的偏振 Raman 分别给出平行入射光和垂直入射光下不同角度散射光中强度 A 1(TO) E 1(TO) H E 2 的强度变化 结果显示电声子耦合相互作用对声子模式的强度影响较大 这为 GaN 基 DMSs 的广泛应用奠定了理论基础 Intersity(a.u.) Raman(cm -1 ) 图 1 Mn 掺杂的 GaN 纳米线的 SEM 图 图 2 Mn 掺杂的 GaN 纳米线室温 Raman 谱 a 300K b Intensity(a.u.) interval=20k Intensity(a.u.) c 80K d Raman(cm -1 ) Raman(cm -1 ) 图 3 Mn 掺杂的 GaN 纳米线不同温度下的 Raman 谱和四个典型的偏振 Raman 谱 :(a)x(p,p)x (b)x(p,s)x (c)x(s,p)x (d)x(s,s)x

36 关键词 : 稀磁半导体,GaN 纳米线,Raman 光谱 资助项目 : 国家 973 计划 II-VI 半导体微纳结构中新奇玻色子量子态的多场调控 (2014CB920903) 参考文献 [1]Stefanowicz, W., et al., Structural and paramagnetic properties of dilutega1 xmnxn. Physical Review B, (23). [2]Adhikari, R., et al., Upper bound for thes dexchange integral inn-(ga,mn)n:si from magnetotransport studies. Physical Review B, (20).

37 专题代号 :H020 异质结 AlGaN 日盲雪崩光电探测器及暗电流机制分析 邵振广 1,2 陈敦军 2 杨希峰 1 刘玉申 1,3 陈效双 3 1 常熟理工学院物理与电子科学与工程学院, 苏州 南京大学电子科学与工程学院, 南京 中科院技术物理研究所红外物理国家重点实验室上海 [email protected] AlGaN 半导体材料的帯隙宽度可以从 3.4eV 到 6.2eV 连续可调, 覆盖了从 365 nm 到 200 nm 的紫外波段, 是制备紫外短波长发光和探测器件不可替代的材料体系 利用高 Al 组份的 AlGaN 材料制备的本征日盲紫外雪崩探测器可以省去昂贵的滤波片, 而且它还具有低的工作电压 低功耗 更小的尺寸 易于集成等优点, 因此有可能替代目前广泛使用的体积庞大并且易碎的光电倍增管 为了提高空穴的离化系数实现高增益的 AlGaN 日盲雪崩光电探测器, 我们基于吸收层和雪崩层分离的 SAM 型结构, 提出了高 / 低 Al 组分的 AlGaN 异质结雪崩层来替换传统只有高 Al 组分的 AlGaN 雪崩层 异质结 Al 0.2Ga 0.8N/Al 0.45Ga 0.55N 雪崩探测器表现出了非常陡峭的雪崩击穿特性, 在 108V 时器件得到了最大的雪崩增益 在 10V 反向偏压下器件的光谱响应在 273 nm 达到最大值而在 279 nm 处具有非常清晰的截止边, 表明在异质结 Al 0.2Ga 0.8N/Al 0.45Ga 0.55 具有非常大的导带带阶差 这种带阶有效阻止了 Al 0.2Ga 0.8N 层中的电子向 n 型层中输运过程, 这将有效抑制电子发动的雪崩过程, 减小器件的噪音 图 1 异质结 APD I-V 曲线及光增益 图 2 缺陷辅助隧穿模型与实验对比 关键词 :AlGaN, 日盲雪崩探测器, 光增益, 缺陷辅助隧穿资助项目 : 国家自然科学基金 ( , ) 参考文献 1 Z. G. Shao, D. J. Chen, R. Zhang, Y. D. Zheng, High-gain AlGaN solar-blind avalanche photodiodes, IEEE Electron Device Letters, vol. 35, no. 3, pp , Mar

38 邀请报告专题代号 :H021 新型二维材料的电子输运与器件应用 缪峰 南京大学物理学院, 南京 摘要 :During the last decade, tremendous research efforts have been focused on two-dimensional (2D) materials due to their rich physics and potentials for many important applications. Our group is now focusing on electronic, electro-mechanical, optoelectronic properties, and related device applications of 2D materials. The first part of my talk will cover our recent studies on atomically thin rhenium disulfide (ReS 2) flakes with unique distorted 1T structure, which exhibit interesting in-plane anisotropic transport and mechanical properties. We fabricated mono- and few-layer ReS 2 field effect transistors, which exhibit competitive performances and record-high anisotropic ratio among all known 2D semiconducting materials. [1] We further successfully demonstrated an integrated digital inverter with good performance and a photodetector with ultrahigh responsivity, suggesting promising applications on large-scale logic and optoelectronic circuits. [2,3] The second part of the talk will focus on the electro-mechanical properties of suspended graphene, which is the thinnest flexible conductive material. I will present the positive piezoconductive effect we observed in suspended bi- and multi-layer graphene. The effect is highly layer-dependent, with the most pronounced response for tri-layer graphene. The effect, and its dependence on the layer number, can be understood as resulting from the strain-induced competition between interlayer coupling and intralayer hopping, as confirmed by the numerical calculation based on the non-equilibrium Green s function method. [4] Our latest results on the observation of transport evidence of a Type-II Weyl semimetal, tungsten telluride (WTe 2) flakes, will also be presented. [5] 关键词 :2D materials, graphene, ReS 2, WTe 2, electronic transport, device application 资助项目 : 国家自然科学基金 ( , ), 科技部国家重大科学研究计划 (2015CB921600,2013CBA01603) 参考文献 1 Liu, et al. Integrated Digital Inverters Based on Two-dimensional Anisotropic ReS2 Field-effect Transistors, Nat. Comm. 6, 6991 (2015). 2 Liu, et al. Ultra-high responsivity phototransistors based on few-layer ReS2 for weak signal detection, Adv. Func. Mater. 26, 1938 (2016).

39 3 Long, et al. Broadband photovoltaic detectors based on an atomically thin heterostructure, Nano Lett. 16, 2254 (2016). 4 Xu, et al. The positive piezoconductive effect in graphene, Nat. Comm. 6, 8119 (2015). 5 Wang, et al. Tunable Negative Longitudinal Magnetoresistance in the Predicted Type-II Weyl Semimetal WTe2, (2016) (submitted).

40 邀请报告专题代号 :H022 外尔半金属量子阱的电子准直特性 尤文龙, 王雪峰 苏州大学物理学院 摘要 : 外尔半金属材料中外尔节点附近的电子满足三维外尔方程, 是具有手征性的外尔电子 与石墨烯材料中的二维狄拉克电子类似,Klein 隧穿使外尔电子能百分之百穿透台阶势垒 我们研究了量子阱或层状量子势垒结构中的外尔电子行为 能量高于半阱深的电子能够被量子阱捕获于其附近的限制态中 层状的一维方形势阱或势垒对于垂直入射的电子是完全透明的 但斜入射电子的透射谱则只在特定的能量和角度出现共振峰, 且这些共振峰的位置在限制态谱边缘与限制态的能量一致 穿过势垒 ( 势阱 ) 时, 导带 ( 价带 ) 电子的透射谱出现能隙, 且能隙的宽度随角度的增加而增加 特别地, 当电子的能量与量子阱的底部或势垒顶部能量一致时, 所有非垂直入射的电子将被阻挡在量子阱或势垒外 这样我们利用这种方势阱或势垒可以过滤特定能量的斜入射电子, 使出射电子垂直于势阱或势垒平面 这时该量子阱 ( 垒 ) 结构的二维电导谱则会出现两个谷, 分别对应于态密度为零的外尔节点和量子阱 ( 垒 ) 的底 ( 顶 ) 部能量 关键词 : 外尔半金属, 量子阱, 电子准直 资助项目 : 国家自然科学基金 ( and ) 参考文献 1 W. L. You, X. F. Wang, A. M. Oles, and J. J. Zhou, Electronic properties in a quantum well structure of Weyl semimetal, Appl. Phys. Lett. 2016, 108,

41 邀请报告专题代号 :H023 宽谱太赫兹量子级联激光器及谱应用 黎华曹俊诚 中国科学院上海微系统与信息技术研究所太赫兹固态技术重点实验室, 上海市长宁路 865 号, 上海 摘要 : 太赫兹量子级联激光器 (THz QCL) 是一种基于子带间电子跃迁的单极发光器件 在 1 到 5 THz 频率范围内,THz QCL 是最有效的 THz 辐射源 传统的 THz QCL 器件的频谱一般是窄带分布 即使在高电流下, 器件发射谱也不能均一覆盖连续的频率范围 本工作中, 我们结合束缚态到连续态跃迁和共振声子跃迁结构, 实现了连续波 THz QCL 激射, 频率为 4.2 THz 左右, 低温 15 K 下的阈值电流密度为 50 A/cm 2 基于超低阈值电流密度, 我们采用长腔器件结构, 在外部射频 (RF) 调制的作用下, 频率覆盖范围从 4.01 至 4.33 THz, 可实现频率均一连续覆盖 320 GHz 同时, 在 RF 作用下,THz QCL 每个纵模之间的间距可以保证完全被 RF 频率锁定 利用这种高稳定性和宽频率覆盖特点, 我们可以将 THz QCL 器件应用于谱测量 采用 GaAs 法布里 - 珀罗样品, 我们实现在 THz QCL 频率覆盖范围内的透射谱测量 测试结果可以清晰的反映出样品透射率的振荡现象 同时, 作为谱应用的进一步证明, 我们实现了氨气在 THz 波段吸收峰的测量 关键词 : 太赫兹, 量子级联激光器, 宽谱, 射频调制 资助项目 : 中国科学院 百人计划 国家自然科学基金 ( ) 上海市国际合作基金项目 ( ) 参考文献 [1] H. Li, et al., "Dynamics of ultra-broadband terahertz quantum cascade lasers for comb operation", Opt. Express 23 (26), (2015). [2] M. Rosch, G. Scalari, M. Beck, and J. Faist, "Octave-spanning semiconductor laser", Nature Photonics 9 (1), 42 (2015). [3] Y. Yang, D. Burghoff, D. J. Hayton, J. R. Gao, J. L. Reno, and Q. Hu, "Terahertz multiheterodyne spectroscopy using laser frequency combs", Optica 3 (5), 499 (2016). [4] G. Villares, A. Hugi, S. Blaser, and J. Faist, "Dual-comb spectroscopy based on quantum-cascade-laser frequency combs", Nature Communications 5, 5192 (2014). [5] H. Li, et al., "Coupled-cavity terahertz quantum cascade lasers for single mode operation", Appl. Phys. Lett. 104 (24), (2014).

42 邀请报告专题代号 :H024 立方和六方纳米结构的声子特性 * 孙林 施灵聪 王春瑞 东华大学理学院应用物理系, 上海 [email protected] 摘要 : 体相材料中的声子及其相互作用在固体物理 固体电子学 光电子 热输运 量子电子学等领域起着重要的作用 纳米结构中的声子对研究维度限制声子具有指导意义, 并导致纳米结构中声子效应和声子工程 本文主要的研究对象聚焦在典型立方和六方纳米结构材料如 II-VI( 立方和六方 ),IV( 立方 ) 和铜基四元硫化物 ( 基于 II-VI 衍生结构 ) 利用物理气相沉积法和湿化学方法成功制备出一系列 II- VI/IV Cu 2ZnSnS 4 基异质结纳米结构 ; 结合拉曼光谱技术, 获到了材料的分子结构和振动特性等信息 变温拉曼谱表明, 非谐效应引起材料振动峰的红移与宽化, 而且异质结界面的存在显著改变 II- VI/IV 异质结纳米线的振动特性 ; 同时结构 缺陷可以调控 II-VI/IV 异质结纳米结构的振动特性 ; 层错和或应力的存在造成异质结纳米线中, 亚纳米线的振动模式的蓝移或红移 ; 在此基础上, 建立有限元模型, 研究了 II-VI/Ge 基并轴异质结纳米线应力分布和拉曼谱的关系, 这为利用应力调制 Ge 基异质结纳米线器件性能奠定了一定理论基础 ; 针对 Cu 2ZnSnS 4 基固溶纳米晶和多种形貌纳米结构的研究, 发现通过改变组分与形貌可以调控 A 振动模 关键词 : 六方, 立方,II-VI/IV,Cu 2ZnSnS 4, 拉曼光谱, 声子 资助项目 : 国家自然科学基金 (No ,No ) 参考文献 1 Zhang S, Wang C, Sun L et al, Fabrication of single crystal/phase Cu2ZnSnS4 nanorods via a two-step spin coating route, Appl. Phys. Express. 2015, 8(3) Liu X, Wang C et al, Fabrication of ZnO/CdS/Cu2ZnSnS4 pn hetrostructure nanorod arrays via a solution-based route, CrystEngComm 2013, 15, Cai J, Wang C, Xu J, et al. Growth, structural and vibrating properties of CdSe Ge, CdSe Ge CdSe, CdSe Ge/Ge, Ge GeSe heterostructure nanowires and GeSe nanobelts, CrystEngComm, 2011, 13(7): Cao Y, Wang C, Li B, et al. Fabrication and Characterization of Cu2ZnSnSxSe4-x Solid Solution Nanocrystallines, Jpn. J. Appl. Phys. 2011, 50(12R): Wang D, Wang C, Xu J, et al. Strain distribution and Raman spectroscopy in individual Ge/CdSe biaxial nanowires, Jpn. J. Appl. Phys. 2015, 54(2): Sun L, Shi L, Wang C. Investigations of Phonons in Zinc Blende and Wurtzite by Raman Spectroscopy. In Molecular Spectroscopy. InTech, 2016.

43 III-V 族半导体纳米线的表面缺陷与 p 型掺杂 舒海波 1,2,* 杨晓东 1 陈效双 2 专题代号 :H025 1 中国计量大学光学与电子科技学院, 杭州 中科院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室, 上海 * [email protected] 摘要 :III-V 族半导体纳米线由于在纳米电子和光电子器件领域的巨大应用前景, 近年来受到人们的普遍关注 要实现其在纳米器件上的应用, 掺杂是一个基本的步骤 然而, 由于 III-V 族半导体纳米线存在费米能级钉扎在导带的现象, 使得 p 型掺杂较为困难 因此理解费米能级钉扎的起源和探索 p 型杂质的激活途径成为实现其在纳米器件应用的关键问题 利用高精度的从头计算方法, 系统研究了 III-V 族半导体纳米线各类表面缺陷的稳定性以及对纳米线电子结构的影响, 分析了出现费米钉扎效应的原因, 进而探索了表面缺陷对纳米线 p 型掺杂的影响, 并基于此提出了 p 型杂质激活的微观途径, 为实验上实现 III-V 族半导体纳米线的 p 型掺杂提供了理论指导和借鉴 关键词 : 纳米线 电子结构 P 型掺杂 杂质激活 密度泛函理论 资助项目 : 国家自然科学基金 ( , , , , )

44 参考文献 1 Xiaodong Yang, Haibo Shu, and Xiaoshuang Chen, Band structures and spatial carrier confinement of GaAs/GaP coreshell nanowires: core-shell composition and size effects. J. Alloys. Compd. 2016, 682, Xiaodong Yang, Haibo Shu, Pei Liang, Dan Cao, and Xiaoshuang Chen, Crystal phase and facet effects on structural stability and electronic properties of GaP nanowires. J. Phys. Chem. C 2015, 119, Xiaodong Yang, Haibo Shu, Mengting Jin, Pei Liang, Dan Cao, Can Li, and Xiaoshuang Chen, Crystal facet effect on structural stability and electronic properties of wurtzite InP nanowires. J. Appl. Phys. 2014, 115, Haibo Shu, Dan Cao, Pei Liang, Xiaoshuang Chen, and Wei Lu, Band-offset effect on localization of carriers and p- type doping of InAs/GaAs core-shell nanowires. Phys. Lett. A 377, 1464 (2013) 5 Mengting Jin, Haibo Shu, Pei Liang, Dan Cao, Xiaoshuang Chen, and Wei Lu, Role of chemical potential in tuning equilibrium crystal shape and electronic properties of wurtzite GaAs nanowires. J. Phys. Chem. C 2013, 117, Haibo Shu, Dan Cao, Pei Liang, Shangzhong Jin, Xiaoshuang Chen, and Wei Lu, Effect of molecular passivation on the doping of InAs nanowires. J. Phys. Chem. C 2012, 116, Haibo Shu, Xiaoshuang Chen, Zongling Ding, Ruibin Dong, and Wei Lu, First principles study of the doping of InAs nanowires: Role of surface dangling bonds. J. Phys. Chem. C 2011, 115, Haibo Shu, Pei Liang, Le Wang, Xiaoshuang Chen, and Wei Lu, Tailoring electronic properties of InAs nanowires by surface functionalization. J. Appl. Phys. 2011, 110, Haibo Shu, Xiaoshuang Chen, Huxian Zhao, Xiaohao Zhou and Wei Lu, Structural stability and electronic properties of InAs nanowires and nanotubes: Effects of surface and size. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 17514

45 基于碳纳米管的高转换效率无掺杂双极管 专题代号 :H026 王方林 * 王胜 * 姚凤蕊 # 许海涛 * 魏楠 * 刘开辉 # 彭练矛 * * 北京大学纳米器件物理与化学教育部重点实验室, 北京 # 北京大学纳米结构与低维物理实验室, 北京 [email protected] Conversion efficiency (CE) is the most important figure of merit for photodetectors. For carbon nanotubes (CNT) based photodetectors, the CE is mainly determined by excitons dissociation and transport of free carriers toward contacts. While phonon-assisted exciton dissociation mechanism is effective in splitgate CNT p-n diodes, the CE is typically low in these devices, approximately 1-5%. Here, we evaluate the performance of a barrier free bipolar diode (BFBD), which is basically a semiconducting CNT asymmetrically contacted by perfect n-type Ohmic contact (Sc) and p-type Ohmic contact (Pd) at the two end of the diode. We show that the CE in short channel BFBD devices (e.g. 60nm) is over 60% and it reduces rapidly with decreasing channel length. We find that the electric-field-assisted mechanism dominates the dissociation rate of excitons in BFBD devices at zero-bias, and thus the photocurrent generation process. By performing a time-resolved and spatial-resolved Mont Carlo simulation, we find that there exists an effective electron (hole) rich region near the n-type (p-type) electrode in the asymmetrically contacted BFBD device, where the electric field strength is larger than 17V/μm and exciton dissociation is extremely fast (<1ps), leading to very high CE in the BFBD devices. KEYWORDS: carbon nanotube, CNT diode, BFBD, IR detector, exciton dissociation 资助项目 : 国家自然科学基金 ( , , and ), 国家科技部 (2016 YFA ) Reference 1 Avouris, Ph., Freitag, M., Perebeinos, V. Carbon-nanotube photonics and optoelectronics. Nature Photon , Avouris, Ph., Chen, Z. H., Perebeinos, V. Carbon-based electronics Nature Nanotech , Wang, F., Dukovic, G, Brus, L., Heinz, T. The optical resonances in carbon nanotubes arise from excitons Science , Spataru, C., Ismail-Beigi, S., Benedict, L., Louie, S. Excitonic effects and optical spectra of single-walled carbon nanotubes Phys. Rev. Lett , Perebeinos, V., Tersoff, J., Avouris, Ph. Scaling of excitons in carbon nanotubes Phys. Rev. Lett ,

46 InAs 与原子层沉积高 k 栅介质的界面表征 孙勇 王星录 董红 南开大学电子信息与光学工程学院, 天津 [email protected] 专题代号 :H027 高电子迁移率的 III-V 族半导体有望取代硅, 作为下一代金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 的沟道材料应用于超大规模集成电路上 [1] 目前技术上最大的难题之一就是如何提高 III-V 族半导体与高 κ 栅介质接触的界面质量 InAs 作为 III-V 族半导体中电子迁移率最高的半导体之一, 其空穴迁移率也很高, 因此有望作为 n 与 p 型晶体管, 作为互补型晶体管 [2] 原子层沉积高 k 栅介质对 III-V 族半导体表面氧化物有 自清洗 效应, 其界面氧化物对器件性能有直接影响 [3] 自清洗 效应与原子层沉积的反应温度直接相关 [4], 然而文献上鲜有报道 InAs 表面生长高 k 栅介质的工作 本工作将对原子层沉积 Al 2O 3 在 100,200,300 C 基底温度下的界面化学利用铝靶 X- 射线光电子能谱 (XPS) 表征, 以优化反应温度 此外, 纳米尺度晶体管在正常运行下会产生自热效应 [5], 并且退火是半导体工艺的常用工艺, 因此, 研究退火条件下 InAs/ 高 k 栅介质的界面性质, 具有重要的意义 本工作将对天然氧化和 HCl 处理过的样品在 100 C 下沉积 Al 2O 3, 并在 200 C,300 C,400 C,500 C 下进行原位退火并利用同步辐射 XPS 在不同光源能量下表征 界面 As 与 In 元素在退火条件下扩散被观察到, 其扩散细节被系统表征, 其界面元素扩散显示 InAs 的表面钝化处理对 InAs 器件的工业化应用有重要的意义 关键词 :InAs, 高 k 栅介质, 退火, 扩散, 资助项目 : 国家自然科学基金青年基金 ( ) 参考文献 1 J. A. del Alamo, Nanometre-scale electronics with III V compound semiconductors, Nature, 2011, vol. 479, no. 7373, pp N. T. Yeh, P. C. Chiu, J. I. Chyi, F. Ren, and S. J. Pearton, Sb-based semiconductors for low power electronics, J. Mater. Chem. C, 2013, vol. 1, pp C. L. Hinkle, A. M. Sonnet, E. M. Vogel, S. McDonnell, G. J. Hughes, M. Milojevic, B. Lee, F. S. Aguirre-Tostado, K. J. Choi, H. C. Kim, J. Kim, and R. M. Wallace, GaAs interfacial self-cleaning by atomic layer deposition, Appl. Phys. Lett., 2008, vol. 92, no. 7, pp H. Dong, X. Qin, B. Brennan, S. McDonnell, D. Zhernokletov, C. L. Hinkle, J. Kim, K. Cho, and R. M. Wallace, In situ study of the role of substrate temperature during atomic layer deposition of HfO2 on InP, J. Appl. Phys., 2013, vol. 114, no. 15, p S. Shin, M. A. Wahab, M. Masuduzzaman, K. Maize, J. Gu, M. Si, A. Shakouri, P. D. Ye, and M. A. Alam, Direct Observation of Self-Heating in III-V Gate-All-Around Nanowire MOSFETs, IEEE Trans. Electron Devices, 2015, vol. 62, no. 11, pp

47 专题代号 :H028 应变型 CdS 纳米带中应力对荧光峰位 激子动力特征及激射的影 响 孙聊新, 王玘, 张波, 沈学础, 陆卫 红外物理国家重点实验室, 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 应力工程学已经被证实是一种调制半导体材料光学和电学特性的行之有效的方法, 尤其是对半导体纳米材料, 由于其晶体质量高, 体表比大, 具有很好的应力承受力, 对新型应力功能器件的构建具有指导意义 本工作依据应力工程学, 研究了应力对单根 CdS 弯曲纳米带中辐射能量, 激子动力学以及激射特性的调制作用 [1] 我们提出了一个制备弯曲纳米带的新方法, 即借助于弹性衬底 (PDMS) 来获得均匀的周期性弯曲纳米带 在 CdS 纳米带的波状结构中, 压缩应力和拉伸应力沿着纳米带长轴方向周期分布, 使得光致发光谱 (PL) 中峰位发生周期性移动, 其中单个周期内的移动量为 14 nm( 如图 1 所示 ) 相比较未弯曲纳米带, 弯曲纳米带的微区光致发光谱和微区反射光谱均出现了光谱展宽现象, 这是因为 CdS 中 A B 激子在应力作用下所引起的能量移动不同 我们进一步研究了拉伸应力作用下的激子的动力学特性, 发现此时 B 激子的寿命远远小于 A 激子 除此之外, 我们还探索了在弯曲 CdS 纳米带中的激射现象, 从实验结果中可以看出应力对多模激射辐射有模式选择的作用, 而对于单模激射辐射, 其模式则几乎不随应力发生移动 总而言之, 对纳米带施加应力将会柔性发光器件以及全光学片上器件提供一个新的思路 图 1, (a) 周期性弯曲 CdS 纳米带上的荧光扫描图,(b) 不同弯曲配置下的荧光峰位 关键词 : 弹性应力工程,CdS 纳米带, 激子能级, 荧光光谱, 时间分辨

48 资助项目 : 国家自然科学基金 ( ), 上海市浦江人才计划 (14PJ ), 中国科学院青年创新 促进会 ( ) 参考文献 1 Qi Wang, Liaoxin Sun, Jian Lu, Ming-Liang Ren, Tianning Zhang, et al, Emission energy, exciton dynamics and lasing properties of buckled CdS nanoribbons, Sci. Rep. (2016) 6,

49 专题代号 :H029 矩形 MoS 2 和 MoS 2 /TiO 2 在空间自相位调制和 Z 扫描中的非线性 光学响应 李晓红 何军 中南大学超微结构与超快过程研究所, 长沙 ( 中国湖南省长沙市麓山南路 932 号中南大学 ) [email protected] 摘要 : 目前, 二维材料的非线性光学特性研究多聚焦于无规则形状的二维材料薄片 1,2 规则长方体层状 MoS 2 和其耦合物 MoS 2-TiO 2 的溶液空间自相位调制 (SSPM) 信号与对应的薄膜 Z 扫描信号首次被测量 SSPM 测得, 规则长方体形状 MoS 2 溶液的非线性折射率 cm 2 /W 大于耦合物 MoS 2-TiO cm 2 /W, 也显著大于无规则形状的 MoS cm 2 /W, 主导机理解释为激光引起的取向性样品的风铃状排列, 能更有效增强非局域的电子相干, 从而增强其非线性光学特性 薄膜的 Z 扫描测得, 耦合物 MoS 2-TiO 2 的非线性折射率 cm 2 /W 大于规则长方体层状 MoS cm 2 /W, 主导机理为宽带隙的 TiO 2 纳米颗粒耦合小带隙的 MoS 2 来改变样品能级结构, 进而增强非线性光学特性 此研究从侧面证明了 SSPM 中风铃状结构存在的可能性, 并提供了两种对 MoS 2 非线性折射率在不同情况下进行增强的手段 关键词 : 空间自相位调制,Z 扫描, 矩形 MoS 2 资助项目 : 国家自然科学基金 ( , , ) 参考文献 1 Wu, R.; Zhang, Y.; Yan, S.; Bian, F.; Wang, W.; Bai, X.; Lu, X.; Zhao, J.; Wang, E. Purely Coherent Nonlinear Optical Response in Solution Dispersions of Graphene Sheets. Nano Lett. 2011, 11, Zhang, H.; Lu, S.; Zheng, J.; Du, J.; Wen, S.; Tang, D.; Loh, K. P. Molybdenum Disulfide (MoS2) as a Broadband Saturable Absorber for Ultra-fast Photonics. Opt. Express 2014, 22,

50 专题代号 :H030 基于非共振拉曼及有限元分析对 CdSe/CdS 量子点低频拉曼模式 的研究 林妙玲 1*,Mario Miscuglio 2,3,Francesco Di Stasio 2,Roman Krahne 2, 谭平恒 1* 1 中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室, 北京, Nanochemistry Department, Istituto Italiano di Tecnologia, Via Morego 30, Genoa, Italy 3 Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale, Università di Genova, Via Dodecaneso 31, Genova, Italy *: [email protected]; [email protected] 摘要 : 硫族化镉纳米微晶由于其发光效率高 发射波长可调谐 样品易制备等优良的性质而在光电 1-2 器件中有重要的应用, 其中 CdSe/CdS 点 - 棒核壳异质结构量子点是典型代表之一 该材料对光的吸收主要由纳米棒决定而发射波长由 CdSe 核尺寸决定, 这使它同时兼备纳米棒和纳米球的优异光电性质 在对该类量子点光学性质的研究过程中, 已经发现晶格振动模式对其激子的载流子动力学以及光学跃迁性质等具有重要的影响 本文中通过非共振拉曼方法探测了该量子点在 5-50 cm -1 的声学声子模, 利用不同模式的偏振特性, 清晰地指认了球状量子点的扭转模式和径向呼吸模, 棒状和点 - 棒异质结量子点的伸缩模和径向呼吸模等 同时发现点 - 棒异质结量子点的径向呼吸模较尺寸相 3-6 当的纳米棒量子点发生红移 随后, 采用解析方法对 Lamb 定律进行了改进, 引入有效声速度概念, 成功解释了该红移是由 CdSe 核区域声速的减小所导致的, 且并且提出该呼吸模局域在核附近区域 同时利用有限元模拟, 形象模拟出了点 棒和点 - 棒异质结量子点中伸缩模和呼吸模的振动形式, 直观上观察到径向呼吸模的局域性 该研究对于表征和研究量子点中的限制性声学模具有重要意义, 同时限制声学模和光学跃迁局域在量子点附近区域的这种特性, 对调控其激子 - 声子耦合和相关的光学性质具有重要指导意义 7

51 图 1. (a) 纳米棒 (CdS:d=5.7nm) 和点 - 棒异质结 (CdSe/CdS:core=5.7 nm;d=5.75 nm) 量子 点的非共振低频拉曼光谱 ;(b) 纳米棒和点 - 棒异质结量子点相应的声学声子模振动方式图 关键词 :CdSe/CdS 点 - 棒异质结量子点, 低频声学模, 非共振拉曼光谱, 有限元, 局域性 资助项目 : 国家自然科学基金 ( , , ) 参考文献 : 1 M. Bruchez, M. Moronne, P. Gin, S. Weiss, and A. P. Alivisatos, Semiconductor Nanocrystals as Fluorescent Biological Labels, Science, 1998, 281, N. Gaponik, S. G. Hickey, D. Dorfs, A. L. Rogach, and A. Eychmüller, Progress in the Light Emission of Colloidal Semiconductor Nanocrystals, Small, 2010, 6, H. Lamb, On the Vibrations of an Elastic Sphere, Proceedings of the London Mathematical Society, 1881, s1-13, H. Lange, M. Artemyev, U. Woggon, T. Niermann, and C. Thomsen, Experimental investigation of exciton-lophonon couplings in CdSe/ZnS core/shell nanorods, Phys. Rev. B, 2008, 77, L. Saviot, B. Champagnon, E. Duval, and A. I. Ekimov, Size-selective resonant Raman scattering in CdS doped glasses, Phys. Rev. B, 1998, 57, H. Lange, M. Artemyev, U. Woggon, and C. Thomsen, Geometry dependence of the phonon modes in CdSe nanorods, Nanotechnol.,2009, 20, A. Granados del Águila, B. Jha, F. Pietra, E. Groeneveld, C. de Mello Donegá, J. C. Maan, D. Vanmaekelbergh, and P. C. M. Christianen, Observation of the Full Exciton and phonon fine structure in CdSe/CdS dot-in-rod heteronanocrystals, ACS Nano, 2014, 8, 5921

52 邀请报告专题代号 :H031 Zigzag C2N-h2D 纳米带中的负微分电阻及电压调控的金属 - 绝缘 性转变 何晶晶 郭艳东 颜晓红 * 南京邮电大学电子科学与工程学院 江苏省射频与微纳电子重点实验室, 南京 [email protected] 摘要 : 以石墨烯为代表的二维碳基纳米结构表现出独特的电学性能, 展示了巨大的应用前景, 已成为目前研究的热点 但是石墨烯呈现出零带隙的电子结构, 限制了其在纳电子学及光电子学中的应用 因而, 利用各种手段对其能带结构进行改造 特别是能隙的打开, 是一项重要的研究内容 日前, 一种新型二维单层材料 C2N-h2D 在实验上制备成功 [Nat. Commun., 2015, 6, 6486], 其在费米面处呈现出 1.7 ev 的直接带隙 基于此, 利用非平衡格林函数和密度泛函相结合的方法, 我们研究了之字形 C 2N-h2D 纳米带的输运特性 我们发现剪成带后 C2N-h2D 由半导体性变为金属性 有趣的是, 在电压 - 电流曲线中, 观察到十分明显的负微分电阻现象, 电流不仅可以降到零, 并且可以在相当大的一个电压区间范围内保持为零, 展现出类绝缘性, 这种现象在周期性体系中较为罕见 研究表明, 造成这种现象的原因在于仅有两条分布较窄的能带穿越费米面, 其余能带离费米面较远 这种机制可以推广到其它具有类似能带结构的体系中, 例如 hybrid BCN 纳米带 进一步研究表明, 纳米带宽度和结构对称性对于电流为零的截止电压点具有调控作用 对于对称型纳米带, 由于两条能带具有相反的对称性, 因而电子跳跃被禁止, 从而促使类绝缘态提前发生 这些发现为我们提供了一个对周期性半导体材料调控的有效途径, 在纳电子器件中表现出广泛的应用前景 关键词 : 负微分电阻, 金属 - 绝缘性转变 半导体材料调制 资助项目 : 国家自然科学基金 (NSFC , NSFC ,NSFC ) 江苏省自然科学基金 (BK ,TJ215009) 南京邮电大学科创基金 (NY214010)

53 邀请报告专题代号 :H032 Electronic Structure of Low Dimensional Topological Insulator Wen-Kai Lou Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences Topological insulator, owing to its nondissipative metallic edge states (or surface states) and potential applications in a new generation of quantum computing and spintronics devices, has become a recent hotspot in condensed matter physics.[1, 2] Compared to the bulk material, low dimensional topological insulator system has larger surface-to-volume ratios, therefore it has obvious advantages on the study of topological insulator surface states. Since narrow gap semiconductor HgTe has an inverted band structure and strong spin-orbit interaction, it is an idea material to realize topological insulator phase. [3] We investigate theoretically the electron states in HgTe quantum dots (QDs) (See Fig. 1) with inverted band structures.[4] In sharp contrast to conventional semiconductor quantum dots, the quantum states in the gap of the HgTe QD are fully spin-polarized and show ringlike density distributions (See Fig. 2) near the boundary of the QD and spin-angular momentum locking. The persistent charge currents and magnetic moments, i.e., the Aharonov-Bohm effect, can be observed in such a QD structure. This feature offers us a practical way to detect these exotic ringlike edge states by using the SQUID technique. Topological insulator (TI) states have been demonstrated in materials with a narrow gap and large spinorbit interactions (SOI). Here [5,6] we demonstrate that nanoscale engineering can also give rise to a TI state, even in conventional semiconductors with a sizable gap and small SOI. Based on advanced first-principles calculations combined with an effective low-energy k.p Hamiltonian, we show that the intrinsic polarization of materials can be utilized to simultaneously reduce the energy gap and enhance the SOI, driving the system to a TI state. The proposed system consists of ultrathin InN layers embedded into GaN, a layer structure that is experimentally achievable.this is the first demonstration of the formation of a TI phase caused by intrinsic polarization in commonly used semiconductors with weak intrinsic SOI.

54 Reference 1 X.-L. Qi and S.-C. Zhang. The quantum spin hall effect and topological insulators. Physics Today, 63(1):33 38, Jan M. Z. Hasan and C. L. Kane. Colloquium: Topological insulators. Rev. Mod. Phys., 82(4): , Nov B. A. Bernevig, T. L. Hughes, and S.-C. Zhang. Quantum spin hall effect and topological phase transition in hgte quantum wells. Science, 314(5806): , Kai Chang and Wen-Kai Lou. Helical quantum states in HgTe quantum dots with inverted band structures. Phys. Rev. Lett., 106(20):206802, May M. S. Miao, Q. Yan, C. G. Van de Walle, Wen-Kai. Lou, L. L. Li, and Kai Chang. Polarization-driven topological insulator transition in a GaN/InN/GaN quantum well. Phys. Rev. Lett., 109:186803, Nov D. Zhang, Wen-Kai Lou, M. S. Miao, S. C. Zhang, and K. Chang. Interface-Induced Topological Insulator Transition in GaAs/Ge/GaAs Quantum Wells. Phys. Rev. Lett., 111:156402, Oct 2013.

55 邀请报告专题代号 :H033 选择发展基于硅基的异质结 (SHJ) 太阳能光伏电池 严辉 [1] 张悦 [1] 何永才 [1] 张永哲 [1] 宋雪梅 [1] 张津燕 [2] 李沅民 [2] 徐希翔 [2] 1 北京工业大学, 北京 福建铂阳精工设备有限公司, 成都 [email protected] 摘要 : 近年来, 基于硅基的 SHJ(silicon heterojunction) 电池 1 IBC(Interdigitated back contact) 电池 2 以及 TOPcon(Tunnel Oxide Passivated Contact) 电池 3 的转换效率相继突破 25%, 从而激起了研发硅基太阳能光伏电池的新热潮 相对而言,SHJ 电池的制备流程短 工艺温度低, 在制备成本上优势明显, 但是其技术难度相对较高 北京工业大学与福建铂阳精工设备有限公司经过长时间的联合攻关, 基于国产设备成功制备出转换效率超过 22% 的大面积 (239cm 2 )SHJ 电池, 目前也具备了量产能力 研究结果表明, 获得优异的界面钝化性能是制备高效 SHJ 电池的关键, 通过深入研究钝化机理, 提出了两步法制备非晶硅钝化膜的方法,i 层之后少子寿命最高突破 5000 μs; 通过优化缓冲层薄膜的制备工艺, 有效降低了 p/n 层沉积之后少子寿命的衰减, 衰减幅度从 88% 降低到 25%, 在此基础上获得了 730mV 的开路电压 减少非晶硅薄膜厚度, 可以有效提高短路电流, 但是研究发现当 p 型非晶硅薄膜减少至一定厚度时, 将严重影响载流子的输运并导致 SHJ 电池的开路电压和填充因子明显降低的现象, 为此选择采用背结结构, 能够有效解决上述问题 合理的掺杂是调控透明导电氧化物 (TCO) 薄膜性能的有效技术手段, 不仅能将 TCO 薄膜的载流子迁移率从 20 cm 2 /V s 提高到 60 cm 2 /V s, 而且能明显增强长波段的透过率, 提高 SHJ 电池的短路电流 关键词 : 硅异质结 钝化 短路电流 载流子输运资助项目 : 国家自然科学基金 ( ) 北京市科技计划项目 (Z ) 参考文献 1. K. Masuko, M. Shigematsu, T. Hashiguchi, D. Fujishima, M. Kai, N. Yoshimura, T. Yamaguchi, Y. Ichihashi, T. Mishima, N. Matsubara, T. Yamanishi, T. Takahama, M. Taguchi, E. Maruyama and S. Okamoto, Ieee J Photovolt 4 (6), (2014). 2. P. J. Cousins, D. D. Smith, H. C. Luan, J. Manning, T. D. Dennis, A. Waldhauer, K. E. Wilson, G. Harley and W. P. Mulligan, Ieee Phot Spec Conf, (2010). 3. M. Hermle, F. Feldmann, J. Eisenlohr, J. Benick, A. Richter, B. Lee, P. Stradins, A. Rohatgi and S. W. Glunz, 2015 Ieee 42nd Photovoltaic Specialist Conference (Pvsc) (2015).

56 二维材料中 Shottky 势垒高度的调控 周孝好 陶鹏程 黄燕 陈效双 专题代号 :H034 中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室, 上海 摘要 : 针对金属 - 半导体界面特性的研究一直贯穿着整个半导体器件的发展过程 当半导体材料从传统的三维体材料发展到目前的二维原子材料时, 描述金属 - 半导体界面已有的众多理论模型是否依然有效, 值得探讨 1 本文简单回顾了经典的金属- 半导体界面物理模型, 包括 Shottky-Mott 模型和 Fermi 能级定扎的起源, 以及近几年关于二维材料相关方面的研究结果 2 与其同时, 基于密度泛函理论的第一性原理计算, 我们就单层 MoS 2 材料分别采用块体的金属和单层石墨烯作为电极层, 研究了它们相应的界面特性 对于金属 - 单层 MoS 2 界面, 结果显示由于金属诱导界面态和界面偶极层的共同作用而形成了 Shottky 势垒 ; 并且通过卤族气体的吸附可以显著地降低其 Shottky 势垒的高度, 从而解释了实验上的相关结果 而对于石墨烯 - 单层 MoS 2 界面, 尽管是范德华异质结, 但是具有金属特性的石墨烯与单层 MoS 2 之间依然会形成了 Shottky 势垒 ; 进一步研究结果显示通过调整石墨烯与 Mo2 之间的 twist 角度, 可以调制单层 MoS 2 的能带结构, 最终实现了 Shottky 势垒向 Ohmic 接触的转变 关键词 : 界面,Shottky 势垒, 二维材料 资助项目 : 国家自然科学基金 ( ) 参考文献 1 Raymond T. Tung, The physics and chemistry of the Schottky barrier height, Appl. Phys. Rev. 2014, 1, A. Allain, J. Kang, K. Banerjee and A. Kis, Electrical contacts to two-dimensional semiconductors, Nature Materials, 2015, 14, 1195.

57 Quantum spin Hall insulator for three or four layer transition metal MXenes Pan Zhou Lizhong Sun 专题代号 :H035 Hunan Provincial Key laboratory of Thin Film Materials and Devices, School of Material Sciences and Engineering, Xiangtan University, Xiangtan , China Based on first principle density functional calculation and inspired by the work of Hongming Weng et al.(phys. Rev. B 92, (2015)), we predict a serial quantum spin Hall effect(qshe) can be realized in some three(mo 2MC 2O 2) or four(mo 2M 2C 3O 2) layer transition metal s MXenes(M = Ti, Zr, Hf, Ta), include recent synthesized Mo 2TiC 2O 2 and Mo 2Ti 2C 3O 2. The largest band gap among them can reach 219 mev, which provide a new choice for further room temperature topological materials. According to the calculation of electronic states to semi-infinite nanosheets, non-dissipative edge states exist along it edges. Moreover, to the best of our knowledge, this is the first reported example of d-d band inversion topological materials successfully produced in recent experiment. we expected that further further experimental confirmation would not a long way. Interestingly, a topological quantum phase transition between the QSH phase and a trivial insulating/metallic phase can take place in these topological materials under an external strain, which offers a feasible approach to band engineering in a controllable way. Further topological analysis reveal that the inversion between Mo s A 1g and M s E g1 state contribute this special topological phenomenon. Figure 1 Edge states along the direction of crystal basic vector for Mo 2TiC 2O 2 and Mo 2HfC 2O 2. 关键词 :topological insulator, d-d inversion 资助项目 : 国家自然科学基金 ( )

58 专题代号 :H036 多栅协同调控氧化物突触晶体管 竺立强 中国科学院宁波材料技术与工程研究所, 宁波 离子液或离子凝胶电解质具有极强的离子 / 电子界面双电层 (Electric-double-layer:EDL) 效应, 其双电层电容通常高达 10μF/cm 2 以上 因此采用这类电解质作为栅介质为新型场效应调控器件的设计提供了新的思路, 为凝聚态物质的电性研究提供了新的途径 1,2 文献指出, 采用这类电解质作为栅介质研制的晶体管的工作电压通常低于 2V 突触是生物神经元之间的链接节点, 生物的学习和记忆功能是通过突触结构的响应来实现 目前, 大量文献报道了基于阻变器件的两端人造突触, 实现了一些生物突触功能 EDL 晶体管具有独特的离子界面静电调控效应或界面电化学现象, 可以在单个器件上实现一系列生物突触响应 我们采用室温 PECVD 工艺获得了磷掺杂 SiO 2 纳米颗粒膜, 测试表明, 颗粒膜的质子电导率和 EDL 电容分别高达 10-4 S/cm 和 1μF/cm 2 以上 由于纳米颗粒膜独特的 EDL 调控特性, 我们设计制作了具有侧向耦合结构的多栅氧化物 EDL 薄膜晶体管, 器件可以在低于 1.5V 的电压下工作 ; 与此同时, 在多栅协同调控作用下, 器件的性能有了较大程度的改善 将 EDL 薄膜晶体管作为一个突触晶体管, 我们在单个突触器件上实现了一系列生物突触功能, 包括兴奋性突触后电流 (EPSC) 短程突触塑性 突触滤波特性 时空信息整合 超线性 / 亚线性突触整合等功能 氧化物 EDL 晶体管在神经形态计算方面有着极强的应用前景 图 1 (a) 多栅结构氧化物突触晶体管结构示意图 ;(b) 超线性 / 亚线性突触整合测试结果关键词 : 双 电层效应 (Electric-Double-Layer) 协同调控 薄膜晶体管 仿生突触 资助项目 : 国家自然科学基金 ( )

59 参考文献 1 J.T.Ye, et al, Superconducting Dome in a Gate-Tuned Band Insulator, Science, 2012, 338, S.H.Kim, et al, Electrolyte-Gated Transistors for Organic and Printed Electronics, Adv.Mater., 2013, 25,

60 Fe/GaAs 异质结上的金属 - 半导体转变 张晓倩 王伟 何亮 徐永兵 南京大学电子科学与工程学院, 南京 [email protected] ; [email protected] 专题代号 :H037 摘要 : 我们详细的研究了 MBE 生长的以 GaAs 为衬底的超薄 Fe 薄膜 ( 厚度从 0.53 nm-17 nm) 的结构和磁输运性能 通过线性拟合饱和磁化强度和薄膜厚度的关系, 我们得出 Fe 的死层厚度为 0.7 nm (5 ML) 在输运的研究中, 我们发现了在 1.25 nm 处发生了金属 - 半导体的转变, 并且随着厚度逐渐减小, 半导体性质越来越明显 ( 图 1g) 我们把这个现象归结于界面扩散作用 我们通过 STEM( 扫描投射电子显微镜 ) 证实了这一点 ( 图 1a) 1,2 我们通过高分辨 TEM 观察到了在界面处有一块黑色条状区域,Ga,As 和 Fe 扩散到了界面区域可以清楚地从图 1b-d 中看到 因此, 我们提供了微观的表征直接地证明了界面存在着相互扩散 并且推测正是这个扩散的界面导致出现半导体性质 为了研究死层对 Fe/GaAs 异质结的居里温度的影响, 我们使用 Arrott 和 M-T 曲线拟合来分析超薄 Fe 的居里温度 有趣的是, 居里温度在 1.25 nm 上下呈现不同的线性依赖关系 通过与 Fe/Ag 和 Fe/Pd 的居里温度的对比, 我们得到了界面扩散的厚度约为 0.5 nm, 与之前的 TEM 相符合 一些有关实验的细节会在会议上详细讨论 a) Cr b) c) Fe 1 nm FeGaAs 0.5 nm GaAs 2 nm Ga As d) e) Cr f) Fe Position (nm) 图 1 Fe 薄膜的横断面 TEM, EDX 和 R-T 表征 R s g) T (K) nm 1 nm 1.25 nm 2.45 nm 5.74 nm 9.1 nm 17 nm 关键词 : 超薄 Fe, 界面扩散层, 临界厚度资助项目 : 国家重点基础研究发展计划 (No.2014CB921101) 参考文献 1 R. Zhang and R. F. Willis, Phys Rev Lett 86, 2665 (2001). 2 T. Koyama, A. Obinata, Y. Hibino, A. Hirohata, B. Kuerbanjiang, V. K. Lazarov, and D. Chiba, Applied Physics Letters 106, (2015).

61 基于石墨烯微结构的太赫兹波调制特性研究 何晓勇 上海师范大学数理学院物理系, 上海市桂林路 100 号, 专题代号 :H038 石墨烯具有电子迁移率高 对光模的限制作用强和可调谐性能好等优点, 在石墨烯微结构 - 介质层 - 半导体掺杂衬底结构的基础上, 采用有限积分方法模拟研究了石墨烯微结构对太赫兹 (terahertz, THz) 波的可调谐性能, 并与金属微结构的结果进行了比较 研究表明, 石墨烯很薄, 很难激发起强烈的 LC 共振, 石墨烯微结构的调制机制主要是偶极子共振 (dipolar resonance); 在 THz 波段带内跃迁其主要作用, 石墨烯电导率和载流子浓度随外加偏压改变显著增加, 石墨烯微结构的共振谱线可以在很大范围内调节, 幅值调制深度可达到 60% 以上, 频率调制深度可达到 50% 以上 ; 随着费米能级增加, 石墨烯微结构共振作用增强, 透射谱线谷值发生显著蓝移, 共振效果可与几十纳米厚度的金属微结构相当 ; 随着衬底介电常数的增加, 共振谱线发生红移, 强度减弱 最后, 采用石墨烯 - 介质层所组成的超晶格结构 ( 最佳周期数为 3-5), 可有效提高石墨烯调制器的可调谐性能, 幅值调制深度可达到 90% 以上, 并且谱线的品质因子较高 因此, 石墨烯是一种优良的可调谐表面等离子激元材质 图 1(a) 石墨烯微结构器件的侧视图 ;(b) 石墨烯微结构器件的俯视图 ;(c) 石墨烯微结构的透射谱线随 着费米能级的变化关系 石墨烯微结构的宽度 w 为 4μm,R out 为 24μm, 微结构单元周期为 60μm 关键词 : 石墨烯, 太赫兹, 超材料, 可调谐性 资助项目 : 上海市浦江人才计划 (15PJ ), 教育部留学回国人员科研启动基金, 上海师范大学校级 项目 (SK201529)

62 参考文献 1 He X Y et al, A further comparison of graphene and thin metal layers for plasmonics, Nanoscale 2016, 8, He X Y et al, Tunable terahertz graphene metamaterials, Carbon 2015, 82, He X Y et al, Graphene-supported tunable near-ir metamaterials, Opt. Lett. 2015, 40, 178.

63 邀请报告专题代号 :H039 二维极限下的有机半导体外延生长与器件 何道伟 1, 张宇涵 1, 刘小龙 1, 吴冰 1, 李昀 1, 施毅 1, 许建斌 2, 王欣然 1 * 1 南京大学电子科学与工程学院 2 香港中文大学电子工程系 * [email protected] 有机场效应晶体管是有机电子器件最基本的结构单元, 其载流子电荷在靠近电介质界面处几个单分子层内进行二维传导, 因此在二维极限下研究有机晶体结构与性质关系显得尤为重要 近二十年来, 有机半导体体材料的迁移率取得了突破性的进展, 然而由于无序 缺陷及杂质的存在, 研究高质量的少层有机分子晶体及探索有机半导体体材料的本征输运特性带还存在巨大的挑战 我们尝试利用范德华外延生长法在二维石墨烯和氮化硼衬底上生长出高质量的 厚度可控的有机分子晶体, 利用此方法得到的二维或少层有机分子晶体不仅可以制备出高性能有机场效应晶体管, 而且还为研究有机半导体结构与性质的关系提供了一个理想的平台 精确控制有机分子晶体的生长工艺为制备出高精度有机异质结提供了潜在的可能 关键词 : 二维 ; 有机半导体 ; 范德华外延 ; 晶体管 ; 异质结 资助项目 : 国家自然科学基金等 参考文献 1 D. W. He et al., Nat. Commun. 5, 5162 (2014). 2 D. W. He et al., Appl. Phys. Lett (2015) 3 Y. H. Zhang et al., Phys. Rev. Lett. 116, (2016). 4 X. L. Liu et al., Adv. Mater.. doi: /adma B. Wu et al., Nano Lett.16 (6), 3754(2016).

64 邀请报告专题代号 :H040 硅基光子芯片集成的石墨烯光电子器件甘雪涛西北工业大学理学院, 陕西省光信息技术重点实验室, 空间应用物理与化学教育部重点实验室, 西安 石墨烯由于具有宽带光学响应 超高载流子迁移率和 CMOS 兼容等特性, 使其在光电器件发展 上吸引了大量的研究兴趣 在本报告中, 我们将介绍石墨烯与硅基光子器件的集成, 以及由此得到 的集中高性能的光电主动器件 将石墨烯与平板光子晶体微腔相集成, 我们实现了强烈增强的石墨烯与光相互作用 ( 包括增强 的光吸收 拉曼散射以及荧光辐射等 ) 并构建了高性能的调制器和探测器 通过对集成于光子晶体 微腔的石墨烯进行外加电场调制, 我们实现了调制度超过 10dB 开关功耗 300fJ 的调制器 进一步, 将石墨烯 - 氮化硼 - 石墨烯构建的电容器与光子晶体微腔集成, 实现了 1.2GHz 的调制速度 在探测器 方面, 光子晶体微腔的增强效应使得石墨烯上光电转换增加 26 倍 另外, 将石墨烯与硅基波导相集 成, 实现了宽带的光吸收和高性能光电转换 通过将金属掺杂的石墨烯肖特基结与硅波导的倏逝波 相耦合, 实现了 1450nm-1590nm 范围内平坦的响应率 ( 超过 0.1A/W) 且在零偏置的情况下, 探测 器的响应速率超过 20GHz, 并获得了 12GHz 的清晰眼图, 证实了该器件用于实际光通信的可行性 石墨烯与硅基纳米光子器件的集成有望为下一代超紧凑 低功耗 超快片上光通信提供一种新结构

65 邀请报告专题代号 :H041 用于深紫外发光二极管的高质量 AlN 及 AlGaN 材料 MOCVD 外延生长 陈长清 * 王帅 吴峰 张骏 陈景文 龙瀚凌 梁仁瓅 戴江南 华中科技大学武汉光电国家实验室, 湖北省武汉市洪山区珞喻路 1037 号, [email protected] 摘要 :AlGaN 基深紫外发光二极管 (Deep ultraviolet light-emitting diodes, DUV-LEDs) 在杀菌 水和空气净化 医疗光疗 生化检测 保密通信等领域具有重要的应用前景 1, 近年来得到了广泛的关注 与已经商业化了的 InGaN 基蓝光 LED 相比,AlGaN 基 DUV-LEDs 的外量子效率还比较低 ( 通常低于 15%) 2, 严重阻碍了其实用化进程 目前,AlGaN 基 DUV-LEDs 外量子效率低下主要有两个原因, 一是其特殊的几何结构导致的出光效率较低 ; 二是 AlGaN 有源层材料本身的穿透位错密度较高, 导致载流子非辐射复合速率增加, 降低了器件的内量子效率, 从根本上限制了 AlGaN 基 DUV- LEDs 的外量子效率的提高 近年来, 为了降低 AlGaN 材料中的位错密度, 研究者提出了很多外延 3 生长方法, 比如基于 AlN/Sapphire 模板的侧向外延生长和基于 AlN 体材料的 AlGaN 外延生长 4 尽管如此, AlGaN 材料中的位错密度依然很高, 达 10 9 cm -2 量级, 严重限制了 DUV-LEDs 内量子效率的提高 本文提出结合脉冲原子层沉积 5 中温插入层和高温高速率连续生长模式来提高 AlN 外延层晶体质量, 最终获得了厚度超过 3 μm 无裂纹 表面原子级平整的 AlN 模板 其 (10-12) 和 (0002) 面 XRD 半高宽分别低于 300 和 60 arcsec 此外, 基于此高质量 AlN 模板, 我们使用迁移增强型金属有机物化学气相沉积 (MOCVD) 技术, 在 AlGaN 外延层和 AlN 模板之间插入渐变超晶格结构来释放应力并过滤位错, 最终外延得到了高质量 n 型 Al 0.5Ga 0.5N 材料, 电子浓度为 cm -3, 迁移率达 91 cm 2 /V s 利用 MOCVD 外延生长的高质量 AlN 和 AlGaN 材料将有效提高 AlGaN 基 DUV- LEDs 内量子效率, 最终实现高外量子效率的 DUV-LEDs 关键词 :AlN,AlGaN,MOCVD,DUV-LEDs 资助项目 : 国家重点研发项目 (2016YFB ,2016YFB ); 国家重点基础研究发展计 划 (2012CB619302); 国家自然科学基金 ( , ) 参考文献 1 A. Khan et al, Ultraviolet light-emitting diodes based on group three nitrides, Nature Photon. 2008, 2,

66 2 H. Hirayama et al. Recent progress and future prospects of AlGaN-based high-efficiency deep-ultraviolet lightemitting diodes, J. Appl. Phys. 2014, 53, U. Zeimer et al, High quality AlGaN grown on ELO AlN/sapphire templates, J. Cryst. Growth 2013, 377, T. Kinoshit et al, Deep-Ultraviolet Light-Emitting Diodes Fabricated on AlN Substrates Prepared by Hydride Vapor Phase Epitaxy, Appl. Phys. Express, 2012, 5, J. P. Zhang et al, Pulsed atomic-layer epitaxy of ultrahigh-quality AlxGa1 xn structures for deep ultraviolet emissions below 230 nm, Appl. Phys. Lett. 2002, 81, 4392.

67 邀请报告专题代号 :H042 无缺陷 InAs 纳米线的制备及力电特性的研究 郑坤 1,2 张智 2 胡亦斌 3 陈平平 3 陆卫 3 韩晓东 1 邹进 2 北京工业大学固体微结构与性能研究所, 北京 昆士兰大学电镜中心, 布里斯班 4067 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 [email protected] 摘要 :III-V 族半导体纳米线由于其独特的物理 化学性能, 近十年来吸引大量的研究 InAs 纳米线是 III-V 族半导体纳米线的典型代表之一 我们利用分子束外延的方法, 在 GaAs{111}B 的衬底上制备出来不同结构的无缺陷 InAs 纳米线, 包括纤锌矿结构的 <0001>, 闪锌矿结构 <110> <100> 取向的 InAs 纳米线 1 利用 FIB 中的系列技术, 我们将不同结构的单根纳米线挑选出, 并固定于透射电镜的铜载网上, 在透射电镜中实现了原位外力作用下单根纳米线的电输运特性的研究 实验结果表明在外力沿纳米线轴向压缩下, 纤锌矿结构的 <0001> 取向 InAs 纳米线与闪锌矿结构 <110> 取向 InAs 纳米线表现出截然不同的电学响应方式 通过对纤锌矿结构的 <0001>, 闪锌矿结构 <110> <111> 取向的 InAs 进行理论计算表明, 这种力电特性的差异主要由纳米线的取向而非结构主导 2

68 图 1 不同结构纳米线的透射电镜表征 图 2 纤锌矿结构 <0001> 和闪锌矿结构 <110> 取向纳米线的不同力电响应 关键词 :InAs 纳米线, 力电响应, 无缺陷, 取向 资助项目 : 国家自然科学基金 ( , , ), 全国优博专项基金 (201214), 教育 部霍英东基金 (141008) 参考文献 1 Zhi Zhang, Kun Zheng, et al, Catalyst Orientation-Induced Growth of Defect-Free Zinc-Blende Structured 001 InAs Nanowires, Nano Lett. 2015, 15, Kun Zheng, Zhi Zhang et al, Orientation Dependence of Electromechanical Characteristics of Defect-free InAs Nanowires, Nano Lett. 2016, 16,

69 邀请报告专题代号 :H043 低维硫族半导体材料 : 设计 合成及器件应用 何军 国家纳米科学中心 [email protected] 摘要 : 当半导体材料尺寸达到纳米级别时, 材料会表现出很多不同于宏观材料的独特性能, 例如超高特异性表面, 量子限域效应和强的光 - 物质相互作用 在低维结构中, 二维半导体由于其与传统的微制造技术的兼容性及其在柔性衬底上应用, 在电子和光电子器件应用中展示出重要的科学研究价值 目前, 层状和非层状材料都被证明存在二维结构 尽管近年来二维层状材料研究已经取得突破性进展, 但仍需要更系统和深入的研究, 尤其是在过渡金属硫化物 (TMDCs) 体系的研究上 值得注意的是, 由于二维层状材料的成功, 许多具有显著性能的非层状材料在二维结构上的合成和应用也吸引了越来越多的关注 此外, 随着拓扑绝缘体材料在高速逻辑器件中的应用发展, 拓扑晶体 (TCIS) 在近些年的研究中也已经吸引了很多学者的注意 而且低维拓扑晶体的表面运输性能可显著增强 然而由于其固有的各向同性晶体结构, 合成拓扑晶体低维结构面临很多技术难题 面对上述研究问题中的挑战, 我们的研究主要集中在低维金属硫族半导体材料的设计 可控合成与器件应用上 在这次报告中, 我将介绍我们课题组在以下 2 个方面的最新进展 : (1) 二维层状硫族半导体材料 : 可控生长 物性研究及电子 / 光电子器件应用 [1-10] (2) 二维非层状半导体材料 : 范德华外延生长 表面电子输运及电子器件应用研究 [11-16] 参考文献 1 Z. X. Wang, K. Xu, Y. C. Li, X. Y. Zhan, M. Safdar, Q. S. Wang, F. M. Wang, J. He*, ACS Nano, 8, 4859 (2014) 2 K. Xu, Z. X. Wang, F. Wang, Y. Huang, F. M. Wang, L. Yin, C. Jiang and J. He*, Adv. Mater., 27, 7881 (2015) 3 Q. S. Wang, M. Safdar, K. Xu; M. Mirza, Z. X. Wang, J. He*, ACS Nano, 8, 7497 (2014) 4 F. Wang, Z. X. Wang, K. Xu, F. M. Wang, Q. S. Wang, Y. Huang, L. Yin and J. He*, Nano Lett., 15, 7558 (2015) 5 K. Xu, F. M. Wang, Z. X. Wang, X. Y. Zhan, Q. S. Wang, Z. Z. Cheng, M. Safdar, and J. He*, ACS Nano, 8, 8468 (2014) 6 F. M. Wang, J. S. Li, F. W., T. A. Shifa, Z. Z. Cheng, Z. X. Wang, K. Xu, X. Y. Zhan, Q. S. Wang, Y. Huang, C. Jiang and J. He*, Adv. Funct. Mater., 25, 6077 (2015) 7 F. M. Wang, Y. C. Li, T. A. Shifa, K. L. Liu, F. Wang, Z. X. Wang, P. Xu, Q. S. Wang, J. He*, Angew. Chem. Int. Ed. 55, 6919 (2016) 8 Q. S. Wang, K. Xu, Z. X. Wang, F. Wang, Y. Huang, M. Safdar, X. Y. Zhan, F. M. Wang, Z. Z. Cheng, J. He*, Nano Lett., 15, 1183 (2015)

70 9 Q. S. Wang, J. Li, Y. Lei, Y. Wen, Z. X. Wang, X. Y. Zhan, F. Wang, F. M. Wang, Y. Huang, K. Xu and J. He*, Adv. Mater., 28, 3596 (2016) 10 Q. S. Wang, Y. Wen, P. He, L. Yin, Z. X. Wang, F. Wang, K. Xu, Y. Huang, F. M. Wang, C. Jiang and J. He*, Adv. Mater. (2016) DOI: /adma M. Safdar, Q. S. Wang, M. Mirza, Z. X. Wang, K. Xu, and J. He*, Nano Lett., 13, 5344 (2013) 12 Q. S. Wang, M. Safdar, Z. X. Wang, J. He*, Adv. Mater., 25, 3915 (2013) 13 Q. S. Wang, K. M. Cai, J. Li, Y. Huang, Z. X. Wang, K. Xu, F. Wang, X. Y. Zhan, F. MM Wang, K. Y. Wang* and J. He* Adv. Mater., 28, 617 (2016) 14 Q. S. Wang, M. Safdar, Z. X. Wang, X. Y. Zhan, K. Xu, F. M. Wang and J. He*, Small, 11, 2019 (2015) 15 M. Safdar, Q. S. Wang, Z. X. Wang, X. Y. Zhan, K. Xu, F. M. Wang, M. Mirza, and J. He*, Nano Lett., 15, 2485 (2015) 16 Y. Wen, Q. S. Wang, L. Yin, Q. Liu, F. Wang, F. M. Wang, Z. X. Wang, K. L. Liu, K. Xu, Y. Huang, T. Shifa, C. Jiang*, J. Xiong* and J. He*, Adv. Mater., Accepted (2016) DOI: /adma

71 邀请报告专题代号 :H044 Nonvolatile Memory Based on Few-Layer Materials Peng ZHOU * State Key Laboratory of ASIC and System, School of Microelectronics, Fudan University, Shanghai , China * [email protected] Abstract: In the first part, I will talk about our recent research on charge-trap memory with high-κ dielectric materials. It is considered to be a promising candidate for next-generation memory devices. Ultrathin layered two-dimensional (2D) materials like graphene and MoS2 have been receiving much attention because of their novel physical properties and potential applications in electronic devices. Here, we report on a dualgate charge-trap memory device composed of a few-layer MoS2 and a three-dimensional (3D) Al2O3/HfO2/Al2O3 charge-trap gate stack. Owing to the extraordinary trapping ability of both electrons and holes in HfO2, the MoS2 memory device exhibits an unprecedented memory window exceeding 20 V. Importantly, with a back gate the window size can be effectively tuned from 15.6 to 21 V; the program/erase current ratio can reach up to 10 4, allowing for multi-bit information storage. Moreover, the device shows a high mobility of 170 cm 2 V -1 s -1, a good endurance of hundreds of cycles and a stable retention of ~28% charge loss after 10 years which is drastically lower than ever reported MoS2 flash memory. The combination of 2D materials with traditional high-κ charge-trap gate stacks opens up an exciting field of novel nonvolatile memory devices. In the second part, I will present our recent work on the intrinsic electronic resistive switching behavior based on single layer titanium dioxide. Reproducible bipolar non-volatile resistive switching in single layer atomic crystal demonstrates for the first time the potential of two-dimensional materials for memory application besides logic device. The stable turn-on voltage is around 2 V and -1 V for turn-off process with high on/off ratio of 10 4 is achieved in prototype device. With the discovery of resistive switching in atomically layered crystalline oxides, the two-dimensional semiconductors are truly in place to advance ultimate integrated circuits technology.

72 邀请报告专题代号 :H045 1* 秦华 基于二维电子气的超宽带太赫兹器件 1,2 余耀 1, 李想 孙建东 张志鹏 黄永丹 1. 中国科学纳米器件与应用重点实验室, 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所, 江苏省苏州市工业园区若水陆 398 号, 苏州 中国科学院大学, 北京 * [email protected] 随着半导体材料与工艺技术的发展, 固体电子器件的运行速度正向亚毫米波和太赫兹频段发展 但是, 常规的电子学器件和光子学器件在 1-3THz 波段都变得相对低效, 室温高效固态太赫兹光源技术和高速高灵敏度探测器技术是发展太赫兹科学技术的重要内容 光子学和电子学原理在太赫兹波段呈现出相互融合发展的趋势, 不断产生出各种新型高速高频器件 半导体等离激元作为本征的电荷密度相干振荡, 其频率在 THz 范围, 三十多年来一直被认为是一种有效的太赫兹器件工作媒质 然而, 由于固体中等离激元损耗高和电学激发效率低等问题, 等离激元太赫兹光源的发射效率低, 并需在低温下工作, 整体处于研究阶段 本报告介绍 AlGaN/GaN 异质结和石墨烯二维电子气中等离激元在高效太赫兹器件中的应用, 主要包括以下几个方面的内容 (1) 二维电子气等离 1-3 激元的仿真计算与实验验证 ; (2) 基于等离激元共振的太赫兹发射和调制 ;(3) 基于等离激元非共 振激发的太赫兹波探测 4-8 ;(4) 太赫兹波与等离激元的相互作用及其器件效应研究的展望 基于场效应结构的可调谐等离激元是发展超宽带太赫兹器件的关键 可以预期的是 : 新型二维电子气材料将在高效太赫兹器件中发挥重要作用 ; 场效应太赫兹波探测器有望替代基于砷化镓的肖特基二极管探测器, 应用于太赫兹波的直接检测和外差检测 ; 超宽带等离激元太赫兹光源有望为一种新型的固态太赫兹光源器件 关键词 : 太赫兹光源, 太赫兹探测器, 二维电子气, 等离激元, 氮化镓, 石墨烯 资助项目 : 国家自然科学基金 ( , , , ) 参考文献 1 Huang et al, Excitation of terahertz plasmon-polariton in a grating coupled two-dimensional electron gas with a Fabry-Perot cavity, Appl. Phys. Lett. 2013, 102, Yan et al, Tunable terahertz plasmon in a grating-gate coupled graphene with a resonant cavity, Chin. Phys. B 2015, 24, Sun et al, The effect of symmetry on resonant and nonresonant photoresponses in a field-effect terahertz detector, Appl. Phys. Lett. 2015, 106,

73 4 Sun et al, High-responsivity, low-noise, room-temperature, self-mixing terahertz detector realized using floating antennas on a GaN-based field-effect transistor, Appl. Phys. Lett. 2012, 100, Sun et al, Probing and modeling of localized terahertz self-mixing in a GaN/AlGaN field-effect transistor, Appl. Phys. Lett. 2012, 100, Sun et al, Field-effect self-mixing terahertz detectors, Springer theses, DOI: / Tan et al, Modeling an antenna-coupled graphene field-effect terahertz detector, Appl. Phys. Lett. 2013, 103, Yang et al, Room-temperature terahertz detection based on CVD graphene transistor, Chin. Phys. B 2015, 24,

74 延伸波长 InGaAs 探测材料刻蚀研究 李平 李淘 李雪 邵秀梅 唐恒敬 龚海梅 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 专题代号 :H046 摘要 : 为了获得低刻蚀损伤优化方法, 本文采用了 Cl 2/N 2 和 Cl 2/CH 4 两种蚀刻气体对延伸波长 In 0.83Ga 0.17As 探测器材料进行了刻蚀研究 采用光致发光 (PL) 技术对样品刻蚀前后进行表针 ; 采用传输线模型 (TLM) 对有刻蚀过程和无刻蚀过程样品进行表针 ; 采用电流电压 (IV) 技术对两种不同刻蚀气体制备的器件进行测试分析, 同时提取了不同器件的激活能以及测试了两种器件的光谱响应 结果表明, 采用 Cl 2/CH 4 气体刻蚀的样品相比采用 Cl 2/N 2 气体刻蚀的样品具有较低低 PL 谱强度, 具有较大的方块电阻, 具有较低的暗电流以及较高的探测率 所以,Cl 2/CH 4 刻蚀气体比 Cl 2/N 2 刻蚀气体具有较低的刻蚀损伤 其中, 如图所示,Cl 2/CH 4 气体刻蚀样品 PL 强度相对较低可能是由于 CH 4 在等离子体状态时分解的氢离子在材料内部形成了非辐射复合中心以及钝化了材料刻蚀表面的悬挂键 非辐射复合中心将使得 PL 强度降低, 材料表面悬挂键钝化会使得器件的暗电流降低 8.0E-2 77K Cl2/N2 刻蚀 Cl2/CH4 刻蚀 6.0E-2 强度 (a.u.) 4.0E-2 2.0E 波长 (um) 图. Cl 2/N 2 和 Cl 2/CH 4 两种蚀刻气体 77K 的光致发光谱 (PL)

75 专题代号 :H047 Fast diffusion of native defects and impurities in perovskite solarcell material CH 3 NH 3 PbI 3 张立军 吉林大学材料科学与工程学院, 长春 [email protected] CH 3NH 3PbI 3 -based solar cells have shown remarkable progress in recent years but have also suffered from structural and electrical instabilities related to the soft lattices and the chemistry of these halides. For example, ion migration causes current-voltage hysteresis in CH 3NH 3PbI 3 solar ce lls. Significant ion diffusion and ionic conductivity in CH 3NH 3PbI 3 have been reported but their n ature remains controversial. In the literature, different experimental techniques observed different di ffusing ions (ether iodine or CH 3NH 3 ion); the calculated diffusion barriers for native defects scatt er in a wide range; the calculated defect formation energies also differ qualitatively. These controv ersies hinder the understanding and the control of the ion migration in CH 3NH 3PbI 3. In this paper, we show density functional theory calculations I ima of both the diffusion barriers and the form ation energies for native defects (V I +, MA i +,V MA -, and I i- ) and impurities in CH NH PbI V I+. i s found to be the dominant diffusing defect due to its i 333 I low formation energy and the low diffusion barriers. I i - and MA i + also have low diffusion I barriers but their formation energies ar e relatively high. The hopping rate of V I + is further I calculated taking into account the contributi on of the vibrational entropy, confirming V I + as a fast diffuser. We discuss approaches for mana ging defect population and migration and suggest that chemically modifying surfaces, interfaces, an d grain boundaries may be effective in controlling the population of the iodine vacancy and the d evice polarization. We further show that the formation energy and the diffusion barrier of Au inte rstitial in CH 3NH 3PbI 3 are both low. It is thus possible that Au can diffuse into CH 3NH 3PbI 3 und er bias in devices (e.g., solar cell, photodetector) with Au/CH 3NH 3PbI 3 interfaces and modify the electronic properties of CH 3NH 3PbI 3. [1] 关键词 : 半导体光伏材料 有机 - 无机杂化钙钛矿结构 缺陷扩散 第一性原理计算 资助项目 : 中组部青年千人计划

76 参考文献 1 Dongwen Yang, Wenmei Ming, Hongliang Shi, Lijun Zhang*, and Mao-Hua Du*, Chem. Mater. 28, 4349 (2016).

77 GaAs 光电导开关并联输出的同步性研究 徐鸣 施卫 西安理工大学应用物理系, 西安 专题代号 :H048 摘要 : 由于光电转换快 触发抖动小 抗电磁干扰 高重复频率工作和高功率容量等优势, 近年来砷化镓光电导开关 (GaAs photoconductive semiconductor switch, GaAs PCSS) 广泛应用于各领域 为了降低对触发光能的要求以及应用成本, 激光二极管被越来越多地使用来触发 GaAs PCSS 同时为了提高工作寿命 增加输出电压或电流, 多个 GaAs PCSS 的并联输出也逐步成为了相关领域的研究热点 但是, 并联的 GaAs PCSS 越多, 对其输出同步性的要求就越高 1 本文报道了两个 2 mm 间隙 GaAs PCSS 在 2 个光电二极管触发下的同步性研究 基于不同偏置电压和触发光能条件下 GaAs PCSS 的同步性输出实验测试, 分析了同步性的计算方法, 讨论了影响同步性的主要因素 在直流偏置电压 1.2 kv 触发光能为 1.9 µj 的条件下, 获得了 ps 的最佳同步性输出 同时, 在触发光能稳定的条件下, 给出了同步性与偏置电场之间的变化关系 基于蒙特卡洛模拟, 理论上半定量地分析了输出同步性与载流子的平均漂移速度变化及其谷间散射之间的内在联系 图 1 激光二极管触发下 GaAs PCSS 输出同步性测试实验原理图 关键词 : 砷化镓, 光电导开关, 同步性 资助项目 : 国家自然科学基金 ( , , ) 参考文献 1 W. Shi, L. Zhang, H. Gui, L. Hou, M. Xu, and G. Qu, Accurate measurement of jitter time of GaAs photoconductive semiconductor switches triggered by a one-to-two optical fiber, Appl. Phys. Lett., 2013, 102,

78 专题代号 :H049 基于有机 - 无机杂化钙钛矿材料的绿光发光器件研究 史志锋 *, 孙旭光, 李营, 李新建 材料物理教育部重点实验室, 郑州大学物理工程学院, 郑州 [email protected] 摘要 : 近两年, 一种基于有机 / 无机杂化钙钛矿材料 (CH 3NH 3PbX 3,Perovskite) 的全新太阳能电池引起人们的极大关注 伴随着人们对该新型材料的理解和认识, 基于钙钛矿材料的研究领域已经开始扩展 由于该材料具有直接带隙 高内量子效率 发光谱线窄 制备成本低以及带宽从蓝光到近红外区域连续可调等优良特征, 其在可见光 LED 上的潜在应用很有可能是未来固态光源的重要选择 实验中, 我们首先采用两步溶液法制备出高质量的 CH 3NH 3PbX 3 薄膜, 其表面覆盖率超过 90%, 且表现出良好的结晶和光学特性 并通过设计 ITO/n-ZnO/CH 3NH 3PbX 3/PEDOT:PSS 简单三明治结构, 成功实现了所制备器件的绿光发射, 其发光波长位于 533 nm, 开启电压约为 2.8 V 在外加驱动电压为 9.0 V 时, 器件的外量子效率达到 0.065%, 对应的亮度为 156 cd/m 2 因受限于 ZnO/CH 3NH 3PbX 3 界面处较大的电子注入势垒, 所制备器件的开启电压相对较大, 器件外量子效率仍相对较低 该部分工作验证了 CH 3NH 3PbX 3 材料作为发光层应用于发光器件中的可行性 此外, 针对钙钛矿基光电器件的工作稳定性问题, 我们通过对不同气体环境下器件的发光性能进行对比, 对器件特性劣化的原因进行了有效解释 1 图 1.(a)CH 3NH 3PbBr 3 薄膜的扫描电子显微镜照片 ;(b) 发光器件的结构示意图 ;(c) 器件在不 同驱动电压下的外量子效率及典型的发光照片 ;(d) 不同驱动电压下的电致发光谱 参考文献 1 Shi et al., High-performance planar green light-emitting diodes based on a PEDOT:PSS/CH3NH3PbBr3/ZnO sandwich structure, Nanoscale 2016, 8,10035.

79 专题代号 :H050 基于硫化镉 / 硅多界面纳米异质结构阵列的色温可调白光发射 李新建 郑州大学物理工程学院, 材料物理教育部重点实验室, 郑州 [email protected] 摘要 : 高效高品色白光光源的研究具有重要的基础研究价值和应用意义 本文以一种具有微米 -- 纳米三重层次结构的硅纳米孔柱阵列为功能性衬底, 采用化学多相反应法和化学水浴法制备了一种硫化鎘 / 硅多界面纳米异质结构阵列 通过调制制备条件如化学反应时间 反应温度 反应液组分及缓冲剂使用 后退火条件等, 实现了对所沉积硫化镉晶相 平均粒径及其表面形貌的控制 在实现红绿蓝三基色光致发光的基础上, 研究了相应的发光机制并制备了电致发光原型器件, 获得了白光发射并实现了对 LED 器件色温的有效调制 研究结果对于研制高效高品质硅基白色光源具有重要的意义 图 1 硫化镉 / 硅多界面纳米异质结构阵列的制备过程示意图 (b) 图 2 不同后处理温度制备硫化镉 / 硅多界面纳米异质结构阵列的 (a) 电致发光谱 ;(b) 色坐标位置 关键词 : 硫化镉, 多界面纳米异质结, 白光发射 资助项目 : 国家自然科学基金 ( , )

80 邀请报告专题代号 :H051 Surfactant enhanced indium incorporation in InGaN Junyi Zhu, Yiou Zhang, Chinese University of Hong Kong To improve the In incorporation in InGaN, we investigated the surfactant effect of Sb on the In incorporation on InGaN(000-1) surface based on first-principles approaches. Surface phase diagram as a function of In and Sb concentration was constructed to determine surface structures under different growth conditions. By analyzing surface stress under different structures, we found that Sb adatom can induce tensile sites that favor In incorporation. These findings may provide fundamental understandings and guidelines for the growth of InGaN with high In concentration. This work is supported by the direct grant of CUHK with the project code of and 资助项目 :This work is supported by the direct grant of CUHK with the project code of and

81 邀请报告专题代号 :H052 半导体中光学声子的可分辨边带拉曼冷却 张俊 中科院半导体所半导体超晶格国家重点实验室, 北京 摘要 :Last century has witnessed a tremendous success of laser cooling technology in the fields of precision spectroscopy, time and frequency metrology, quantum optics, cavity optomechnics and solid-state optical refrigeration. As one of the laser cooling techniques, sideband Raman cooling plays an important role in quantum ground state preparation and coherent quantum-state manipulation. By using one or several detuned laser beams around sidebands of optical transitions, sideband Raman cooling has led to discoveries of many interesting quantum phenomena, including laser cooling and amplification of external motion state, normal mode splitting, electromagnetically induced transparency, and coherent quantum states manipulation such as superposition states, squeezing states and entangled states. However, those substantial progresses are still limited in trapped atomic ions and cavity optomechanics, which need be operated at very low bath temperature then use laser to precool the system below than 0.1 kelvin even tens of nano-kelvin due to very low frequency of phonons ranges from several khz to GHz. Here we report sideband Raman cooling and heating experiments of longitudinal optical phonon (LOP) with a 6.23 THz frequency in semiconductor zinc telluride nano-ribbons. When we use red-sideband laser to pump the nanoribbon, the LOP can be cooled from 225 to 165 kelvin, corresponding to an average occupation number reduced from 0.36 to With increasing the laser power further, a normal modes splitting is observed. A possible reason is that the LOPs states transfer into exciton states due to strong exciton-phonon coupling. We also observe a LOPs heating behavior from 230 to 326 kelvin with a blue-sideband pumping. Our experiment opens a possibility of all solid state quantum applications using semiconductor optical phonon mediated coupling at room temperature 关键词 :Resolved Sideband Raman Cooling,Optical Phonon,Quantum Optics 资助项目 : 十二批千人计划青年项目, 国家自然科学基金 ( , ), 国家重点研发计划 (2016YFA ), 卢嘉锡国际团队参考文献 : 1 J. Zhang et al., Laser Cooling of a Semiconductor by 40 Kelvin, Nature (cover) 2013, 493, J. Zhang et al., Resolved Sideband Raman Cooling of an Optical Phonon in Semiconductor Materials, Nature Photonics DOI: /nphoton , 2016

82 邀请报告专题代号 :H053 介质钝化对 GaN HEMT 性能的影响 沈玲燕 程新红 * 王中健 张栋梁 郑理 曹铎 王谦 李静杰 俞跃 辉 中国科学院上海微系统与信息技术研究所, 信息功能材料国家重点实验室, 上海 [email protected] 摘要 : 本文将生长在铜片上的石墨烯转移到 AlGaN/GaN 异质结表面, 氟化绝缘后, 利用水基 ALD 石墨烯上生长 high k 方法 1, 制备了以 Al 2O 3 作为栅介质的氟化石墨烯绝缘栅介质高电子迁移率晶体管 (FG-MIS HEMT) 与无氟化石墨烯的普通 MIS HEMT 相比,Al 2O 3/FG/GaN 结构中 Al 2O 3 与 GaN 之间有锐利的分界, 不存在界面层, 且生长的 Al 2O 3 具有致密性高 介电常数大的优点 器件的直流转移和输出特性比较发现,FG-MIS HEMT 的饱和电流密度提高了 41.4%, 峰值跨导提高到 3.6 倍, 导通电阻减小了 38.5%, 关态电流也减小了 2 个数量级 并且, 电流崩塌效应的测试结果显示, 氟化石墨烯作为钝化层能有效抑制关态漏端高电压应力后的饱和电流减小现象 在 50V 关态漏电压作用 20s 后,MIS HEMT 的饱和电流减小了 27.6%, 而 FG-MIS HEMT 减小的幅度只有 3.6% 在瞬态特性测试中,FG-MIS HEMT 导通速度更快, 且动态导通电阻随着关态应力增大而增大现象得到明显抑制 分析发现, 产生这一现象的原因是石墨烯在垂直于二维平面方向有很好的隔离作用, 可以有效防止 Al 2O 3 淀积过程中 GaN 表面被氧化而产生类施主陷阱 Ga-O 键, 同时也可有效阻止 GaN 中 N 扩散而形成正电中心 Ga 悬挂键 因此, 氟化石墨烯的存在, 减少了 Al 2O 3 淀积过程中固定正电荷的引入, 减弱了沟道电子受电荷散射效应的影响, 抑制了阈值电压负移现象, 使 FG- MIS HEMT 具有相对较大的饱和电流 同时, 减少了 GaN 表面陷阱的数量, 减弱了其在关态电应力下从栅极俘获电子的过程, 抑制了电流崩塌 本实验首次提出将氟化石墨烯作为 AlGaN/GaN HEMTs 钝化层材料, 并且初步从实验上证明了氟化石墨烯的钝化效果, 能有效提高器件直流性能, 抑制电流崩塌效应 关键词 :AlGaN/GaN 石墨烯 钝化层 电流崩塌 资助项目 : 国家自然科学基金 ( ) 1 Li Zheng, Xinhong Cheng, Duo Cao et al, "Improvement of Al2O3 Films on Graphene Grown by Atomic Layer Deposition with Pre-H2O Treatment", ACS Appl. Mater. Interfaces, 2014, 6,

83 邀请报告专题代号 :H054 基于氧化钒相变材料的主动式光栅设计研究 伍滨和徐晓峰王春瑞 东华大学理学院应用物理系, 上海 摘要 : 传统光栅是典型的被动光学器件, 其结构参数难以实时调控, 制约了器件的应用范围 氧化钒是典型的相变材料 通过改变温度 应力 电场和电磁辐射等外场, 氧化钒可由单斜结构转变为四方金红石结构 伴随着结构相变的发生, 材料由绝缘体转变为半导体, 电学及光学性质也随之发生显著的改变 我们设想利用氧化钒对外场的非线性响应特点, 设计结构参数可调的主动式光栅器件 我们发展了微纳结构中电磁波 Maxwell 矢量方程及热传导方程耦合求解的自洽方法, 利用微纳结构中光场的规律性分布, 调控氧化钒材料的介电常数等光学参数特性 计算结果表明, 选择合适的光辐射源, 改变入射光强 环境温度等参数可以调控特定光栅结构中介电常数的分布特征, 形成新的周期性光栅结构, 从而改变材料对电磁波的透射 反射及吸收特性, 有望实现主动 可调的光栅器件 理论分析表明, 现有实验手段完全具备实现该主动式光栅器件的要求 这些结果为开发基于相变材料的主动式光电功能器件提供了新的思路和设计手段

84 专题代号 :H055 基于 sp 杂化理论开发高性能的半导体光能转化材料 郝维昌 1,3,*, 杜轶 2,3, 王晓 2,3, 王天民 1 1 北京航空航天大学物理系 2 伍伦贡大学超导与电子材料研究所 3 北京航空航天大学 - 伍伦贡大学联合研究中心 [email protected] 半导体材料的电子结构决定其对太阳能光谱的吸收特征, 光生电子空穴对电极电位, 及其激发 迁移和复合的过程 基于半导体能带理论, 上述物理过程取决于材料的带隙 费米面的位置及电子有效质量这些基本电子结构特征 ( 图 1) 因此能够影响上述电子结构过程都对光催化产生重要的影响, 比如晶面 缺陷 表面态 ( 包括原子重排 失配等化学键弛豫 ) 晶格畸变等 经过多年的深入研究, 我们逐渐认识到通过 sp 杂化可以获得合适电子结构, 有利于提高材料的光吸收和电子空穴迁移率, 从而获得高效的光能转化材料 主要的物理思想是 :sp 杂化轨道在空间具有各向异性的特征, 通过选择合适元素可以在价带顶和导带底形成曲率较大带 这样就有可能获得较低的有效质量, 从而获得高的电子空穴迁移率 有望获得高性能的光电能源转化材料 ( 如图 2 所示 ) 图 1 影响太阳能转化的核心电子结构特征目前这一模型还在完善之中 : 1. 可解释目前大规模使用的 Si Ge GaAs InP GaN 半导体材料 ; 2. 可以解释目前广泛使用的 Si CdTe CuInGaSn 等光伏材料 ; 3. 存在大量材料体系从未进行过相关研究 ; 4. 希望通过我们坚持不懈的努力将其发展成为成熟的理论, 可以定量描述, 可以成功预测新材料

85 图 2 基于 sp 杂化寻找新型光能转化材料 参考文献 1 Alkeisy, Weichang Hao* et al., J. Mater. Chem. A 2016, DOI: /C6TA03578G. 2 Zhongfei Xu, Weichang Hao* et al. J. Phys. Chem. C 2016, 120: Haifeng Feng, Weichang Hao* et al. ACS Appl. Mater. Interface 2015, 7: Yuchao Zhang, Shiqi Jiang, et al. Energy Environ. Sci. 2015, 8: Shiqi Jiang, Weichang Hao*, et al. J. Phys. Chem. C 2015, 119: Liang Wang, Jun Shang, Weichang Hao*et al. Scientific Reports 2014, 4: Jun Shang, Weichang Hao*, et al. ACS Catal. 2014, 4: Hongyan Deng, Weichang Hao*, et al. J. Phys. Chem. C 2012, 116: 1251

86 专题代号 :F056 Current noise spectra and mechanisms of the electron transport through interacting quantum dots: Dissipaton Equation of Motion theory 金锦双 杭州师范大学物理系, 杭州 Abstract:Based on the recently developed dissipaton equation of motion (DEOM) theory, we investigate the characteristic features of current noise spectrum in several typical transport regimes of a singleimpurity Anderson model. Many well-known features such as Kondo features are correctly recovered by our DEOM calculations. More importantly, it is revealed that the intrinsic electron cotunneling process is responsible for the characteristic signature of current noise at anti-stokes frequency. We also identify completely destructive interference in the noise spectra of noninteracting systems with two degenerate transport channels. Key word:noise spectra, nonequilibrium transport, Coulomb interaction, quantum dots 资助项目 : 国家自然科学基金 ( )

87 基于驻极体聚 (α- 甲基苯乙烯 ) 为电荷俘获介质 的有机存储器件研究 许文超, 1) 陆旭兵, 1) 刘俊明 2) 专题代号 :H057 1) 华南师范大学先进材料研究所, 广东省量子调控工程与材料重点实验室, 广州 ) 南京大学固体微结构物理国家重点实验室, 南京 [email protected] 有机场效应晶体管型非易失性存储器具有可低温加工 适宜大面积生产 生产成本低和可与柔性衬底兼容等突出优点, 已经成为国内外的研究热点 特别是, 近十年来, 基于聚合物驻极体的存储器正得到学术界越来越多的关注 Tzung-Fang Guo 等 1 报道的并五苯 / 聚乙烯醇体系的存储器件, 2 表现出了很好的多级存储特性 ;Mingdong Yi 等构筑的基于并五苯 / 聚 (N- 乙烯基咔唑 ) 有源层的 3 存储器件, 具有很好的光响应, 可进行光擦写 Youngkyoo Kim 小组以聚苯乙烯为电荷捕获材料, 聚 (3- 己基噻吩 ) 做有源层, 实现了低电压 5V 驱动的柔性存储器件 本文构筑了以并五苯作为有源层, 驻极体聚 (α- 甲基苯乙烯 ) 作电荷捕获层的存储器 在过去的十余年间, 虽然并五苯 / 聚 (α- 甲基苯乙烯 ) 存储体系已经有几个小组进行过研究, 但仍然存在较多问题需要澄清 我们通过探究并五苯的沉积温度对器件性能的影响, 发现并五苯或者并五苯 / 聚 (α- 甲基苯乙烯 ) 界面存在一定数量的电子陷阱, 而且电子在陷阱的捕获有利于增强电子在并五苯中的迁移, 从而优化器件的存储性能 通过光致发光光谱证明了聚 (α- 甲基苯乙烯 ) 薄膜中存在较多的可用于捕获电荷的缺陷能级 器件对于光有非常快的响应速度, 紫外光 (365nm,1206mW/cm 2 ) 光照 1s 就可以产生近 8V 的存储窗口 同时, 器件表现出了优异的保持和反复擦写特性, 测试 3 小时后具有大于 10 5 的开关比, 反复擦写 5000 次之后具有 23V 左右的存储窗口 -I ds (A) 10μ 1μ 100n 10n 1n 100p V ds = -5V V g V ds=-5v 40V -40V -20V 10ms 10p V gs (V) t PL Intensity 聚 (α- 甲基苯乙烯 ) Wavelength (nm) -I ds (A) 100n -20V10ms 365 nm Light 1s 10n 1n 100p V ds = -5V V gs (V) 左图并五苯的沉积温度为 120 时, 器件的 I d-v g 回线 ; 中间图聚 (α- 甲基苯乙烯 ) 薄膜的光致

88 发光光谱 ( 激发光的波长为 325nm); 右图器件对于光的响应, 光写电擦之后的转移特性曲线 关键词 : 有机场效应晶体管, 非易失性存储器, 驻极体, 少数载流子 资助项目 : 国家自然科学基金面上项目 ( ) [1]T. D. Tsai, et al, Manipulating the Hysteresis in Poly(vinyl alcohol)-dielectric Organic Field-Effect Transistors Toward Memory Elements, Adv. Funct. Mater., 2013, 23, [2] M. D. Yi, et al,light programmable/erasable organic field-effect transistor ambipolar memory devices based on the pentacene/pvk active layer, J. Mater. Chem. C, 2015, 3, [3] S. Nam, et al, 5V driving organic non-volatile memory transistors with poly(vinyl alcohol) gate insulator and poly(3-hexylthiophene) channel layers,appl. Phys. Lett., 2015, 107,

89 专题代号 :H058 High CW Power Terahertz Quantum Cascade Lasers Changle Shen a,c, Tao Jiang a,c, Zhiqiang Zhan a,c, Xuemin Wang a,c, Weidong Wu a,c Yanfang Li b,c, Ning Yang b,c, Weidong Chu b,c, Suqing Duan b,c a Science and Technology on Plasma Physics Laboratory, Research Center of Laser Fusion, CAEP, Mianyang, , Sichuan, China b Institute of Applied Physics and Computational Mathematics, P.O. Box 8009(28), ,Beijing, China c Microsystem and Terahertz Research Center, CAEP, Mianyang, , Sichuan, China Abstract: Terahertz quantum cascade lasers (THz QCL) is a promising compact source of terahertz waves. The performance of THz QCLs is greatly improved since 2002[1]. Our group devoted to develop high performance THz QCLs and explore their applications in imaging of biomedical tissue, specific gas sensing and etc [2, 3]. This talk presents our recent results on the material growth and device fabrication of high performance of THz QCL. Before the molecular beam epitaxy growth of the material, the 2DEG mobility of a testing HEMT structure reaches cm 2 /Vs. The precise calibration of initial growth velocity and cell temperature compensation result in an periodical thickness variation less than 1%. Clear interfaces were observed in TEM images although the Al content x was only 0.15 and the thinnest layer was only 0.6 nm. With such epitaxy materials, THz QCLs were fabricated by wet etching method. The fabricated THz QCLs established a record CW power of 300 mw (Fig. 2) and the threshold current desity was about 250 A/cm 2. Fig. 1 TEM image of the across section of the superlatice for THz QCL. The thinnest layer is 6 Å Al0.15Ga0.85As Fig.2 The CW output power vs. current density and the inset is the beam by using one convex Si lens Keywords: terahertz; QCL; continuous-wave; gauss distribution Reference [1] Köhler R, et al. Terahertz semiconductor- heterostructure laser. Nature. 2002, 417(6885): [2] YanFang Li, Jian Wang, Ning Yang, et al. The output power and beam divergence behaviors of tapered terahertz quantu m cascade lasers. Opt Express. 2013, 21(13): [3] Haochong Huang, Lu Rong, Dayong Wang, Weihua Li, et al. Synthetic aperture in terahertz in-line digital holography for resolution enhancement. Appl Optics.2015, 55(3): A43- A48

90 专题代号 :H059 过渡金属氧化物薄膜连接层的工作机理模型路飞平 1,2 赵玉祥 1 师应龙 1 武彩霞 1 刘兴霞 1 令维军 2 1 天水师范学院物理系, 天水 天水师范学院激光技术研究所, 天水 [email protected] 摘要 : 过渡金属氧化物 (Transition metal oxide, TMOs) 薄膜连接层被广泛应用于叠层有机电致发光器件 (Tandem organic light emitting diodes, Tandem OLEDs) 中, 而其工作机理是影响 Tandem OLEDs 光电性能的关键因素, 因此研究其工作机理具有重要的实际意义 1 本文采用一个二步过程来描述 TMOs 薄膜连接层的电荷产生与分离机制 ( 图 1), 建立了其工作机理的解析模型, 并以此建立了基于 TMOs 薄膜为连接层的 Tandem OLEDs 的电学模型 为了验证该模型的可靠性, 制备了结构为 glass/ito/alq3(80 nm)/moo3 (10 nm)/ NPB(40 nm)/lif (2 nm)/al(100 nm) 的基于 MoO 3 为连接层的 Tandem OLEDs 通过将理论结算结果与实验结果比较, 发现两种结果可以吻合的很好 ( 图 2), 说明本文所建立的 TMOs 薄膜连接层工作机理的解析模型是正确的 Current density (ma/cm 2 ) Experiment Simulation Applied voltage (V) 图 1 过渡金属氧化物薄膜连接层的工作机理示意图. 图 2 结构为 glass/ito/alq 3(80 nm)/moo 3 (10 nm)/ NPB(40 nm)/lif (2 nm)/al(100 nm) 的 Tandem OLEDs 理论计算结果与实验结果的比较. 关键词 : 叠层有机电致发光器件, 过渡金属氧化物薄膜, 连接层, 工作机理 资助项目 : 国家自然科学基金 ( , ), 甘肃省高等学校科研项目 (2014B-079,2014A- 104), 甘肃省自然科学基金 (1506RJZE112). 参考文献 [1] Lu F P, Peng Y Q, Xing Y Z, Numerical model of tandem organic light-emitting diodes based on a transition metal oxide interconnector layer, Journal of Semiconductors, 2014, 35(4):

91 高效硅异质结 (SHJ) 太阳电池的光管理张悦 [1] 郁操 [2] 杨苗 [2] 何永才 [1] 张永哲 [1] 宋雪梅 [1] 张津燕 [2] 李沅民 [2] 徐希翔 [2] 严辉 [1] 3 北京工业大学, 北京 福建铂阳精工设备有限公司, 成都 [email protected] 专题代号 :H060 摘要 : 硅异质结 (SHJ) 太阳电池已经获得了 24.7% 的转换效率 1 本征氢化非晶硅(i-a-Si:H) 薄膜具有优异的钝化效果, 因而 SHJ 太阳电池可以获得非常低的表面复合速率 但是由于 a-si:h 薄膜 以及 TCO 薄膜的引入, SHJ 太阳电池的短路电流密度较 IBC(Interdigitated back contact) 电池 2 以及 TOPcon (Tunnel Oxide Passivated Contact) 电池 3 有所降低, 因此提高 SHJ 太阳电池的短路电流密度是进一步提高其转换效率的有效途径 研究结果表明, 降低 a-si:h 薄膜的厚度, 可以明显提高 SHJ 电池在短波的光谱相应, 进而提高短路电流 然而随着 i-a-si:h 薄膜厚度的降低, 晶体硅表面的钝化效果逐渐降低, 进而影响电池开路电压 ; 同时, 当 p 型 a-si:h 薄膜降低到一定厚度时, 载流子的输运将会受到极大的影响, 并最终导致 SHJ 电池的开路电压和填充因子明显降低 通过优化电池结构以及薄膜厚度, 最终在保证开路电压和填充因子的前提下, 有效的提高了电池的短路电流 通过改变氧化铟薄膜的掺杂 ( 元素种类, 掺杂浓度等 ), 优化了薄膜特性 将氧化铟薄膜的载流子浓度从 cm -3 降低到 cm -3, 明显降低了 TCO 在长波的寄生吸收 ; 载流子迁移率从 20 cm 2 /V s 提高到 60 cm 2 /V s, 电池的填充因子并未有明显变化 最终, 通过以上优化,SHJ 电池的短路电流密度从 38.9 cm -3 提高到 cm -3, 电池转换效率提高到 22.4% 关键词 : 硅异质结 寄生吸收 短路电流 载流子浓度 背结 资助项目 : 国家自然科学基金 ( ) 北京市科技计划项目 (Z ) 参考文献 1 M. Taguchi, A. Yano, S. Tohoda, K. Matsuyama, Y. Nakamura, T. Nishiwaki, K. Fujita and E. Maruyama, Ieee J Photovolt 4 (1), (2014). 2 K. Masuko, M. Shigematsu, T. Hashiguchi, D. Fujishima, M. Kai, N. Yoshimura, T. Yamaguchi, Y. Ichihashi, T. Mishima, N. Matsubara, T. Yamanishi, T. Takahama, M. Taguchi, E. Maruyama and S. Okamoto, Ieee J Photovolt 4 (6), (2014). 3 M. Hermle, F. Feldmann, J. Eisenlohr, J. Benick, A. Richter, B. Lee, P. Stradins, A. Rohatgi and S. W. Glunz, 2015 Ieee 42nd Photovoltaic Specialist Conference (Pvsc) (2015).

92 专题代号 :H101 Two-Step Fabrication of Self-Catalyzed Ga-V (V=As, Sb) Nanowires on Si by Molecular-Beam Epitaxy Xuezhe Yu, Lixia Li, Hailong Wang, Jiaxing Xiao, Chao Shen, Dong Pan and Jianhua Zhao State Key Laboratory of Superlattices and Microstructures, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, P.O. Box 912, Beijing , China Abstract: For epitaxial growth of Ga-based III-V semiconductor nanowires (NWs) on Si, Ga droplets could provide a clean and compatible solution contrary to the common Au catalyst. However, Ga droplets seem to only work in a limited growth temperature (T s) range around 620 o C on Si. 1-2 We have investigated low-temperature growth of Ga-catalyzed III-V NWs on Si (111) substrates by molecular-beam epitaxy. First, by optimizing the surface oxide, high yield of vertically aligned GaAs NWs are obtained at growth temperatures (T s) of 620 o C. Then a two-temperature procedure is adopted to preserve Ga droplets at lower T s and it leads to an extension of T s down to 500 o C for GaAs NWs, owing to which, complete morphological and structural studies for Gacatalyzed GaAs NWs in a large T s range could be presented. Then within the same growth scheme, we firstly demonstrate Ga-catalyzed GaAs/GaSb heterostructural NWs. These GaSb section is pure zinc-blende and compositional measurements show two facts that (1) the catalyst particle indeed mainly consists of Ga, (2) GaSb section is high purity with minor As composition and axially grew on the GaAs section. Our results provide useful information for controllable synthesis of multi-compositional Ga-catalyzed III-V semiconductor NWs on Si for heterogeneous integration. Figure 1. SEM images of GaAs NWs for two-temperature series with the V/III ratio of 4 (a-d) and 12 (e-g). The scale bars of (a-b) are the same as that of (c). (d and g) Typical top view images for the two series. The inset in (g) shows crystallization of Ga nano-droplets. Keywords: Molecular-beam epitaxy; Ga catalyzed nanowires; Si; III-V semiconductor 资助项目 : 国家重大研究计划 (2012CB932701) 国家自然科学基金 ( ) 参考文献 [1]X. Z. Yu, H. L. Wang, J. Lu, J. H. Zhao, J. Misuraca, P. Xiong, S. von Molnar, Nano Lett. 2012, 12, [2]X. Z. Yu, H. L. Wang, D. Pan, J. H. Zhao, J. Misuraca, S. von Molnar, P. Xiong, Nano Lett. 2013, 13, 1572.

93 专题代号 :H102 基于微区光电流面扫描方法的长波 HgCdTe 红外探测阵列的结转变机理研究李彦涛, 胡伟达 *, 李庆, 何家乐, 王鹏, 陈效双, 陆卫中国科学院上海技术物理研究所, 红外物理国家重点实验室, 上海, 微区光电流面扫描方法是一种非接触 原位 无损伤的测试方法 本文基于该测试方法对砷掺杂的 长波 HgCdTe 红外探测阵列进行了低温和常温的光电功能表征, 图 1(a) 和图 (b) 分别为 89K 低温下和 290K 下测得的光电流信号数据, 图 2 为 89K 和 290K 下器件的 I-V 特性曲线 然后根据实验条件和 样品情况利用 Sentaurus TCAD 软件建立器件结构模型, 不断优化器件结构 材料的掺杂浓度 网格分 布和物理模型, 最后获得器件微区光电流面扫描信号数据和 I-V 特性曲线数据 然后通过对比测试结果 和仿真模拟结果并根据长波 HgCdTe 材料随温度的结转变特性, 本文提出了低温和常温下的两种器件 结构模型 :89K 下是 n-on-p 结构, 常温下变成 n-on-p-on-n 结构 实验和仿真的结果表明 Hg 空隙扩散 离子注入损伤产生的陷阱和混合电导效应是长波 HgCdTe 器件结构改变的原因 本文对正确理解基于 P 型长波 HgCdTe 材料的结转变特性提供了实验和模拟的基础支持 关键词 : 微区光电流面扫描, 长波 HgCdTe,Sentaurus TCAD, 结转变特性 资助项目 : 国家自然科学基金优秀青年基金 ( ), 国家 万人计划 青年拔尖人才

94 专题代号 :H103 第一性原理研究 Cu 2 ZnⅣS 4 (Ⅳ=Si,Ge,Sn)/ZnS 异质界面能带带阶包乌吉斯古楞渤海大学新能源学院, 锦州市松山新区科技路 19 号, [email protected] 摘要 : 四元化合物半导体 Cu 2ZnⅣS 4(Ⅳ=Si,Ge,Sn) 作为太阳能电池的吸收层材料而被广泛研究 能隙宽 度约 eV 范围 1, 其中 Cu 2ZnSnS 4(CZTS) 太阳电池光电转换效率已达到了 8.4% 2, 极大地鼓舞了该领 域的研究 由于, 两种半导体材料的禁带宽度和电子亲和能的不同, 电池异质界面处会产生能带不连续, 从而影响载流子的输运过程 因此, 对于太阳能电池特性, 除了吸收层材料的禁带宽度和光吸收系数有 影响外, 电池异质界面能带带阶也是影响电池特性的重要原因之一 本研究, 利用第一性原理计算方法, 研究了 Cu 2ZnⅣS 4(Ⅳ=Si,Ge,Sn)/ZnS 异质界面能带带阶 Cu 2ZnSnS 4/ZnS 超晶格结构分别选用锌黄锡矿 (kesterite) 结构的 Cu 2ZnSnS 4 和闪锌矿结构的 ZnS 为了计算界面能带带阶, 首先, 分别计算了 Cu 2ZnSnS 4 和 ZnS 体材料的价带顶 (VBM) 和参考核层电子能级差, 然后计算 Cu 2ZnSnS 4/ZnO 超晶结构的参考核层 电子能级差 通过计算得出 Cu 2ZnSiS 4/ZnS 异质界面都属于 Ⅱ 型界面, 即吸收层材料 Cu 2ZnSiS 4 的到带 底高于 ZnS 窗口层材料, 如图 1 所示 Cu 2ZnGeS 4/ZnS 和 Cu 2ZnSnS 4/ZnS 异质界面属于 Ⅰ 型界面, 导带 界面处形成较高势垒, 阻碍电子向 n 区运动, 从而减小电池开路电压 关键词 :Cu 2ZnⅣS 4(Ⅳ=Si,Ge,Sn), 异质界面, 能带带阶, 第一性原理 资助项目 : 国家自然科学基金 ( ) 0.3 E gzns =3.7 E gcu2znsis4 = E gzns =3.7 E gcu2znges4 = E gzns =3.7 E gcu2znsns4 = 图 1 Cu2ZnⅣS4(Ⅳ=Si,Ge,Sn)/ZnS 异质界面能带带阶 参考文献 1 Heng-Rui Liu et al, First-Principles Study on the Effective Masses of Zinc-Blend-Derived Cu2Zn-Ⅳ-Ⅵ4 (Ⅳ=Sn,Ge,Si and Ⅵ=S,Se ), J. Appl. Phys. 2012, 112, B. Shin et al, Thin film solar cell with 8.4% power conversion efficiency using an earth-abundant Cu2ZnSnS4 absorber, Prog. Photovolt: Res. Appl.2013,21,72.

95 专题代号 :H104 ZnO 纳米基异质器件光电化学裂解水的应用包志佳扬州大学物理科学与技术学院, 扬州 D Heterostructure Abstract: We fabricated a hierarchical p-si/n-zno@au heterostructure via hydrothermal growth of onedimensional (1D) ZnO nanorod arrays (NRAs) on p-si substrate followed by decorating with Au nanoparticles (NPs). The constructed three-component Si/ZnO@Au heterostructure exhibited remarkably improved photocathode activity for photoelectrochemical (PEC) water splitting compared with the bare Si and Si/ZnO NRAs photocathodes. In addition to structural superiorities of 1D NRAs, the synergistic effects in the p-si/n- ZnO heterojunction with plasmonic Au NPs were demonstrated to expand optical absorption to full-spectrum and steer charge separation flow, leading to significantly improved PEC water splitting performance. Keywords: photoelectrochemistry, p-si/n-zno@au heterostructures, 1D nanorod arrays Carbon quantum dots/ ZnO Heterostructure Abstract: Carbon quantum dots (CQDs)/ZnO nanorod arrays (NRAs) were constructed through a facile process which ZnO NRAs were prepared by hydrothermal synthesis and further electrodeposition of the CQDs, then annealed at 350 for 30 min. The ZnO NRAs loaded with CQDs were used as a photoanode resulting in efficient photoelectrochemical (PEC) hydrogen generation relatively to ZnO NRAs. The crucial roles of CQDs in the enhancement of PEC activity of the CQDs/ ZnO NRAs composites are illustrated that CQDs can broaden the photoresponse range of the ZnO to visible region rather than the upconverted photoluminescence behaviour of the CQDs along with providing a convenient way to for photogenerated charge carriers separation. Keywords: carbon quantum dots/ ZnO heterostructure, photoelectrochemical, visible References 1 Z. J. Bao, X. Y. Xu,* G. Zhou and J. G. Hu, Constructing n-zno@au heterogeneous nanorod arrays on p-si substrate as efficient photocathode for water splitting, Nanotechnology 2016, 27, X. Y. Xu,* Z. J. Bao, G. Zhou, H. B. Zeng and J. G. Hu, Enriching Photoelectrons via Three Transition Channels in Amino- Conjugated Carbon Quantum Dots to Boost Photocatalytic Hydrogen Generation, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016, 8, X. Y. Xu,* B. Feng, G. Zhou, Z. J. Bao and J. G. Hu, Efficient photon harvesting and charge collection in 3D porous RGO- TiO2 photoanode for solar water splitting, Materials and Design 2016, 101, G. Zhou, X. Y. Xu,* D. Tao, B. Feng, Z. J. Bao and J. G. Hu, Well Steered Charge Carrier Transfer in 3D Branched CuxO/ZnO@Au Heterostructures for Efficient Photocatalytic Hydrogen Evolution, ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7,

96 专题代号 :H105 非极性面 n-zno/p-algan 异质结雪崩发光二极管及其电致发光特性的研究陈景文 张骏 吴峰 王帅 陈成 龙瀚凌 梁仁瓅 赵翀 戴江南 * 陈长清华中科技大学武汉光电国家实验室, 湖北省武汉市洪山区珞喻路 1037 号, [email protected] 摘要 : 氧化锌 (ZnO) 因其高的室温激子激活能成为了紫外光电器件中极具潜力的半导体材料 ZnO 基 发光二极管 (LED) 和激光器也得到了广泛研究 通常, 沿 c 方向生长的 ZnO 基 LED 器件存在自发极 化和压电极化导致量子效率降低的问题, 使 LED 沿非极性方向外延生长则可以消除此问题 利用金属 有机物化学气相沉积和脉冲激光沉积技术, 我们首次在 r 面蓝宝石衬底上制备出的非极性 a 面 n-zno/p- AlGaN 异质结 LED 芯片, 同时观察到反向雪崩发光特性 低铝组分 AlGaN 材料作为 p 型层可以实现 ZnO 占优电致发光 (EL), 而不需要额外引入电子阻挡层等插入层结构 又因为 p-algan 层掺杂浓度较 低, 在较高反向偏压下 LED 产生雪崩发光 通过对器件光电特性如 I-V 曲线 光致发光光谱 (PL) 电 致发光光谱 (EL) 的详细研究, 解释了正向偏压下的 390 nm 发光来自 n-zno 层的带间跃迁, 反向偏压 下的 385 nm 宽峰主要来自 ZnO 层和耗尽层中由碰撞电离产生的自由空穴和电子的复合 为了更好地理 解反向雪崩发光特性, 我们通过改变 p-algan 层外延生长温度, 制备出三个具有不同晶体质量的样品 通过 XRD 与 EL 数据的对比分析发现, 非极性面 ZnO 基 LED 的反向雪崩发光性能主要受到的 ZnO 层 晶体质量的影响, 而不是 AlGaN 非极性面 ZnO 基异质结 LED 的制备对未来更复杂的量子阱结构设计 提供了良好的基础, 是一次有益尝试, 也有助于我们理解其反向雪崩发光特性 图 (a) 器件示意图 ;(b) 反向偏压下,LED 在不同大小注入电流情况下的电致发光光谱 ;(c) 反向雪崩发光原理图关键词 : 雪崩发光二极管, 非极性面, 氧化锌 资助项目 : 国家重点研发项目 (2016YFB ,2016YFB ); 国家重点基础研究发展计划 (2012CB619302); 国家自然科学基金 ( , )

97 专题代号 :H106 硅基 GaN 紫外探测器研究陈雪霞, 李新建 郑州大学物理工程学院, 材料物理教育部重点实验室, 郑州 ; 摘要 : 紫外探测器在高科技领域具有重要且广泛的应用背景 氮化镓 (GaN) 是一种直接带隙的宽带隙 (~3.4 ev) 化合物半导体材料, 具有热 / 化学稳定性良好 热导率高 电子极限漂移速度大等优点, 因此是制备紫外光探测器的理想材料 目前, 高质量 GaN 主要是以蓝宝石为衬底 采用异质外延技术进行制备 蓝宝石不导电且解理较为困难, 因此只能作为支撑性衬底, 在器件制造方面存在一定的局限性 鉴于单晶硅成熟的制备技术和硅平面加工工艺, 硅基 GaN 有可能在未来硅基光电子集成器件制备中扮演重要角色 硅纳米孔柱阵列 (Silicon Nanoporous Pillar Array, Si-NPA) 是一种硅的微米 / 纳米结构复合体系, 其基本结构特征可以归结为微米尺度的硅柱阵列 硅柱的纳米多孔结构以及组成孔壁的硅纳米晶粒 Si-NPA 规则的图案化结构, 有望通过三维应力释放有效缓解 Si 与 GaN 之间的晶格失配和热失配 本文以 Si-NPA 为衬底, 以金属 Pt 为催化剂, 采用 CVD 方法制备了 GaN/Si-NPA 纳米异质结构并对其表面形貌 化学组分 光致发光和电学特性进行了表征, 并通过制备 ITO/GaN/Si-NPA/Ag 结构器件, 实现了对波长范围 nm 紫外光的探测 图 1(a)GaN/Si-NPA 的表面形貌,(b) 器件结构示意图,( c)ito/gan/si-npa/ag 结构器件的光响应谱 关键词 : Si-NPA 硅基 GaN 紫外光探测 资助项目 : 国家自然科学基金 ( , ) 参考文献 1 Zubia D et al, Nanoheteropitaxy: The application of nanostructuring and substrate compliance to the heteroepitaxy of mismatched semiconductor materials, J. Appl. Phys.,1999, 85: 6492~6496.

98 专题代号 :H107 MoS 2 薄膜场效应晶体管在葡萄糖浓度检测中的应用单俊杰 1 翟英娇李金华 1* 徐铭泽楚学影金芳军 1 长春理工大学理学院, 吉林省长春市卫星路 7089 号, [email protected] 摘要 : 本研究制备了背栅 MoS 2 薄膜场效应晶体管, 并将其应用于葡萄糖浓度检测中 该器件包括三个 Au/Ni(70nm/10nm) 电极和一个葡萄糖溶液测试环境 ; 其中器件的沟道材料为 3 层二硫化钼薄膜, 沟 道材料的长度和宽度分别为 1μm 和 1.9μm. 器件展示出良好的电学性能, 其中, 迁移率为 25.4cm 2 /(v s); 开关比高达 10 7 实验结果表明, 所加栅压为 0.5V 时, 器件的传感性能和稳定性最好 当电场作用在二 硫化钼沟道材料上时, 沟道的电阻随着葡萄糖浓度的增加而减小 器件的电阻随葡萄糖浓度的变化展示 出一个线性的变化曲线 本研究中用来检测的葡萄糖浓度范围为 1mM~30mM 该器件的检测限为 1mM, 灵敏度为 8.15μA/mM 本研究表明 MoS 2 薄膜场效应晶体管有望应用于血糖检测 关键词 : 二硫化钼薄膜场效应晶体管葡萄糖生物传感 资助项目 : 吉林省科技项目 ( GX)

99 硅微纳米结构形貌调控及其物理性能研究杜蕊, 李新建郑州大学物理工程学院, 材料物理教育部重点实验室, 郑州 专题代号 :H108 摘要 : 采用水热腐蚀法制备的硅纳米孔柱阵列是具有多层次结构的硅微米 / 纳米复合结构体系, 具有广 谱光吸收 比表面积大 发光强度强的特点 通过改变腐蚀液中 HF 和 Fe(NO 3) 3 的浓度, 可以实现对硅 柱面密度及形貌的调控 为实现对硅纳米孔柱阵列表面形貌的有效调控, 本文通过对原始单晶硅片进行 离子注入并进行退火处理, 研究了离子注入条件对水热腐蚀硅微纳米结构的影响 结果表明, 相对于注 入剂量的改变, 退火处理对样品形貌具有更为显著的影响 相对于原始硅片腐蚀, 使用经过离子注入但 未经退火处理的硅片所制备样品的硅柱高度基本不变, 但硅柱的直径明显变小 上述结果表明, 离子注 入结合退火处理, 对硅纳米孔柱阵列最终形貌和结构的形成具有明显的调制作用 图 1 (a) 原始单晶硅片腐蚀的形貌图,(b) 离子注入未经退火硅片腐蚀的形貌图 关键词 : 硅微纳米结构, 水热腐蚀, 离子注入资助项目 : 国家自然科学基金 ( , ) 参考文献 1 李亚勤, 孙新瑞, 许海军, 姜卫粉, 李新建. 制备条件对硅纳米孔柱阵列表面硅柱密度调制 [J]. 科学技术与工程,2008,11:

100 高性能红外单根 InAs 纳米线光电探测器方河海 胡伟达中国科学院上海技术物理研究所, 上海, 专题代号 :H109 Abstract:One-dimensional InAs nanowires (NWs) have been widely researched in recent years. Features of high mobility and narrow bandgap reveal its great potential of optoelectronics applications. However, most reported work about InAs NW-based photodetectors is limited to the visible waveband. Although some work shows certain response for near-infrared light, the problems of large dark current and small light on/off ratio are unsolved, thus significantly restricting the detectivity. Here in this work, a novel visible light-assisted darkcurrent suppressing method is proposed for the first time to reduce the dark current and enhance the infrared photodetection of single InAs nanowire photodetectors. This method effectively increases the barrier height of the metal-semiconductor contact, thus significantly make the device a Metal-Semiconductor-Metal (MSM) photodiode. These MSM photodiodes demonstrate broadband detection from less than 1 µm to more than 3 µm and a fast response of tens of microseconds. A high detectivity of ~10 12 Jones has been achieved for the wavelength of 2000 nm at a low bias voltage of 0.1 V with corresponding responsivity of as much as 40 A/W. Even for the incident wavelength of 3113 nm, a detectivity of ~10 10 Jones and a responsivity of 0.6 A/W have been obtained. Our work has achieved an extended detection waveband for single InAs NW photodetectors from visible and near-infrared to mid-infrared. The excellent performance for infrared detection demonstrated the great potential of narrow bandgap NWs for future infrared optoelectronic applications. Keywords:Single InAs nanowire; Mid-infrared photodetectors; MSM photodiodes Acknowledgements: Major State Basic Research Development Program (Grant No. 2014CB921600); Natural Science Foundation of China (Grant Nos , , , , and ); Fund of Shanghai Science and Technology Foundation (Grant Nos. 14JC , 15JC ) Reference 1 Guo et al. Anomalous and highly efficient InAs nanowire phototransistors based on majority carrier transport at room temperature. Adv. Mat., 2014, 26(48), Miao et al. Single InAs Nanowire Room-Temperature Near-Infrared Photodetectors. Acs Nano 2014, 8, 3628

101 外电场作用下球形量子点的光学性质及其压力效应 韩军闫祖威 * 内蒙古农业大学理学院, 呼和浩特 * [email protected] 专题代号 :H110 摘要 : 在有效质量近似下, 运用变分法研究了外电场和压力作用下半导体球形量子点 GaN/Al xga 1-xN 的子带线性和非线性光吸收系数及其压力效应, 且获得了基态和第一激发态的波函数和能级 数值计算了一阶线性 三阶非线性和总的吸收系数随外加电场 组分 量子点尺寸以及光强的变化关系 以及压力对半导体球形量子点的一阶线性 三阶非线性和总吸收系数的影响 结果表明 : 随电场强度的增加, 一阶线性总吸收系数受电场的影响较小, 三阶非线性吸收系数明显变大导致总的吸收系数减低, 吸收系数曲线峰值的位置向长波方向移动 ; 随着量子点尺寸的增加总的吸收系数降低, 吸收峰值向低能方向移动 ; 随着 Al 组分的增加吸收峰发生蓝移, 总吸收系数峰值升高 ; 总吸收系数随着光强的增加吸收峰值降低 ; 随着压力的增加, 总吸收系数增加吸收峰值降低, 压力效应是明显的 ; 在有压力作用下, 随着量子点尺寸的增加总的吸收系数降低, 吸收系数曲线的峰值向长波方向移动 关键词 : 量子点, 光吸收系数, 电场, 压力 资助项目 : 自然科学基金 ( ), 内蒙古自然科学基金 (2013ZD02), 内蒙古 草原英才 工程 参考文献 1 Shao Shuai.Third-harmonic generation in cylindrical quantum dots in a static magnetic field[j]. Solid State Communications,2011,151(4): Ramvall,Peter.Optical properties of GaN quantum dots[j]. Jornal of Applied Physics,2000,87(8): Kawakami Y,Kaneta A,Sul,etal.Optical properties of InGaN/GaN nopillars fabricated by postgrowth chemically assisted ion beam etching[j]. Jornal of Applied Physics,2010,107(2): Prasad V,Silotia P.Effect of laser radiation on optical properties of disk shaped quantum dot in magnetic fields[j]. Physics Letters A,2011,(44):

102 专题代号 :H111 Emission of direct-gap band in germanium with Ge-GeSn layers structure Zhong-Mei Huang 1, Wei-Qi Huang 2 1.State Key Laboratory of Surface Physics, Key Laboratory of Micro and Nano Photonic Structures (Ministry of Education) and Department of Physics, Fudan University, Shanghai (China). 2.Institute of Nanophotonic Physics, Guizhou University, Guiyang (China). [email protected] In our experiment, it was observed that the emission of direct-gap band in germanium with Ge-GeSn layers on one-dimensional (1D) structure. The results of experiment and calculation demonstrate that the uniaxial tensile strain in the [111] and [110] direction can efficiently transform Ge to a direct bandgap material with the bandgap energy useful for technological application. It is interesting that under the tensile strain from Ge-GeSn layers on 1D structure in which the uniaxial strain could be obtained by curved layer (CL) effect, the two bandgaps EΓg and ELg in the [111] direction become nearly equal at 0.83 ev related to the emission of directgap band near 1500 nm in the experiments. It is discovered that the red-shift of the peaks from 1500 nm to 1600 nm occurs with change of the uniaxial tensile strain, which proves that the peaks come from the emission of direct-gap band. Figure. Forming mechanism of the uniaxial tensile strain in Ge-GeSn layers covering on the 1D structure (rolldown layers on pillar or roll-up layers on linear cavity). Key words: Direct-gap band; Strain in [111] and [110] direction; Ge-Sn layers; Germanium Acknowledgements :This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No , ). References 1 El Kurdi, M. et al. Enhanced photoluminescence of heavily n-doped germanium. Appl. Phys. Lett. 2009,94, Sun, X., Liu, J., Kimerling, L. C. & Michel, J. Direct gap photoluminescence of n-type tensilestrained Ge-on-Si. Appl. Phys. Lett. 95, (2009). 3 El Kurdi, M. et al. Control of direct band gap emission of bulk germanium by mechanical tensile strain, Appl. Phys. Lett. 96, (2010).

103 无氨法制备 InN 纳米线的研究姬宇航 沈震 王如志北京工业大学材料科学与工程学院薄膜实验室, 北京 专题代号 :H112 摘要 : 随着发光二极管 (LEDs) 激光二极管(LDs) 高频晶体管等半导体器件的迅速发展,InN 已经被证实是一种非常重要的 Ⅲ 族氮化物半导体材料 InN 的带隙为 0.7eV, 具有立方 (c-inn) 和六方 (h-inn) 结构 本文采用自己搭建的等离子体增强化学气相沉积 (PECVD) 系统, 分别以金属 In 和 N 2 作为 In 源和 N 源,H 2 作为运载气体, 并用物理蒸镀的 Au 膜作为催化剂, 对 InN 纳米线的生长进行了研究 我们将常用的 NH 3 替换为 N 2, 利用射频源将其分离为 N 等离子体, 有效地解决了原料中含有有害气体的问题 通过工艺参数调控, 我们在温度为 525 下制备出立方形的纳米柱, 根据 X 射线衍射 (XRD) 图谱分析可能为 c-inn, 另含有一些 AuIn 2 合金杂质 进一步地, 我们对其进行了光致发光性能 (PL) 的测试, 结果显示其在 1.85eV 处有一个明显的波包峰, 与 Tansley 和 Foley 用光学吸收技术测得 InN 的 1.86eV 相一致 1 InN 的 PL 测试很少在文献中被报道, 其可能的原因是 InN 本身较难制备, 其分解温度较低的特性使制备出的 InN 样品包含很高的缺陷密度和杂质, 致使 PL 测试不能直接反映 InN 的禁带宽度 2 本文为 InN 纳米线的低成本 无污染制备提供了一种可行的方法 关键词 : 氮化铟 (InN) 纳米线, 化学气相沉积 (CVD), 光致发光 (PL) 资助项目 : 国家自然科学基金 ( 批准号 : , ) 北京工业大学京华人才支持计划 ( 批准号 : 2014-JH-L07) 与北京工业大学日新人才支持计划 参考文献 1 T. L. Tansley and C. P. Foley, Electron mobility in indium nitride. Electronics Letters, 1984, 20(25), C. H. Liang, et al., Selective-area growth of indium nitride nanowires on gold-patterned Si(100) substrates. Applied Physics Letters, 2002, 81(1), 22.

104 专题代号 :H113 Fabrication of High Performance 2.5-Terahertz Quantum Cascade Laser Jiang Tao 1, Wang Xuemin 1, Shen Changle 1, Zhan Zhiqiang 1, Ning Yang 2, Weidong Chu 2, Wang Xinming 1, Li Weihua 1, Deng Qinghua 1, Wu Weidong 1 and Suqing Duan 2 ( 1 Research Center of Laser Fusion, China Academy of Engineering Physics, Mianyang, , Sichuan, P. R. China; 2 Institute of Applied Physics and Computational Mathematics, Beijing, , P. R. China) [email protected] Abstract: High performance quantum cascade lasers (QCL) are attractive as solid state terahertz (THz) sources with the advantages of having a compact footprint, narrow line width and reasonable optical power. QCL with emission frequency at atmospheric absorption window 2.5-THz is particular interesting for application such as compact radar ranging systems. In this work, based on bound-to-continuum intersubband transition, the 2.5-THz QCL with a continuous-wave (CW) output is obtained by molecular beam epitaxy system. The typical optical output and the voltage versus current characteristics are shown in figure 1. As shown in figure 1, the threshold current density is 65 A/cm 2 at about 15 K, with increasing the current, the CW optical power increase to 16mW at 850mA. The emission spectra is measured with a Fourier transform infrared spectrometer (FTIR) and the emission frequency is determined to be 2.45 THz at 15K for the current 800mA, which could change from 2.44 to 2.47 THz by tuning the bias current. Other properties are also discussed and by using one convex Si lens a Gauss intensity distribution of the beam is obtained. Fig.1. Plot showing CW optical power and voltage versus current characteristics of the QCL used in this work at 15K. The inset is the representative terahertz emission spectrum for a current of 800mA. Key words: terahertz; continuous-wave; inter sub-band; gauss distribution

105 专题代号 :H114 低温 P-GaN 插入层对 GaN 基蓝光 LED 光学特性的影响李建飞 冀子武山东大学微电子学院, 济南 摘要 : 近年,GaN 基 LED 因具有寿命长 无辐射与低功耗等优良特性, 在显示 背光源和白光照明等 方面具有广阔的应用前景 1 但 GaN 基 LED 的发光效率比较低, 特别是在高驱动电流下存在效率下降 (Efficiency Droop) 的现象, 这成为发展高效率 大功率照明技术的枢纽瓶颈 因此, 如何抑制高驱动电 流下的 Efficiency Droop 已成为科学家们研究的一个重点 本研究所用的 InGaN/GaN 多量子阱结构是通过金属有机化学气相沉积 (MOCVD) 方法在蓝宝石 (Al 2O 3) 衬底的 (0001) 面上生长而成的, 并且通过电致发光 (electroluminescence, EL) 的测试手段进行表征 共 生长了两块样品 : 无低温 P-GaN 插入层 ( 位于量子阱和 AlGaN 电子阻挡层之间 ) 的样品 A, 有低温 P- GaN 插入层的样品 B 图 1(a) 和 (b) 分别显示了 300 K 下两样品的 EL 光谱和相对外量子效率对注入电流 的依赖性 结果显示, 相对于样品 A, 样品 B 的峰位红移了 28 mev, 积分强度增大了 0.59 倍, 同时 Efficiency Droop 也得到了明显的改善 本研究对上述样品光学行为的物理机制进行了探讨 图 K 下, 两样品的 EL 光谱 (a) 和相对外量子效率对注入电流的依赖性 (b) 关键词 :InGaN/GaN 多量子阱, 低温 p-gan 插入层, 电致发光, 效率下降 (Efficiency Droop) 资助项目 : 国家自然科学基金重大研究计划项目 ( ), 晶体材料国家重点实验室项目 (JG1401) 参考文献 1 Wang et al, Influence of injection current and temperature on electroluminescence in InGaN/GaN multiple quantum wells, Physica E 2014, 59, 56

106 PECVD 制备 BN 纳米薄膜及其场发射增强研究李亚楠 王如志 苏超华 沈震北京工业大学材料科学与工程学院, 北京 专题代号 :H115 摘要 : 采用等离子体增强化学气相沉积 (PECVD) 方法在 Si 基底上制备 BN 纳米薄膜, 研究了不同生 长参数对 BN 纳米薄膜形貌及性能的影响 并对 BN 纳米薄膜退火前后进行了红外 拉曼及 HRTEM 微 结构表征及场发射性能测试分析 结果表明 :BN 纳米薄膜主要为非晶态, 在非晶薄膜中含有混合相微 晶, 其场发射性能与磁控溅射制备的 BN 薄膜相比开启电场变小, 电流密度变大 1 退火处理后,BN 纳 米薄膜中相结构变化 退火后薄膜开启电场与退火前一致, 但最大电流密度减小了 2 个数量级 结合 F- N 方程对 BN 纳米薄膜形貌结构与电学特性的分析, 退火后载流子浓度少于退火前, 可能由于晶粒长大 导致电子输运通道减少, 从而导致最大场电流密度减小 本工作为深入探索可应用于发射冷阴极及其光 电探测器件中大面积 高质量的 BN 纳米薄膜生长提供了参考 图 1 BN 纳米薄膜 SEM 图 (a) 退火前,(b) 退火后 J(mA/cm 2 ) Before annealing After annealing E(V/ m) J( A/cm 2 ) E(V/ m) 图 2 BN 纳米薄膜场发射 J-E 曲线 关键字 :BN, 纳米薄膜,PECVD, 场发射 资助项目 : 国家自然科学基金 ( 批准号 : , ) 北京工业大学京华人才支持计划 ( 批准号 : 2014-JH-L07) 与北京工业大学日新人才支持计划 参考文献 1 Wang R Z, et al.effects of phase formation on electron field emission from BN films [J]. Journal of Crystal Growth, 2006,291(1):18-21.

107 专题代号 :H116 碱溶液对硅纳米孔柱阵列的腐蚀李营郑州大学物理工程学院, 材料物理教育部重点实验室, 郑州 摘要 : 通过水热腐蚀技术制备硅纳米孔柱阵列 (Si-NPA), 其表面形成微米尺寸的多孔硅柱规则阵列 因其表面活性和统一的形貌, 可以以 Si-NPA 为基底, 在其上复合其它不同的纳米材料, 从而制备出一 些具有优良性能的新材料 但是沉积溶液不总是中性的, 当沉积环境为碱性时, 要探究碱性环境对 Si- NPA 的影响, 实现对基底的掌控 无机碱性溶液对硅的腐蚀为各向异性腐蚀, 在不同的晶向上有不同的 反应速率 本文以氢氧化钠溶液为腐蚀液, 制备浓度 mol/L 0.001mol/L 0.005mol/L 和 0.01mol/L 的氢氧化钠溶液对基底进行腐蚀, 用 PH 计测试这一系列浓度的 PH 值, 分别为 和 12.35, 在腐蚀 30s 时, 用去离子水浸泡 晾干, 对其形貌进行分析, 由实验可得, 在相同的腐蚀时间 下, 腐蚀液的浓度越大, 硅柱腐蚀程度越深, 硅柱呈现圆台状, 表面孔径增大 ; 如果继续增大浓度, 硅 柱和过渡多孔层完全消融, 呈现未完全成型的 金字塔 结构 为了了解将硅柱腐蚀完后基底的形貌, 制备 0.1mol/L 的氢氧化钠溶液, 对其浸泡 30s, 可得腐蚀之后基底仍然有光致发光特性, 表面出现了未 完全成型的绒面结构 ; 对其光致发光谱进行分析, 发现随着 PH 值的增大, 在同一激发波长下, 峰位先 出现红移现象, 随着腐蚀程度加大, 晶粒尺寸减小, 出现蓝移现象 图 1 Si-NPA 样品在放大倍数为 5000 的 SEM 图像 ( 倾斜 45 ): 初始图和在 0.01mol/L 的氢氧化钠溶液中浸泡 30s 后的 SEM 图像 关键词 : 硅纳米孔柱阵列 (Si-NPA), 各向异性腐蚀, 光致发光分析, 形貌分析 资助项目 : 国家自然科学基金 ( , ) 参考文献 1 许海军, 富笑男, 李新建等, 硅纳米孔柱阵列的结构和光学特性研究, 物理学报,2005,54:

108 专题代号 :H117 蓝 绿光双波长 InGaN/GaN 多量子阱光致发光的特性研究李长富 冀子武山东大学微电子学院, 济南 摘要 : 通过调节 In 组分, 可使 InGaN 合金的的发光波长覆盖紫外至红外的整个光谱范围, 是制作高亮 度发光二极管 (LED) 和连续激光二极管 (LD) 的重要半导体材料 1 然而,In 组分的变化会使 InGaN 层出现势起伏并对样品的生长质量产生影响 为了研究 In 组分影响 InGaN 发光特性的内部物理机制, 本研究通过金属有机化学气相沉积 (MOCVD) 方法在蓝宝石 (Al 2O 3) 衬底的 (0001) 面上生长了双 In 组分的 InGaN/GaN 多量子阱结构, 其中有源区包括 3 个蓝光量子阱和 9 个绿光量子阱 光致发光 (photoluminescence,pl) 的测试结果显示, 在 PL 谱中观察到两个发光峰 ( 分别对应于样品中的绿阱 和蓝阱的发光 ): 绿光峰 (Green Peak) 和蓝光峰 (Blue Peak), 其峰位分别为 2.3 ev 和 2.6 ev 样品的 绿光峰峰位 (E G) 半高宽 (W G) 和蓝光峰峰位 (E B) 半高宽 (W B) 随激发功率的变化规律如图 1 所 示 : 在 6 K 低激发功率范围内随着激发功率的增加, 绿峰和蓝峰的峰位都发生红移且绿峰红移量大, 同 时半高宽明显减小 在 300 K 低激发功率范围内随着激发功率的增加, 绿峰和蓝峰的峰位都先发生蓝移 再红移且绿峰蓝移量大, 同时半高宽明显减小 对于上述峰位 半高宽的变化行为, 我们进行了研究和 探讨 图 1 下峰宽对激依赖 K 位 半高发功率的性 : 绿峰 (a) 和蓝峰 (b) 关键长,InGaN/GaN 多量子阱, 光致发光 词 : 双波 资助项目 : 国家自然科学基金重大研究计划项目 ( ), 晶体材料国家重点实验室项目 (JG1401) 参考文献 1 S. Nakamura et al, InGaN-Based Multi-Quantum-Well-Structure Laser Diodes.Jpn. J. Appl. Phys. 1996,35, 74.

109 专题代号 :H118 Improve photovoltaic performance of CdS/CdSe/ZnS/ quantum dot sensitized ZnO nanorod array solar cell X. N. Liu,N. Zhang,X. H. Song (College of Physics and Materials Science,Henan Normal University, Xinxiang ,China) Abstract: QDSSCs have similar structures to dye-sensitized solar cells(dsscs). As a new kind of photoelectrode materials for photovoltaic devices, the well aligned one-dimensional ZnO nanostructures,such as nanorods(nrs) and nanowires(nws), have been demonstrated great applications in dye-sensitized solar cells(dsscs). They could provide a higher interfacial area and faster electrical pathway for the transport of electrons to increase the photo-electric conversion efficiency.however, they are facing the major limitation of poor visible light absorption.in order to improve their visible light absorption,different kinds of QDs,such as CdSe,CdS,PbS,ZnS and CdTe, began to play their role in the QDSSCs. Single crystalline Zinc Oxide (ZnO) nanorod array has been used for the fabrication of CdS/CdSe/ZnS/ZnO quantum dot co-sensitized solar cell (QDSSC). The length of ZnO nanorods was readily tuned by controlling the time of growth in the reaction solution, and ZnO nanorods with different growth time, which were the hexagonal wurtzite crystal structure, were characterized by X-ray diffraction(xrd) and scanning electron microscopy (SEM), respectively. CdS,ZnS were sensitized on the ZnO nanorods by successive ionic layer adsorption and reaction (SILAR), and CdSe was sensitized by chemical bath deposition(cbd) techniques. The QDSSC based on ZnO nanorod with a 5.5mm length,which was co-sensitized CdS/CdSe/ZnS, was regarded as photoanode,and the maximum solar conversion efficiency reached in this work was 2.11% and was obtained by using Pt as counter electrodes (CEs). (a) QDSSC 的结构图 (b) J-V curves of the CdS/CdSe/ZnS/ZnO NWs Keywords: ZnO nanorods,co-sensitization,solar cell Supported:National Natural Science Foundation of China (GrantNo ) References [1] J.Xu, J. Xiao, J.Dong, Y. Luo,Li, D.; Q. Meng, Electrochim. Acta, 2014, 127, [2] Ren Z, Wang J, Pan Z, et al. Chemistry of Materials, 2015,27,

110 Na 离子注入及退火对 ZnO 材料的影响龙雪豪 时凯居 冀子武山东大学微电子学院, 济南 专题代号 :H119 摘要 :ZnO 是一种宽禁带直接带隙半导体, 由于其较高的激子束缚能 (60 mev), 在光电领域有广泛的 应用前景 1 但 ZnO 材料存在的天然 n 型电导以及自补偿效应等特点, 使得制备稳定 p-zno 具有一定 难度 2 近年来, 通过离子注入对 ZnO 进行 Na 掺杂以制备稳定 p-zno 成为研究热点 本研究采用化学气相沉积 (CVD) 方法在 Si 衬底 (100) 面上制备 ZnO 纳米线, 对其进行离子注入, 并在 不同温度下进行退火, 通过光致发光 (photoluminescence, PL) 的测试手段予以表征 我们研究的样品包括 : 原位 ZnO 样品 Ne 离子注入 ZnO 样品 Na 离子注入 ZnO 样品 不同退火温度 ( 和 900 ) 下的 Na 离子注入 ZnO 样品 图 1(a) 显示了 Na 掺杂对 ZnO 发光产生了显著影响, 相对于 Ne 掺杂和原 位 ZnO 样品,Na 离子注入样品在 3.6 ev 处发现新的发光峰 图 1(b) 显示了退火处理可以对 ZnO 中的 辐射缺陷进行有效修复 本研究探讨了离子注入及退火温度对 ZnO 掺杂的影响机制 图 1 6 K 下,(a) 原位 Ne 离子及 Na 离子注入 ZnO 样品的 PL 谱 (b) 不同退火温度的 Na 离子注入 ZnO 样品的 PL 谱 关键词 :p-zno, 离子注入, 光致发光 资助项目 : 国家自然科学基金重大研究计划项目 ( ), 晶体材料国家重点实验室项目 (JG1401) 参考文献 1 Yu, et al. Room-Temperature Gain Spectra and Lasing in Microcrystalline ZnO Thin Films. J. JCryst Growth, 1998, 184, Janotti, et al. Native Point Defects in ZnO. J. Physical Review B, 2007, 76(16),

111 Ga-N 共掺 n-zno 纳米线合成娄猛 张明光 张翔晖 顾豪爽湖北大学物理与电子科学学院, 微纳传感材料与器件课题组, 湖北省铁电压电材料与器件重点实验室, 武汉 专题代号 :H120 摘要 : 氧化锌 (ZnO) 和 GaN 同属于六方纤锌矿结构, 而且 ZnO 室温下的激子束缚能为 60 mev, 制备 方法多样化, 分布广泛, 有望取代 GaN 成为新一代光电器件原料 本征 ZnO 为 n 型半导体, 光致发光 (photoluminescence, PL) 包括两个波段 : 紫外光 (~380 nm) 和绿光 (500 nm 左右 ), 紫外光发射来源 于近带边 (near-band edge,nbe) 复合发光, 绿光发射来源于缺陷态 ( 包括氧空位,V O 和锌间隙 Zn i) 复 合发 通过能带调节工程 (band engineering) 可将近带边复合发光红移至蓝光区域 (460 nm 附近 ), 从 而实现蓝光发射 镓掺杂 (Ga-doped) 可明显改变 ZnO 的禁带宽度, 将紫外光红移至蓝光区域 1, 但高 浓度掺杂会引起缺陷增加, 增强缺陷态复合发光 氮掺杂 (N-doped) 能引入受主能级缺陷, 实现 p 型 导电, 但随着时间的推移会转变为 n 型半导体 Ga/Zn,N/O 相近的原子间距, 且在相同晶体结构的基 础上,Ga-N 和 Zn-O 有相近的原子间距 通过理论计算, 引入适量的 N 原子实现 Ga-N 共掺 (Ga-N codoped), 可以实现 Ga/N 掺杂量的互相促进, 有效降低缺陷浓度, 抑制缺陷态发光 通过化学气相沉 积 (Chemical vapor deposition, CVD) 方法, 在蓝宝石衬底生长 Ga-N 共掺 ZnO 纳米线, ZnO 沿 (002) 晶面择优生长性, 可实现单晶纳米线的生长 图 1 纯 ZnO and Ga-N 共掺 ZnO 纳米线 (a)xrd 谱线 (b) 俯视图 SEM 图片 (c) Ga-N 共掺 ZnO XPS 全谱,Ga 2p 和 N 1s 谱线关键词 :ZnO 纳米线,Ga-N codoped 资助项目 : 青年科学基金项目 ( ) 参考文献 1 Zhang X, Li L, Su J, et al. Bandgap engineering of GaxZn1 xo nanowire arrays for wavelength tunable lightemitting diodes[j]. Laser & Photonics Reviews, 2014, 8(3):

112 专题代号 :H121 薄膜太阳能电池表面调制光栅设计及器件性能优化研究马恒, 伍滨和, 徐晓峰, 王春瑞东华大学理学院应用物理系, 上海市松江区人民北路 2999 号, 摘要 : 提高太阳能电池光电转换效率的关键是增加器件对光子的吸收能力 ; 同时, 降低器件材料厚度能 够提高太阳能电池的经济性 表面纳米光栅结构因其极好的陷光能力被认为是兼顾以上要求的重要手 段, 被广泛应用于光伏器件减反层 传统太阳能电池的表面光栅结构以单周期的简单结构为主 近期研 究表明, 复杂调制光栅结构能够更有效提高太阳能电池的性能 我们针对晶体硅太阳能电池设计了三种 不同顶栅和背栅金字塔光栅结构 ; 利用严格耦合波衍射理论方法, 在可见光和近红外光谱范围内计算了 不同周期和宽高比的金字塔型调制光栅结构的光谱响应及其光电流 数值结果与理论分析表明, 调制光 栅结构的陷光能力优于传统光栅 ; 特别是在可见光等短波波段具有接近于理想的陷光能力, 对提高光吸 收和增强光电流具有重要的意义 例如, 通过优化光栅参数, 在光栅等效厚度为 2 微米的情况下, 器件 光吸收曲线和光电流密度已非常接近于 Yablonovitch 极限 以上结果表明, 调制纳米光栅结构是提高薄 膜太阳能电池性能的重要手段 关键词 : 严格耦合波方法 调制结构 纳米光栅 吸收增强 资助项目 : 上海市自然科学基金 ( 项目编号 :16ZR ) 参考文献 1. Tayagaki T, Hoshi Y, Hirai Y, et al. Modulated surface nanostructures for enhanced light trapping and reduced surface reflection of crystalline silicon solar cells[j]. Japanese Journal of Applied Physics, 2016, 55(5): Wang K X, Yu Z, Liu V, et al. Absorption enhancement in ultrathin crystalline silicon solar cells with antireflection and lighttrapping nanocone gratings.[j]. Nano Letters, 2012, 12(3): Zhong S, Huang Z, Lin X, et al. High-Efficiency Nanostructured Silicon Solar Cells on a Large Scale Realized Through the Suppression of Recombination Channels [J]. Advanced Materials, 2015, 27(3):

113 专题代号 :H122 一种应用于 TR-ARPES 的新型极紫外超快光源聂忠辉, P. Miotti, F. Frassetto, 许焕峰, 黎遥, 何亮,E.Turcu, 王枫秋, 阮学忠,L. Poletto, 徐永兵南京大学电子学院, 江苏省南京市仙林大道 163 号, 摘要 : 时间分辨和自旋分辨的角分辨光电能谱系统 (TR-SPIN-ARPES), 能够在飞秒的时间尺度内获得 材料电子的能带结构, 角动量, 电子自旋等物理量的变化, 为我们研究超高速材料和自旋器件提供了一 个有力的工具 因此用于 TR ARPES 的极紫外超快光源在该系统尤为重要 在这套系统中, 高功率的 钛宝石飞秒激光器输出的激光被分成两部分, 一部分用于高次谐波产生系统, 另一部分用于光学参量放 大器 根据高次谐波产生原理, 我们通过紧聚焦方式, 利用高功率的飞秒脉冲激光去轰击惰性气体 (Ar, Ne 等 ), 产生极紫外超短脉冲激光, 然后经过单色仪选取特定波长的极紫外超短脉冲, 作为探测光 通 过 OPM 方式旋转光栅, 波长选择和脉宽不展宽均可实现 因此, 这一基于高次谐波的新型极紫外光源 能够实现光子能量在 10eV-80eV 内的可调, 脉冲宽度 50fs, 重复频率为 1K-10KHz, 单脉冲的光通量为 /pulse, 经过聚焦之后的光斑直径为 100um 另一部分激光通过光学参量放大器能够在可见至中 红外波段实现超短脉冲的连续可调谐, 作为泵浦光 作为泵浦光的可见 - 红外可调谐激光和作为探测光 的极紫外超短脉冲最终合束进入 ARPES 腔体 图 (a) 超快时间分辨和自旋分辨的角分辨光电能谱系统的概念图, 图 (b) 利用高功率激光轰击氩气所获得的高次谐波光谱图, 光子能量达到 40eV, 脉宽 50fs 关键词 :TR-ARPES,XUV,HHG,Monochromator 资助项目 : 国家自然基金国家重大科研仪器研制项目 参考文献 1 Grazioli C. et al. Review of Scientific Instruments, 2014, 85(2): Frassetto F, Cacho C, Froud C A, et al., 2011, 19(20):

114 专题代号 :H123 Si 衬底上分子束外延自催化生长 InAs/InSb 轴向异质结纳米线 潘东 徐赫 李利霞 赵建华中国科学院半导体研究所, 半导体超晶格国家重点实验室, 北京, * 近年来, 异质结纳米材料由于其新颖的结构及独特的光电特性, 引起了广泛而深入的研究 作为异质结 纳米材料的一种, 半导体异质结纳米线由于可以实现组分及结构可调, 且与二维异质结相比可以更有效 地释放应力, 是制备共振隧穿二极管 发光二极管 场效应晶体管及太阳能电池等的理想材料 InAs 和 InSb 是两种重要的 III-V 族半导体, 它们具有窄的禁带宽度 极高的电子迁移率和大的 g 因子等特征 如果将 InAs 和 InSb 体材料这些优异的性质与一维异质结纳米线相结合, 将可以大大拓宽它们的应用范 围 例如, 其可应用于制作高速低功耗纳米线电子器件 纳米线红外光电子器件以及探测 Majorana 费 米子等 目前, 国际上只有少数几个研究组利用金属有机化学气相沉积 化学束外延及分子束外延开展 了 InAs/InSb 轴向异质结纳米线的生长研究 1-4 这些研究的一个共同点是都需要借助 Au 做催化剂来辅 助 InAs/InSb 异质结纳米线的生长, 并且所有的生长都在 III-V 族半导体衬底上进行 相关研究面临两 方面的问题 : 一方面,Au 的引入不可避免会在纳米线中引入深能级杂质, 从而会影响纳米线电子器件 及量子器件的性能 另一方面, 在 III-V 族半导体衬底上外延生长异质结纳米线很难与当代成熟的 CMOS 技术相兼容 当前, 采用非 Au 催化剂或者无催化的方式在 Si 衬底上实现 InAs/InSb 异质结纳米线的生 长是人们追求的目标 最近, 我们利用分子束外延技术用 Ag 做催化剂在 Si 衬底上生长了高质量的 InAs 纳米线 5 在此基础上, 我们利用换源生长工艺, 在 Si 衬底上制备出了高质量的 InAs/InSb 轴向异质结 纳米线 6,7 然而, 到目前为止, 国际上无论是在 Si 还是在 III-V 族半导体衬底上, 均没有利用无催化的 方式制备 InAs/InSb 轴向异质结纳米线的报道 本文中, 我们利用分子束外延技术首次无需引入外来催化剂, 在 Si(111) 衬底上成功实现了 InAs/InSb 轴 向异质结纳米线的生长, 研究了 InAs/InSb 异质结纳米线形貌与 V/III 束流比之间的关系, 并分析了其 生长机制 关键词 : 窄禁带半导体,InAs,InSb, 纳米线, 自催化, 分子束外延, 生长机理 资助项目 : 国家重点基础研究发展计划项目 (2015CB921500) 及国家自然科学基金项目 ( ) 参考文献 1 Caroff et al., High-Quality InAs/InSb Nanowire Heterostructures Grown by Metal-Organic Vapor-Phase Epitaxy, Small 2008, 4, Plissard et al., From InSb Nanowires to Nanocubes: Looking for the Sweet Spot, Nano Lett. 2012, 12, Ercolani et al., InAs/InSb Nanowire Heterostructures Grown by Chemical Beam Epitaxy, Nanotechnology 2009, 20, Thelander et al., Electrical Properties of InAs1-xSbx and InSb Nanowires Grown by Molecular Beam Epitaxy, Appl. Phys. Lett. 2012, 100, Pan et al.,controlled Synthesis of Phase-Pure InAs Nanowires on Si(111) by Diminishing the Diameter to 10 nm, Nano Lett. 2014, 14, Pan et al., High-Quality InAs/InSb Heterostructure Nanowires Grown by Molecular-Beam Epitaxy, unpublised. 7 Pan et al., Free-Standing Two-Dimensional Single-Crystalline InSb Nanosheets, Nano Lett. 2016, 16, 834.

115 专题代号 :H124 PECVD 制备高质量 大电流密度 GaN 纳米线及其场发射性能研究沈震 王如志北京工业大学材料科学与工程学院, 北京 摘要 : 利用自主组装设计的等离子增强化学气相沉积系统 (PECVD), 用 N 2 H 2 替代常用的 NH 3, 在 Si 衬底上制备大面积高质量的 GaN 纳米线, 考察了不同生长参数对纳米线形貌的影响, 并系统研究了 衬底种类和处理条件 不同生长温度 不同气压以及反应气氛中各气体比例等条件下纳米线的形貌变化 为深入探索可应用于冷阴极 光探测等先进器件中大面积 高质量的 GaN 纳米线生长提供了低成本 无污染的选择 特别地, 我们研究发现当反应气压程度增大时, 与之前的实验结果比较 1, 纳米线的直 径变大 长度变短, 纳米线形貌更趋向于针尖形式 对其进行场发射性能测试, 结果显示纳米线的开启 电场从 8 V μm 1 增大到了 17.1 V μm 1,, 与此同时可以获得的最大电流密度提升了两个数量级达到了 4.0 ma/cm 2 结合焦耳热对形貌和表面吸附氧气 2 以及长径比 3 对场发射性能的影响, 能够很好的解释 这种现象 此项工作为应用于大功率冷阴极器件的材料提供了低成本 绿色环保的生长方法 1μm a) J (ma/cm 2 ) ln(j/e 2 ) /E( m/v) b) E (V/ m) 图 1 (a)gan 纳米线 SEM 图,(b) 纳米线场发射 J-E 曲线 ( 内插图为 F-N 曲线 ) 关键词 : 宽禁带半导体 GaN 纳米线,PECVD 场发射 资助项目 : 国家自然科学基金 ( 批准号 : , ) 北京工业大学京华人才支持计划 ( 批准号 : 2014-JH-L07) 与北京工业大学日新人才支持计划 参考文献 1 Zhao J. W. et al, A low cost, green method to synthesize GaN nanowires, Sci Rep 2015, 5(12), Wang Y. Q. et al, Structure and surface effect of field emission from gallium nitride nanowires, Applied Surface Science 2013, 285, Jo S. H. et al, Field emission of zinc oxide nanowires grown on carbon cloth, Applied Physics Letters 2004, 85(8), 1407

116 专题代号 :H125 基于变温拉曼谱的 ZnSe 纳米带的热膨胀系数研究施灵聪王春瑞 * 东华大学理学院上海市松江区人民北路 2999 号 [email protected] 摘要 : 一维纳米材料由于其特殊而优异的性能得到了人们广泛的关注 近年来, 基于一维纳米材料的各 种器件都表现出了卓越的性能, 比如光电探测, 场效应晶体管, 太阳能电池等 当构筑这些器件的时候, 热循环是不可避免的, 因此我们必须充分考虑器件的热稳定性以保障器件的正常工作 热膨胀系数是一 个非常重要的热学参数, 缺乏对热膨胀系数的研究往往会导致内应力的产生, 这将严重的影响到器件的 性能 过多的热应力会导致器件中材料间的位错或者断裂, 甚至直接损坏器件 如果我们能对材料的热 学性质有个充分的了解, 那么通过合理地控制和利用热应力可以实现对器件性能的调控与改善 相反, 缺乏对材料热膨胀行为的了解往往会导致在器件在制备或使用期间过程中的损坏 所有的这些行为都 与另外一个热力学参量有着密切的关系 格林艾森常数, 它决定了一系列的热学性质 1 因此研究材 料的格林艾森常数和热膨胀系数对于构筑器件都有着极其重要的意义 ZnSe, 能带隙为 E g=2.7ev 的重 要的 II-VI 宽带半导体材料, 由于其优越的光电性能和潜在应用, 如电致蓝光二极管, 短波长激光, 场 效晶体管和其他光电器件, 受到了广泛的关注 作为重要的半导体材料, 人们已经对 ZnSe 的很多性质 都做了研究, 如光学性能, 电子结构, 力学性能, 磁学性能等 但是很少有人关注其热学性能, 尤其是 一维的 ZnSe 纳米结构, 几乎没有文章有报道过关于 ZnSe 纳米带的热膨胀系数的研究 实际上, 热学 性能的好坏对器件的性能有着深远影响, 所以研究低维材料的热学性质在基础与实际应用中具有双重 重要意义 由于纳米材料的尺寸的限制, 很难直接对纳米材料的热膨胀系数做直接的测量 在过往的一 些年里, 研究者们提出了一系列模型来计算材料的热膨胀系数, 并在实验上得到了很好验证, 但是几乎 所有的模型都需要引用材料的格林艾森常数 然而我们知道格林艾森常数对于材料的尺寸以及形貌特 征都很敏感 2, 如果盲目地引用格林艾森常数有时会导致实验结果的错误性 本文通过系统地研究了 ZnSe 纳米带的变温振动特性, 基于格林艾森定律, 建立拉曼光谱和格林艾森常数的定量关系式, 从变 温振动中提取格林艾森常数, 结合自建模型, 得出 ZnSe 纳米带的热膨胀系数等重要的热力学性能重要 参数 另外, 我们还将其与体相材料做了比较 ( 如图 ), 结果表明,ZnSe 纳米带的格林艾森常数和热膨 胀系数都要大于体相材料 这是因为纳米带中的更强的非谐效应和更大的表面张力所导致的 3 所有的 这些结果都为日后进一步构筑器件奠定基础

117 关键词 :ZnSe 纳米带, 变温拉曼谱, 振动特性, 热膨胀系数, 格林艾森常数 资助项目 : 国家自然科学基金 ( , ), 东华大学研究生学位论文创新基金项目 ( ) 参考文献 1 Mohiuddin, T.M.G., et al., Uniaxial strain in grapheme by Raman spectroscopy:gpeak splitting, Grüneisen parameters, and sample orientation. Physical Review B, (20). 2 Chernyshev, A.P., The Mie-Grüneisen equation of state for metal nanoparticles. The European Physical Journal B, (3): p Xu, X.J., et al., In situ x-ray diffraction study of the size dependent thermal expansion of silver nanowires. Applied Physics Letters, (18): p

118 专题代号 :H126 形貌调控 Cu 2 ZnSnS 4 纳米结构的振动特性孙林 章莎莎 王春瑞 * 东华大学理学院应用物理系, 上海市松江区人民北路 2999 号 [email protected] 摘要 : 铜锌锡硫 (CZTS) 是有望取代 CdTe,Cu 2In(Ga)S(Se) 2 吸收层的最佳候选材料, 近年来受到国内 外高度研究关注 和 CdTe,Cu 2In(Ga)S(Se) 2 薄膜太阳电池相比,CZTS 基薄膜太阳电池研究进展比较 快, 目前其效率已达 12.6% 但和理论效率 32.2% 相比, 还有很大提升空间 实际效率和理论效率的巨 大差距主要归结为化学配比控制难 多元结构的复杂性 表面缺陷多 带隙调节难 单相的难形成以及 形貌难控制等 利用 Raman 谱研究了 CZTS 基纳米材料的形貌和振动特性的关系 在此基础上, 研究 了 CZTS 纳米颗粒 CZTS 纳米棒和 ZnO/CdS/CZTS 异质结纳米棒阵列的 A 声子模随温度变化的关系 结合晶格的热膨胀和非谐振耦合效应, 表明 A 声子模频率的红移主要是由于声子的非简谐振动引起的 进一步结合声子寿命分析半高宽宽化原因 :1) 在低温下 ( 温度小于 280K) 峰形变宽主要是由于三声子 衰变过程引起的 ;2) 温度高于 280K, 半高宽宽化主要受到三声子和四声子衰变过程的共同作用 CZTS 的 A 声子模随形貌的变化比随尺寸的变化更加敏感, 即通过 CZTS 的形貌变化可以调控其振动特性 关键词 : CZTS, 变温拉曼, 声子寿命, 振动调控 资助项目 : 国家自然科学基金 ( ) ( ) 参考文献 7 Zhang S. S., Wang, C. R., Sun L et al, Fabrication of single crystal/phase Cu2ZnSnS4 nanorods via a two-step spin coating route, Appl. Phys. Express. 2015, 8(3) Liu X, Wang C. R et al, Fabrication of ZnO/CdS/Cu2ZnSnS4 pn hetrostructure nanorod arrays via a solution-based route CrystEngComm 2013, 15, 1139

119 铜掺杂碳化硅的光学性质的第一性原理研究田俊红 蒋刚四川大学原子与分子物理研究所, 成都 专题代号 :H127 摘要 : 利用第一性原理计算方法, 对纯的立方碳化硅和铜掺杂立方碳化硅的几何结构 电子结构和光学 性质进行了对比研究, 计算结果表明掺杂后立方碳化硅的能带结构由原来的间接带隙变为直接带隙, 并 且, 带隙宽度随着铜杂质浓度的增加而增大 通过对吸收谱的研究, 发现在 7.5 至 10 电子伏特的高频 区域, 随着铜杂质浓度的增加, 加速了光生电子和空穴对的重组, 抑制了光催化特性, 从而使得吸收谱 的强度逐渐减弱 并且利用电子带间迁移对吸收峰进行了分析, 给出了合理的解释 另外, 对光致发光 谱的计算, 表明通过掺杂铜, 使得立方碳化硅的光致发光峰的位置向长波长光范围移动, 提高了可见光 和红外光的利用率 掺杂铜后, 光致发光峰的强度有所增强, 从理论上解释了发光强度与带隙宽度和载 流子浓度的关系, 为碳化硅基光电器件尤其是 LED 灯的设计提供了理论参考 1-3 最后, 与钴掺杂立方 碳化硅的光致发光计算结果进行了比较, 铜掺杂后的光致发光峰的强度和波长范围都优于钴掺杂立方 碳化硅 4 关键词 : 半导体, 光致发光, 光学性质 图 1 纯的和不同浓度铜掺杂立方碳化硅的光致发光谱 资助项目 : 国家自然科学基金 ( )( ) 参考文献 [1] A. Chappell, Optoelectronics (McGraw Hill, New York, 1978), p. 12. [2] M. Ikeda, H. Matsunami, T. Tanaka, Phys. Rev. B 22, (1980) [3] M. Ikeda, T. Hayakawa, S. Yamagiwa, H. Matsunami, T. Tanaka, J. Appl. Phys. 50 (1979) [4] P.L. Zhou, S.K. Zheng, L. Ma, J.F. He, Y. Tian, R. Shi, Solid State Commun. 196 (2014) 28.

120 专题代号 :H128 石墨烯器件制备及其性能研究童彤, 王学锋 *, 徐永兵 * 江苏省, 南京市 (210000), 南京大学, 电子科学与工程学院 * [email protected] ; [email protected] 摘要 : 石墨烯是一种 SP2 杂化的二维材料, 是碳元素的同素异形体, 拓展形成蜂窝的形状 它可以一层层的堆栈形成三维的石墨, 平铺成一维的碳纳米管, 包裹成零维的富勒烯 作为一种单层的碳原子材料, 尽管它没有带隙, 但是作为二维材料, 可以通过栅极电压来调控材料的载流子浓度, 从而带来开关的效果 在狄拉克点附近, 它有着特殊的色散关系, 电子有效质量为零 石墨烯被称为零带隙的半导体或半金属, 在室温下就具有相对大的自由程和相干长度 长距离的 π 共轭产生了非凡的热学, 机械, 电学性能, 使石墨烯成为理论研究和实验研究领域的热点 本文以单层石墨烯为主要研究对象, 深入分析器件制备过程中所采用的微加工技术 : 紫外光刻 电子束光刻 EBE 蒸镀 总结分析各个流程中工艺参数对于器件制备的影响, 例如 : 各种光刻胶的性能 曝光时间 显影时间 所选用电极的大小等 提高了器件的成品率, 器件性能也有所提高 并且采用 AFM 和 Raman 光谱对样品表面进行表征, 使用 PPMS 测量器件的输运性质 对自旋电子学器件制备的可行性进行了深入的分析 关键词 : 石墨烯, 微加工, 电子输运 参考文献 1 Allen M J, Tung V C, Kaner R B. Honeycomb carbon: a review of graphene[j]. Chemical reviews, 2009, 110(1): Huang Y, Sutter E, Shi N N, et al. Reliable Exfoliation of Large-Area High-Quality Flakes of Graphene and Other Two- Dimensional Materials[J]. ACS nano, 2015, 9(11): Li H, Wu J, Huang X, et al. A universal, rapid method for clean transfer of nanostructures onto various substrates[j]. ACS nano, 2014, 8(7):

121 光学气化过饱和析出法制备 ZnO 单晶微米管工艺参数研究 * 王强, 闫胤洲, 曾勇, 蒋毅坚北京工业大学激光工程研究院, 北京, [email protected] 专题代号 :H129 摘要 : 采用光学气化过饱和析出法在光学浮区炉中制备出高质量 ZnO 单晶微米管 通过研究不同制备 工艺参数下的显微形貌, 提出了 ZnO 微米棒 / 微米管的生长机理 光学气化过饱和析出及轴向再分解 XRD 和 HRTEM 分析发现, 所制备的 ZnO 微米管为高质量的六方纤锌矿单晶结构, 沿 [0001] 方向生长 随着生长功率的提高,ZnO 微米管的直径逐渐变小, 在 65%(1500W) 的功率下, 可实现尺寸为 ~100 μm( 直径 ) 5 mm( 长度 ) 1 μm( 壁厚 ), 如图 1 所示 所制备的 ZnO 微米管的室温光致发光谱在 392 nm 附近存在稳定的施主受主对 (DAP) 复合发光, 进一步的研究表明在该材料中富含大量与锌空 位有关的受 1 最后, 利用有限元模型, 研究了主要生长参数, 即卤素灯功率 灯丝形状 生长平台形 状对微米管生长质量的影响 研究表明,65%(1500 W) 的生长功率 单层厚灯丝 合适锥度的圆锥生 长平台有利于形成均匀的温度场, 可实现高质量 ZnO 微米管的均一生长, 并能够有效的避免孪生微米 管的形成 本研究为批量制备高质量 ZnO 单晶微米管提供了理论支持与技术基础 图 1 ZnO 微米管的 SEM 照片 关键词 :ZnO 微米管, 光学气化过饱和析出, 光致发光, 参数优化 资助项目 : 国家自然科学基金 ( , ), 中国博士后科学基金 (2014M560863), 北京市科技发展计划项目 (KM ) 参考文献 1 Wang Qiang, Yan Yinzhou, Zeng Yong, Lu Yue, Chen Liang, Jiang Yijian, Free-standing undoped ZnO microtubes with rich and stable shallow acceptors, Sci. Rep. 2016, 6,

122 专题代号 :H130 有机自组装分子单层对 (Ga,Mn)As 磁各向异性的调控研究王晓蕾, 王海龙, 马佳淋, 赵建华中国科学院半导体研究所超晶格国家重点实验室, 北京 对磁性半导体磁各向异性的调控研究是近年来自旋电子学中的热点 在前期的研究基础上 [ 1 ], 我们 将自组装有机分子单层界面效应引入磁性半导体薄膜的自旋电子态问题中, 研究了有机分子与 (Ga,Mn)As 薄膜界面对 (Ga,Mn)As 的居里温度 矫顽力 自旋输运以及霍尔效应等的调制作用 在此, 我 们利用相同的手段, 将不同种类的自组装有机分子附着到 (Ga,Mn)As 表面, 分别提供空穴和电子的注入, 诱 导 (Ga,Mn)As 薄膜内发生较大的载流子浓度变化, 从而改变薄膜的磁各向异性 具体地, 我们通过 PPMS 测 量平面霍尔效应, 证明在 GaAs(-1,1,0) 基片上通过分子束外延方法生长的 (Ga,Mn)As 薄膜, 在 (-1,1,0) 和 (0,0,-1) 取向之间的磁各向异性的大小和方向可以通过有机分子来调制, 其改变量可与电场调控的效果相 比拟 [ 2 ] 这项工作将提供一种新的调控半导体磁各向异性的有效手段, 它不但有助于深入理解半导体薄 膜中磁各向异性的物理机制, 而且在信息存储方面具有潜在的应用价值 图 1. (a) 平面霍尔效应测试的结构示意图 ;(b) 比较原位生长和沉积不同分子的薄膜中, 归一化霍尔电阻随电流与磁场夹角变化的关系 ;(c) 磁化矢量与电流夹角和磁场方向与电流夹角之间的关系及其拟合曲线 ;(d) 霍尔电阻和磁场方向与电流夹角的微分关系 本文得到国家自然科学基金项目资助参考文献 1 X. L. Wang, H. L. Wang, D. Pan, T. Keiper, L. X. Li, X. Z. Yu, J. Lu, E. Lochner, S. von Molnár, P. Xiong, and J. H. Zhao, Adv. Mater. 27, 8043 (2015). 2 D. Chiba, M. Sawicki, Y. Nishitani, Y. Nakatani, F. Matsukura and H. Ohno, Nature 455, 515 (2008).

123 专题代号 :H131 Pb(OH)I 微米线的水热制备及其光电探测性能王阳培华 孙辉 虞游 高秀英 杨定宇 朱兴华 成都信息工程大学光电技术学院, 信息材料及器件化应用四川省高校重点实验室, 成都 摘要 : 羟基卤族结构的碘化铅 (laurionite-type lead halide hydroxide, Pb(OH)X (X = Cl, Br, I)) 由于其独特结 构和光谱特性而备受关注 目前, 关于羟基卤族结构的碘化铅的制备主要通过硝酸铅和碘化钾或者其它 铅盐和碘盐之间的化学反应, 比如共沉淀法, 水热法和微波加热法等, 这将不可避免的引入钾离子等杂 质 在本文中, 我们通过无添加剂水热法成功地制备了六方结构氢氧碘化铅 Pb(OH)I 微米线, 其长度达 到厘米级别, 并且能够在室温环境中稳定存在 通过 SEM 和 EDS 测试样品, 证实样品中存在碘 铅和 氧元素 进一步, 通过单晶衍射测试分析发现 Pb(OH)I 的晶体结构参数为 (Pnma, a 7.793, b 4.195, c ) 特别地, 我们首次通过第一性原理计算给出了 Pb(OH)I 微米 线的能带结构, 声子振动等信息, 并讨论了该材料的光谱特性 此外, 如下图 1(a) 和 (b) 所示, 我们制备 了一种 Pb(OH)I 微米线 X-ray 探测器, 研究发现在入射强度为 45R/min 和偏置电压为 10V 条件下 [1], Pb(OH)I 微米线探测器具有稳定的光电响应特性 以上研究发现,Pb(OH)I 微米线在室温下具有较好的 光学特性, 这使得 Pb(OH)I 微米线有望作为光电器件的候选材料或者前驱体材料 图 1 (a) Pb(OH)I 探测器图片,(b) Pb(OH)I 探测器在 X-Ray 下的光电响应 关键词 :Pb(OH)I 微米线, 光电探测器, 第一性原理计算, 光电响应 资助项目 : 四川省科技计划项目 (2015GZ0194 和 2016FZ0018) 参考文献 1

124 专题代号 :H132 Flexible thermistors: MCNO films with low resistivity and high TCR deposited on flexible organic sheets by RF magnetron sputtering at room temperature Jing Wu, Zhiming Huang, Yanqing Gao, Wei Zhou, Fei Zhang Shanghai Institute of Technical Physics, Chinese Academy of Sciences, 500 Yu Tian Road, Shanghai , People s Republic of China [email protected] Abstract: MCNO flexible thermistors have been fabricated on polyethylene terephthalate or polyimide sheets by RF magnetron sputtering method at room temperature. The whole fabricating processes have been done at room temperature. The temperature coefficient of resistance is -3.1% and resistivity as low as 110Ωcm at 295K. Due to the heat-treat free process, high TCR and moderate resistivity features, the technique we provide here allows a convenient and low cost industrial manufacture of high performance flexible thermistors and wide band infrared detectors. Fig.1. (a) SEM image of the surface of MCNO film. (b) photo of flexible MCNO film thermistor. (c) resistivity vs temperature. (d) TCR vs temperature. Key words: Flexible thermistors, NTC, infrared detector. Foundation: National Natural Science Foundation of China (No , , ) Reference [1] Y. Hou, Z. M. Huang, Y.Q. Gao, Y. J. Ge, J. Wu, and J. H. Chu, Characterization of Mn1.56Co0.96Ni0.48O4 films for infrared detection. Appl. Phys. Lett. 92, (2008). [2] J. Wu, Z.M. Huang, Y. Hou, Y.Q. Gao and J.H. Chu, Variation in hopping conduction across the magnetic transition in spinel Mn1.56Co0.96Ni0.48O4 films. Appl. Phys. Lett. 96, (2010). [3] J. Wu, Z.M. Huang, Y. Hou, Y.Q. Gao and J.H. Chu, Structural, electrical and magnetic properties of Mn2.52-xCoxNi0.48O4 films. J. Appl. Phys. 107, (2010). [4] J. Wu, Z.M. Huang, W. Zhou, C. Ouyang, Y. Hou, Y.Q. Gao, R. Chen and J.H. Chu, Investigation of cation distribution, electrical, magnetic properties and their correlation in Mn2-xCo2xNi1-xO4 films. J. Appl. Phys. 115, (2014). [5] J. Wu, C. Ouyang, W. Zhou, Y.Q. Gao, Y. Hou, Z.M. Huang and J. H. Chu, Optical properties of small polaron in Mn1.56Co0.96Ni0.48O4 films investigated by temperature-dependent transmission spectra. Mater. Res. Express 2, (2015).

125 专题代号 :H133 硅纳米孔柱阵列的可见光催化性能研究肖旭华, 李新建郑州大学物理工程学院, 材料物理教育部重点实验室, 郑州 摘要 : 人们目前主要以 TiO 2 ZnO 等宽带隙金属氧化物半导体作为催化剂来实现有机物降解 但是, 由于宽带隙化合物半导体均需要利用紫外光进行有效激发, 从而严重限制了对太阳光的能量利用率 虽 然有人试图通过氮 氟 硫等元素及过渡金属离子掺杂和表面改性等方法实现有机物的可见光催化降解 [1 2], 但截至目前还没有获得任何一种可靠的材料体系 本文通过水热法制备了一种硅的微米 / 纳米结构 复合体系 --- 硅纳米孔柱阵列 (Si-NPA) Si-NPA 由规则的微米硅柱阵列组成, 硅柱具有纳米多孔结构, 孔壁由 SiO X 包裹的硅纳米晶粒组成 ; 它在从紫外光到近红外光的宽波长范围内具有强的光吸收特性, 平均积分反射率小于 5% 我们以体积 20 ml 浓度 20 mg/l 的甲基橙为目标物, 研究了面积为 mm 2 的 Si-NPA 样品在波长为 nm 可见光辐照下的光降解性能 研究结果表明,Si-NPA 在可见 光照射下具有较高的光催化降解有机物的活性, 在 60 min 内对 20 mg/l 甲基橙的降解率高达 97.7% 我 们的研究结果为实现有机物的可见光催化降解提供了一种新的材料体系选择思路 图 1 Si-NPA 的结构示意图 图 2 Si-NPA 和空白对照组的光催化降解曲线 关键词 : 多孔硅, 硅纳米孔柱阵列, 可见光光催化 资助项目 : 国家自然科学基金 ( , 参考文献 1 GIANNAKAS A E,SERISTATIDOU E. Photocatalytic activity of N-doped and N-F co-doped TiO2 and reduction of chromium(vi) in aqueous solution: An EPR study[j]. Applied Catalysis B-Environmental, 2013, 132: AYATI A,AHMADPOUR A,BAMOHARRAM F F,et al. A review on catalytic applications of Au/TiO2 nanoparticles in the removal of water pollutant[j]. Chemosphere, 2014, 107:

126 有效质量和介电函数随位置的变化对半导体 量子点杂质态的影响肖志婷 闫祖威 * 内蒙古农业大学理学院, 呼和浩特 * [email protected] 专题代号 : H134 摘要 : 在有效质量近似下, 运用变分法研究从理论上探讨量子点中基态能量与该量子点中结构参数之间 的关系, 如量子尺寸 Al 含量 质量和介电函数对杂质态束缚能的影响, 且主要讨论半导体球形量子 点中电子有效质量以及介电函数随位置的变化对杂质态束缚能影响 以氮化物材料为例, 计算了杂质态 基态能量的波函数和能级, 得到与位置相关的质量和介电函数对基态结合能产生的具体影响 数值结果 表明, 当电子有效质量随位置变化时, 基态结合能随着量子点尺寸的增加而逐渐减小 ; 当介电函数随着 位置变化时, 基态结合能随着量子尺寸的增加呈下降的趋势 总之, 质量和介电函数随着位置的变化都 会使基态结合能增加, 并且与位置相关的质量比介电函数对结合能的影响大, 并基于此, 将对砷化镓和 氮化镓材料, 有限深和无限深情况进行比较, 最后数值的理论结果与相关实验测量结果一致, 因此质量 和介电函数随位置变化对结合能的影响是不可忽略的 关键词 : 球形量子点 有效质量, 介电函数, 位置相关, 杂质态 资助项目 : 自然科学基金 ( ), 内蒙古自然科学基金 (2013ZD02), 内蒙古 草原英才 工程 参考文献 : [1] Keshavarz A, Zamani N. Optical properties of spherical quantum dot with position-dependent effective mass[j]. Superlattices & Microstructures, 2013, 58(58): [2] Peter A J, Navaneethakrishnan K. Effects of position-dependent effective mass and dielectric function of a hydrogenic donor in a quantum dot[j]. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 2008, 40(8): [3] C. Bose, C. K. Sarkar. Binding energy of impurity states in spherical GaAs- Ga1-xAlxAs quantum dots, Phys. Stat. Sol. (b), 2000, 218(2),

127 专题代号 :H135 Towards Fast Multicolor Photodetectors based on Graphene Contacted Vertical p-gase/n-inse van der Waals Heterostructure Faguang Yan( 闫法光 ) 1,, Dong Zhang( 张东 ) 1,, Wengang Luo( 骆文刚 ) 1, PingAn Hu( 胡平安 ) 2, Qi Feng( 冯琦 1 Chao Shen( 申超 ) 1, Xia Wei( 魏侠 ) 1, Kai Chang( 常凯 ) 1, Kaiyou Wang( 王开友 ) 1, * 1 State Key Laboratory of Superlattices and Microstructures, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing , China 2 Key Lab of Microsystem and Microstructure, Harbin Institute of Technology, Ministry of Education, Harbin, , China [email protected] 摘要 :Achieving multicolor detection within a single device is highly pursued, where we can realize accurate detections and also reduce the complexity, weight, and cost of structure at the same time. The two-dimensional (2D) layered semiconductors have received extensive concern for photodetection due to the variable bandgap of the 2D layered materials from 0 ev to 6 ev, which are suitable for developing broadband and multicolor photodetectors. Meanwhile, unlike the conventional heterostructures, the atomically sharp 2D heterojunctions can easily be fabricated without limitation of lattice matches between the layered materials. We investigated the electronic and optoelectronic properties of vertical van der Waals heterostructure photodetectors using layered p type GaSe and n type InSe, with graphene as the transparent electrodes. Not only the photocurrent peaks from the layered GaSe and InSe themselves were observed, also the interlayer optical transition peak was observed, which is consistent with the first-principles calculation. The built-in electric field between p-n heterojunction and the advantage of the graphene electrodes can effectively separate the photo-induced electron-hole pairs, and thus lead to the response time down to 160 μs. Making use of the interlayer as well as intralayer optical transitions of the vertical layered p-n heterostructure and graphene electrodes, we could achieve high performance multicolor photodetectors based on two-dimensional layered materials, which will be important for future optoelectronics. 关键词 : GaSe, InSe, p-n junction, van der Waals heterostructure, photodiode. 资助项目 :973 Program (No. 2014CB643903), NSFC Grant (No , , and ).

128 专题代号 :H136 时间分辨和自旋分辨的角分辨光电能谱系统 许焕峰 聂忠辉 黎遥 何亮 Turcu Edmond 徐永兵南京大学电子科学与工程学院, 南京 摘要 : 时间分辨和自旋分辨的角分辨光电子能谱系统是了解材料能带结构, 研究材料物理参量变化过 程的重要工具 在 ARPES 系统中,UVS Helium Lamp 作为光源 (~20eV), 经过半球分析仪的电场作 用下, 不同能量和角动量的电子被分离, 在 CCD camera 中观察到其表面静态的自旋分辨能带结构, 能量分辨 3 mev 同时, 我们利用超短脉冲极紫外光源来实现时间分辨的 ARPES 其原理是利用飞秒 激光器泵浦惰性气体, 产生高次谐波, 通过单色仪选取特定能量的 X 射线, 其光子能量在 ev 内可调, 脉冲宽度 50 fs, 重复频率可达 10k Hz 光学参量放大器作为泵浦光输出 ( 波长从可见到中红 外可调 ), 极紫外超短脉冲光源作为探测光, 整套系统可以用于研究材料自旋能带结构的超快动力学过 程, 为国内首套 左图为超快时间分辨和自旋分辨的角分辨光电能谱的概念图, 右图为已搭建成功的系统 关键词 : 自旋分辨, 时间分辨 资助项目 : State Key Program for Basic Research of China, 2014CB921101,NSFC , 参考文献 1 Frassetto F, Cacho C, Froud C A, et al.. Optics express, 2011, 19(20): S. Mathias, et al. Review of Scientific Instruments 78, (2007);

129 专题代号 :H137 钯量子点修饰三氧化钼 (MoO3) 遇氢气后的光学性能研究游开开 王钊 胡永明湖北大学物理与电子科学学院, 武汉 摘要 : 三氧化钼是一种宽带隙的 n 型半导体材料, 因其具有良好的气致变色和光致变色性能, 在信息显 示 传感器 存储介质和智能窗等领域具有潜在的应用 本论文利用水热法合成三氧化钼, 该方法是 一种以原材料直接混合加以高温高压制备三氧化钼最直接 最简单的技术 该方法制备的一维三氧化 钼 (MoO3) 纳米线具有更高的比表面积, 合成后再添加钯量子点进行修饰 运用 SEM XRD 以及 FTIR 等手段对所制备的钯量子点修饰的一维纳米线进行表征测试, 发现钯量子点修饰的三氧化钼为 MoO3 再把钯量子点修饰的三氧化钼溶液在 50 C 下烘干形成氧化钼纳米线纸, 分别用可见光谱和 傅里叶红外光谱对掺钯量子点的三氧化钼遇氢气后的光学性质进行分析 发现遇氢气后, 三氧化钼纳 米线纸的透射率降低, 尤其是在 440nm 左右, 变化尤为明显 ; 在遇氢气前后, 三氧化钼中 OH 离子集团 的数目发生明显的变化 由此我们得出 : 三氧化钼发生气致变色与 OH 离子基团的数量变化有关 关键词 : 三氧化钼钯量子点气致变色傅里叶红外光谱资助项目 : 国家自然科学基金 ( ) 参考文献 1 Zhao M, Huang J X, Wong M H, et al. Versatile computer controlled system for characterization of gas sensing materials.[j]. Review of Scientific Instruments, 2011, 82(10):

130 高纯同位素硅 Fano 共振声子伴线研究余晨辉 1,2 罗向东 2 张波 1 陆卫 1 沈学础 1 1 上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室, 上海 南通大学江苏省专用集成电路设计重点实验室, 南通 [email protected] 专题代号 :H138 摘要 : 在液氦低温环境下, 利用高灵敏度与高分辨率的傅立叶变换红外光谱技术, 对高纯同位素 p 型硅 样品的 Fano 共振及其声子伴线发生位置进行了实验测量与鉴定 在确定好高纯硅样品光热电离激发的 工作温度区域基础上, 重点测量了来自同位素硅中浅受主杂质硼 (B) 不同系列的能级跃迁信号 Fano 共振在光谱实验曲线上表现为系列规律排列的尖锐峰谷结构, 排列规律与浅受主类氢杂质原子的吸收 光谱谱线相同 通过与浅受主杂质类氢理论对比, 在 Fano 共振结构发生区域, 全部尖锐峰谷结构都得 到了精确标定, 峰谷位置与 O(Г) 声子伴线出现的理论位置高度吻合 来自于 B 受主 p 3/2 系列谱线中 2p, 3p, 4p 等三个激发态的 Fano 共振光谱结构并没有被其它研究工作所报道 此外, 普通 p 型硅样品 的对比实验研究中观察到的能级跃迁谱线 7 等也只有在高精度实验测试条件下才可能被观测, 验证了 实验测量的高灵敏度和高信噪比 p-si-0.0t 2p' 3p' 4p' PTI response (arb. unit.) A Wavenumber (cm -1 ) 图 1 高纯 p 型硅同位素的光热电离光谱 表 1 Fano 共振声子伴线及受主激发谱线 关键词 : 高纯 p 型同位素硅, 光热电离光谱,Fano 共振声子伴线 资助项目 ( 此项必填 ): 国家自然科学基金 ( ) 参考文献 1 M. Steger et al, Shallow Impurity Absorption Spectroscopy in Isotopically Enriched Silicon, Phys. Rev. B 2009, 79, Manuel Cardona et al, Isotope Effects on the Optical Spectra of Semiconductors, Rev. Mod. Phys. 2005, 77, 1173

131 专题代号 :H139 氢氟酸对硅纳米孔柱阵列的腐蚀标定袁亦方郑州大学物理工程学院, 材料物理教育部重点实验室, 郑州 摘要 : 随着传统能源的加速消耗, 开发新材料 新能源成为科学技术发展的一大趋势, 各种新型材料也 如雨后春笋般出现 而在众多新型材料中, 纳米材料扮演着越来越重要的角色 硅纳米孔柱阵列 (Si- NPA) 具有独特的纳米 / 微米三重层次复合结构 [1], 在传感器件的制备中, 以 Si-NPA 作为传感元件的衬 底, 不仅可以提供较大的接触面积, 还可以为气体传输提供通道 但在制备 Si-NPA 在 Si-NPA 上镀层 制备传感元件等过程中会遇到酸性的反应环境, 该酸性环境对 Si-NPA 的影响程度是未知的, 对最后传 感元件性能的影响也是未知的 这时, 了解酸性环境对 Si-NPA 的影响程度便成为实验的关键 本实验 采用了水热腐蚀法在 (111) 取向的单晶硅片上制备出了 Si-NPA 为了探究酸性溶液对 Si-NPA 的影响, 我们选择氢氟酸 (HF) 为腐蚀酸溶液, 制备浓度为 10% 20% 40% 的酸性溶液来腐蚀 Si-NPA 基底, 分别腐蚀 26 分钟 52 分钟 105 分钟和 210 分钟, 控制反应条件, 观察制备样品的生长形貌变化 最 后通过对样品进行荧光光谱测试和拉曼光谱测试, 并对其结果进行分析比较来探究酸性环境对 Si-NPA 的影响程度 本实验最后得出了如下结论 : 随着腐蚀时间变长,Si-NPA 的晶粒尺寸越来越小 ; 随着腐 蚀时间变长,Si-NPA 的荧光光谱发生蓝移 ; 随着腐蚀浓度变长,Si-NPA 的荧光光谱发生红移 图 1: 在四种不同的腐蚀时间下样品对应的拉曼光谱 ( 峰移对比图 ) 关键词 : 硅纳米孔柱阵列 ; 酸性腐蚀 ; 光致发光 ; 拉曼光谱 资助项目 : 国家自然科学基金 ( , ) 参考文献 1 Li X J,Zhu D L,Chen Q W, et al. Strong- and nondegrading- luminescent porous silicon prepared by hydrothermal etching.appl Phys Lett,1999,74:389~391

132 近红外区高透过率 In 2 O 3 /Sn 导电多层膜的研究赵继凤 杨田林山东大学 ( 威海 ) 空间科学与物理学院, 威海, [email protected] 专题代号 :H140 Coutts T.J. [1] 等人为了获得具有良好光学和电学性能的 TCO 薄膜做了大量努力, 发现若是通过增加 载流子浓度来提高电导率则会导致薄膜透过率的降低 Drude 电子模型证明, 只有提高迁移率, 才能在不 降低透过率的同时提高电导率 另外, Parthiban S 等人 [2] 证明减少载流子浓度可以在不降低电导率的情 况下提高透过率 因此, 为了获得具有良好光学和电学性能的 TCO 薄膜, 需要降低薄膜的载流子浓度 提 高迁移率 本文采用射频磁控溅射方法, 利用 In 2O 3 和 Sn 两个靶材交替镀膜, 制备 (AB) n 型多层膜, 其结构如 图 1 所示, 其中 A 为 In 2O 3,B 为 Sn,n=30, 膜层厚度分别为 d A d B, 总厚度为 d,d=150nm 此结构薄膜既有 In 2O 3 在近红外波段高透过率 [3] 的特性, 又具有优良的电学性能 本文通过控制镀膜时间来调节 d A d B 大小, 使 薄膜中 In 2O 3 Sn 含量改变, 研究了 In Sn 元素比例对薄膜结构 形貌 电学及近红外区光学性能的影响 实验结果表明不同 In 含量的 In 2O 3/Sn 多层膜电阻率一直较低, 在 In 含量为 93.3% 时, 迁移率达到最高值 25.6cm 2 V -1 s -1 载流子浓度最低为 Ω cm, 同时, 其近红外区平均透过率有最高值, 达到 87%, 符合 Coutts T.J. Parthiban S 等人 [ 1,2 ] 理论 关键词 : In 2O 3/Sn; 近红外区 ; 高透过率 ; 导电多层膜资助项目 : 山东省科技发展计划 (2014GGX102022) 参考文献 1 Coutts T.J. et al, Characterization of transparent conducting oxides, MRS. Bull. 2000, 25, 58 2 Parthiban S et al, Investigations on high visible to near infrared transparent and high mobility Mo doped In2O3 thin films prepared by spray pyrolysis technique, Solar Energy Materials & Solar Cells 2010, 94(3), Wang L et al, Near-infrared transparent electrodes for precision Teng Man electro-optic measurements: In2O3 thin-film electrodes with tunable near-infrared transparency, Applied Physics Letters, 2005, 87(16),

133 不同氧分压制备 ITZO 薄膜的椭圆偏振光谱研究郑小燕杨田林山东大学空间科学与物理学院, 威海, 专题代号 :H141 室温下, 利用射频磁控溅射技术在 p 型 <100> 硅衬底和玻璃衬底上, 不同氧分压下制备了厚度约为 200nm 的铟锡锌氧化物 (ITZO) 薄膜, 利用椭圆偏振光谱技术 [ 1 ] 表征了 ITZO 薄膜的光学特性, 通过霍尔 测试表征了 ITZO 薄膜的电学特性 ( 如图 1 示 ), 通过对比研究了溅射过程中氧分压的不同对 ITZO 薄 膜结构和光电性能的影响 样品结构模型采用衬底 - 薄膜层 - 表面粗糙层的多层结构模型, 色散模型的选 择 : 上层涂层采用 EMA 模型, 底层膜层则采用 Drude+ Lorentz Oscillator 模型, 等离子体频率 ω P 和碰撞 频率 v 的初值是通过基本公式计算 Hall 测量值得到 最终得到 ITZO 薄膜的厚度 折射率 n 和消光系 数 k 的色散曲线 ( 如图 2 示 ) 电阻率 迁移率 载流子浓度等参数 结果表明, 电阻率随着氧分压的增 大呈现先大幅增大后小幅减小的趋势 ; 随着氧分压的增大, 样品光学带隙先减小后增大, 这一结论与 Burstein-Moss 理论 [ 2 ] 相对应, 也与霍尔效应测试结果也相对应 图 1 不同氧分压下 ITZO 膜层的霍尔测量值 图 2 氧气流量分别为 1sccm 和 4sccm 时 ITZO 薄膜的光学常数曲线 关键词 :ITZO 薄膜, 椭圆偏振光谱技术, 光学常数 资助项目 : 山东省科技发展计划 (2014GGX102022) 参考文献 1 张荣君, 姚明远, 郑玉祥, 陈良尧. 反射式 RAP 型椭圆偏振光谱仪及其应用 [J]. 实验室研究与探索, 2010,v.29; No.16803: Burstein E. Anomalous Optical Absorption Limit in InSb [J]. Physical Review. 1954, 93:

134 专题代号 :H142 Substrate s effect to two dimensional organic topological materials Pan Zhou Lizhong Sun Hunan Provincial Key laboratory of Thin Film Materials and Devices, School of Material Sciences and Engineering, Xiangtan University, Xiangtan , China [email protected] The concept of topological order in condensed matter physics provides a new perspective for understanding the origin of different quantum phases and has generated intense recent interest in searching for nontrivial topological materials, namely topological insulators (TI) or quantum anomalous Hall insulator(qahi). Recently, several two dimensional(2d) organic framework, such as Ni 3C 12S 12 [1], have been proposed to be 2D topological materials. In this study, we mainly study the common metal organic frame(mof) substrate s effect to single layer MOF s electronic structure. Our research can pave the way to watch topological phenomenon in these proposed MOF. 关键词 :topological insulator, d-d inversion 资助项目 : 国家自然科学基金 ( ) [1] Z. F. Wang, Ninghai Su, and Feng Liu,Nano Lett. 2013, 13,

135 空穴掺杂对 Bi 2 Sr 2 Co 2 O Y 陶瓷热电性能的影响朱峥, 李新建郑州大学物理工程学院, 材料物理教育部重点实验室, 郑州 [email protected] 专题代号 :H143 摘要 : 热电材料是一种可利用固体内部载流子的运动来实现热能和电能直接相互转换的半导体材料 热电转换主要是通过 p 与 n 型热电材料连接形成的热电单元来完成热能与电能的相互转换, 热点单元与目前热电厂或核电厂中进行的热与电之间的转换相比, 具有设备结构较较小 性能稳定 设备运行时无噪声 单元间无磨损 无有害物质泄漏 移动灵活等优点, 热电材料给我们提供了一种对环境友好的获取电能的方式, 因而一直以来其被认为是一种有潜力的新能源的材料, 尤其是其在温差发电和热电制冷方向 热电材料性能的好坏通常是用无量纲品质因子 (ZT) 来表示, 而 ZT 值的大小是根据材料的电阻率, 塞贝壳系数, 热导率来确定的, 通常具有较高的 Seebeck 系数和较低的热导率和电阻率是具有较高 ZT 的一个前提 试验研究分析了钴基氧化物的元素掺杂对 Bi 2Sr 2Co 2O y 热电性能的影响和不同烧结温度对 Bi 2Sr 2Co 2O y 材料的结晶度的影响, 实验发现固相反应法中预烧采用 860 保温 20h, 二次煅烧采用变温烧结获的材料 XRD 图像表明其结晶度达到最佳 ;Na 元素替代 Sr 位的元素掺杂可以降低 Bi 2Sr 2Co 2O y 的电阻率,Na 的掺杂会提高 Bi 2Sr 2Co 2O y 的塞贝壳系数,Na 的掺杂样品在 970k 时 ZT 值远高于为掺杂的样品, 由 提高到 0.3 Electrical Resistivity (10-6 m) Na=0 Na=0.1 Na=0.2 Na=0.3 Na=0.4 Seebeck coefficient ( V/K) Na=0 Na=0.1 Na=0.2 Na=0.3 Na= Temperature( o c) 图 1 样品的电阻率图 Temperature( o c) 图 2 样品的塞贝壳系数 关键词 : 热电材料, 元素掺杂, 热电性能 资助项目 : 国家自然科学基金 ( , ) 参考文献 1 A. Sotelo, S. Rasekh, G. Constantinescu, M.A. Torres, M.A. Madre, J.C. Diez, Improvement of textured Bi1.6Pb0.4Sr2Co1.8Ox thermoelectric performances by metallic Ag additions, Ceram. Int. 2013, 39(2):

136 专题代号 :H144 界面层改善硅量子点发光二极管空穴注入研究 * 顾伟, 刘翔凯, 赵双易, 皮孝东, 杨德仁 浙江大学材料科学与工程学院, 硅材料国家重点实验室, 杭州, * [email protected] 摘要 : 近年来, 利用溶液法制备量子点发光二极管已经在光电子领域显示了巨大潜力 但是在量子点的 选择上, 目前经常使用的 II-VI 和 IV-VI 族量子点由于其本身含有有毒性元素, 使其大规模应用受到了 一定限制 硅量子点由于硅元素的高储量和无毒等优点, 有望成为制备量子点发光二极管的重要材料 有研究表明, 硅量子点可以在 nm 范围内实现有效的发光 [1] 近年来, 基于硅量子点的发光二 极管也已成为研究热点 [2-4] 本文中, 我们采用十二烯改性的硅量子点作为发光层,Poly-TPD 作为空穴 传输层,ZnO 纳米晶作为电子传输层, 制备出了基于硅量子点的红光电致发光器件, 器件发光中心波长 在 740 nm 左右 此外, 我们通过在阳极 ITO 与空穴注入层 PEDOT:PSS 之间分别沉积不同厚度的 HAT- CN 和 MoO 3 界面层, 研究了这两种界面层对器件空穴注入的影响 结果表明,HAT-CN 和 MoO 3 界面 层均可以不同程度地降低空穴注入势垒 当插入 3 nm 的 MoO 3 界面层时, 可以获得最佳的器件性能, 外量子效率由最初的 0.86% 提高到 2.38%, 同时获得了较低的开启电压 (6.1 V) 和较高的光功率密度 (19 w/cm 2 ) 图 1. (a) 器件结构示意图,(b) 能带结构示意图 关键词 : 硅量子点, 发光二极管, 界面层, 空穴注入 [1] Liu et al., Optimum Quantum Yield of the Light Emission from 2 to10 nm Hydrosilylated Silicon Quantum Dots, Particle and Particle Systems Characterization 2016, 33, [2] Cheng et al., High-Efficiency Silicon Nanocrystal Light-Emitting Devices, Nano Letters 2011, 11, [3] Maier-Flaig et al., Multicolor Silicon Light-Emitting Diodes (SiLEDs), Nano letters 2013, 13, [4] Yao et al., Efficient silicon quantum dots light emitting diodes with an inverted device structure, Journal of Materials Chemistry C 2016, 4,

137 专题代号 :H145 具有局域表面等离子体激元效应的硼掺杂的硅量子点 * 倪朕伊 周述 皮孝东 杨德仁 浙江大学硅材料国家重点实验室和材料科学与工程学院, 浙江杭州, [email protected] 摘要 : 近年来, 对于硅量子点局域表面等离子体激元 (LSPR) 效应的研究有力地推动了等离子体激元 学和电子学集成的发展 1-3 硼 磷掺杂是实现硅量子点 LSPR 效应的有效手段, 其 LSPR 能量可以 通过掺杂浓度进行调控 3 研究表明, 硼掺杂的硅量子点比磷掺杂的硅量子点具有更好的 LSPR 应用 前景 一方面, 硼原子更容易进入硅量子点内部, 具有更高的载流子激活效率, 使硅量子点的 LSPR 能 量具有更大的可调性 3 另一方面, 硼掺杂的硅量子点具有更好的抗氧化性 4 和分散性 5, 更 适合器件应用 对于硼掺杂的硅量子点的研究表明, 随着硅量子点尺寸的减小,LSPR 能量逐渐蓝移 ; 当硅量子点尺寸非常小时, 较强的表面载流子散射使其不具有 LSPR 效应 6 同时, 随着掺硼浓度的 增大, 硅量子点的费米能级逐渐下降 导带低向禁带中移动 当掺杂浓度达到 ~ cm -3 时, 费米能 级开始进入价带 由于导带进入禁带的速度大于费米能级进入价带的速度, 因此随着掺硼浓度的增大硅 量子点的直接带隙和间接带隙都逐渐减小 图 1 (a) 硼掺杂的硅量子点的 FTIR 图谱 (b) 硼掺杂的硅量子点的能级结构示意图 关键词 : 硅量子点, 掺杂, 局域表面等离子体激元, 尺寸效应, 禁带宽度 1 X. D. Pi and C. Delerue, Physical Review Letters 111, (2013). 2 D. J. Rowe, J. S. Jeong, K. A. Mkhoyan, U. R. Kortshagen, Nano Letters 13, (2013). 3 S. Zhou, X. D. Pi, Z. Y. Ni, Y. Ding, Y. Y. Jiang, C. H. Jin, C. Delerue, D. Yang and T. Nozaki, ACS Nano 9, (2015). 4 S. Zhou, X. D. Pi, Z. Y. Ni, Q. B. Luan, Y. Y. Jiang, C. H. Jin, T. Nozaki and D. Yang, Particle and Particle Systems Characterization 32, (2015). 5 S. Zhou, Z. Y. Ni, Y. Ding, M. Sugaya, X. D. Pi and T. Nozaki, ACS Photonics 3, (2016). 6 Z. Y. Ni, X. D. Pi, S. Zhou, T. Nozaki, B. Grandidier and D. Yang, Advanced Optical Materials, 4, (2016).

138 专题代号 :H146 Highly Sensitive Room Temperature Graphene-based Sub-terahertz Photoconductor via Electromagnetic Gating Effect Lin Wang a,b*, Xiaoshuang Chen a,b*, Changlong Liu a,b, Weiwei Tang a,b, Wei Lu a,b a National Laboratory for Infrared Physics, Shanghai Institute of Technical Physics, Chinese Academy of Sciences, 500 Yu Tian Road, Shanghai, Shanghai , China b Synergetic Innovation Center of Quantum Information & Quantum Physics, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui , China * corresponding author: [email protected] Abstract:Generating electron-hole pair through photon absorption is routinely the photodetection process promoting widespread applications ranging from security to human life. Recently, exploiting terahertz (THz) photodetection technique receives unprecedented attention due to its great promising for noninvasive imaging, communication, etc 1,2. However, it is still lacking of efficient way for sensitive room-temperature detection due to the low photon energy. Gapless graphene is highly sought-after as a potential candidate for active material in photodetection across whole spectrum. Even though considerable amount of THz photons can be absorbed by graphene, the efficient photo-to-electric conversions are not well-developed. Among them, photodetection dominated by the plasma wave nonlinear-rectifying and photothermoelectric effects by exploiting specific device structure, chemical doping or dissimilar contacts are proposed 3-5. Beyond the conventional interband mechanism, we report biased photoconductive detector but otherwise homogeneous graphene-channel with sensitivity exceeding 400V/W ( V/W) at room temperature and noise-equivalent power less than (0.5 nw/hz 0.5 ), reference to the incident (absorbed) power. The performance is competitive with optimal coupled roomtemperature terahertz detector and attributed to the fast carrier recombination driven by thermoelectric origin and high current gain, rather than the bolometric origin 6,7. Our analysis appealingly opens the perspective to properly engineering preferred photodetection mechanism for addressing the targeted THz application requirements. References [1] Tonouchi, M. Cutting-edge terahertz technology, Nature Photonics, 1, (2007). [2] Horiuchi, N. Strength in diversity-view from IRMMW-THz, Nature Photonics, 9, (2015). [3] Cai, X.; Sushkov, A. B.; Suess, R. J.; Jadidi, M. M.; Jenkin, G. S.; Nyakiti, L. O.; Myers-Ward, R. L.; Li, S.; Yan, J.; Gaskill, D. K.; Murphy, T. E.; Drew, H. D.; Fuhrer, M. S. Sensitive room-temperature terahertz detection via the photothermoelectric effect in graphene, Nature Nanotechnology, 9, (2014). [4] Vicarelli, L.; Vitiello, M. S.; Coquillat, D.; Lombardo, A.; Ferrari, A. C.; Knap, W.; Polini, M.; Pellegrini, V.; Tredicucci, A. Graphene field-effect transistors as room-temperature terahertz detectors, Nature Materials, 11, (2012). [5] Li, J.; Niu, L.; Zheng, Z.; Yan, F. Photosensitive graphene transistors, Adv. Mater. 26, (2014). [6] Yan, J.; Kim, M.-H.; Elle, J. A.; Sushkov, A. B.; Jenkins, G. S.; Milchberg, H. M.; Fuhrer, M. S. and Drew, H. D. Dual-gated bilayer graphene hot-electron bolometer, Nature Nanotechnology, 7, (2012). [7] Spirito, D.; Coquillat, D.; De Bonis, S. L.; Lombardo, A.; Bruna, M.; Ferrari, A. C.; Pellegrini, V.; Tredicucci, A.; Knap, W.; Vitiello, M. S. High performance bilayer-graphene terahertz detector, Appl. Phys. Lett. 104, (2014).

139 专题代号 :H147 Hybrid Functional Study of Sodium and Potassium Incorporation in Cu 2 ZnSnS 4 謝建輝 黃文愷 张易欧 张璟昭 朱骏宜香港中文大學物理系, 香港沙田馬料水 [email protected] 摘要 :The thermodynamics of Na and K incorporation and its effects in Cu2ZnSnS4 (CZTS) is studied using density functional theory with hybrid functional. The allowed chemical potential of Na/K in CZTS is established. Formation energy and transition energy calculations is performed, showing that Na can be significantly incorporated as substitutional defects Na Cu, Na Zn or interstitial defect Na i, and is predominantly incorporated as Na Cu under thermodynamic equilibrium. For K related defects, the formation energy is generally less favorable as compared to Na. The qualitative disagreement between GGA with rigid band edge shifting and HSE calculations is discussed. Both Na Zn and K Zn is shown to be a shallow p-type defect, Na i does not exhibit a transition level within the band gap, while Na Sn would be detrimental, however, the expected concentration of Na Sn is negligible. For defect complexes, formation of Na i is slightly enhanced by charge compensation, while coupling of Na i with isovalent Na Cu results in a lowering of (0/+1) transition level into the band gap, however, the lack of charge compensation in such pair results in higher formation energy of the pair. The theoretical maximum defect concentration shows high concentration of Na can be incorporated, which is generally not reached in experiment. The understandings on the defect properties of Na and K provides an essential knowledge to further understand the surfactant effects of Na and K observed in experiments. 关键词 : 薄膜太陽能, 第一原理,Cu 2ZnSnS 4

140 A first step towards Understanding CZTS Σ3 grain boundaries By Manhoi Wong, Kinfai Tse, and Junyi Zhu* 专题代号 :H148 (112)/ (1 1 2 ) family Department of Physics, the Chinese University of Hong Kong, Shatin, N.T., Hong Kong , China Corresponding author. *[email protected] AbstractCZTS is a promising low cost, earth abundant solar cell absorber material for thin film solar cell. Grain boundary properties are crucial in the performance enhancement of the solar cell device, yet not well studied. This work is dedicated to the characterisation of Σ3 grain boundaries with (112) and (1 1 2 ) interfaces, which are also found to be abundant experimentally. DFT calculations with GGA exchange 4functional is used to calculate the structure of those grain boundaries. Using modified wedge method, formation energies of different reconstructed grain boundary and relevant surfaces were calculated from various slabs. According to our calculations, we found a repulsive grain boundary based on anion-anion terminations with low formation energy. Such problematic grain boundaries may widely distributed in the device and hinder the performance. In addition to the structure studies, Electronic structures of low energy grain boundaries were calculated to understand their impact on device efficiency. Our results match very well with observations from previous experimental works. It provided a solid foundation for future studies of grain boundary engineering, which could be crucial to the success of CZTS.

141 专题代号 :H149 聚合物 / 富勒烯半导体薄膜的相形貌对光激子和光致电荷的影响窦菲 a, Ester Buchaca-Domingo b, 张新平 a, Natalie Stingelin b, and Carlos Silva c a Institute of Information Photonics Technology and College of Applied Sciences, Beijing University of Technology, Beijing , P. R. China b Department of Materials and Centre for Plastic Electronics, Imperial College London, South Kensington Campus, London, SW7 2AZ, UK c Département de physique & Regroupement québécois sur les matériaux de pointe, Université de Montréal, Caisse postale 6128, Succursale centre-ville, Montréal (Québec) H3C 3J7, Canada [email protected] 摘要 : 聚合物 : 富勒烯混合薄膜被广泛的应用于有机太阳能电池的活性层, 其光学和电学特性强烈的依 赖于薄膜的相形貌, 包括相的数量 种类和分布等重要特征 此工作中, 我们以聚合物 poly(2,5-bis(3- tetradecyl-thiophen-2-yl)thieno[3,2,-b]thiophene) (pbttt-c 16) 和富勒烯 phenyl-c 61-butyric acid methyl ester(pc 61BM) 组成的不同相形态的混合薄膜为研究对象, 采用温度依赖的荧光光谱和准稳态的光致吸收 光谱为研究手段, 系统地探测混合薄膜中激子和光致电荷的产生与复合过程, 并运用准稳态的速率方程 定量分析电荷产生和复合速率, 最终建立了聚合物 : 富勒烯混合薄膜中光物理特性与其相形貌之间的内 在关联, 为未来材料结构的分子设计标准和优化有机光伏器件的光电特性提供了物理学指导 图 1 不同相形貌混合薄膜的光致激子和电荷产生与复合过程示意图 关键词 : 相形貌 光激子 光致电荷 荧光光谱 光致吸收光谱 资助项目 ( 此项必填 ): 国家自然科学基金青年项目 ( ) 参考文献 1 Dou, F. et al. The effect of phase morphology on the nature of long-lived charges in semiconductor polymer:fullerene systems. J. Mater. Chem. C, 3, (2015). 2 Buchaca-Domingo, E. et al. Additive-assisted supramolecular manipulation of PBTTT:PCBM blend microstructures Mater. Horiz., 1, (2014).