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一维半导体纳米线体系的光谱和光学性质研究

2020-11-23阅读(243)

一维半导体纳米线体系的光谱和光学性质研究

论文摘要

半导体低维结构（如量子阱、超品格、量子线和量子点等）的物性研究、样品生长及器件制作，已成为当前凝聚态物理研究的前沿热门课题之一。其中，半导体一维量子线结构因其具有丰富有趣的物理内涵和光电功能器件应用的前景而倍受关注。本文主要利用多维分辨的光谱实验手段（空间、时间、自旋分辨），结合两种具有不同特点的代表性样品分别研究了Ⅲ-Ⅴ族和Ⅱ-Ⅵ族这两类处于不同光谱波段的直接带隙准一维纳米线体系的光电特性。具体包括以下几方面： 1．利用显微光致发光光谱研究经选择性离子注入和快速热退火后的单根GaAs／AlGaAs量子线结构体系中的载流子在输运、复合发光等方面的一维特性。同时，对低温下准一维激子局域化的行为进行讨论。此外，通过对量子线的磁阻测量，揭示一维结构中载流子在磁场中的输运行为。 2．首次根据四角晶须状ZnO纳米结构的天然的空间几何构型，采用不同的Raman散射配置，研究单个纳米结构的具有高空间分辨率的偏振Raman二维扫描谱。借助溫度变化调制一维ZnO纳米棒中的能级结构，研究了共振Raman散射谱线重分布行为，以及多声子散射从入射共振到出射共振的转变过程。此外，细致讨论了LO声子频移的主要物理根源。 3．研究一维ZnO纳米棒体系中，具有不同跃迁选择定则的双光子吸收和单光子吸收诱导光致发光光谱，揭示一维ZnO纳米体系中的能带结构。根据双光子吸收诱导光致发光光谱强烈依赖激发功率的非线性特点，讨论了非线性吸收的三个主要阶段，以及与双光子非线性特性相关的激子-激子多体相互作用导致的能带填充效应。并且，经由双光子诱导光致发光激发谱，我们细致研究了双光子近共振效应，进而对一维ZnO纳米棒的能带结构有更深入的了解。 4．针对近年来快速发展起来的激光共焦扫描显微光谱技术，结合不同生长方法制备的具有不同样品特点的低维结构，从显微光致发光和显微拉曼散射空间扫描谱两方面，探讨单个纳米结构体系的光谱表征。

论文目录

  • 中文摘要
  • 英文摘要
  • 第一章 绪论
  • §1.1 半导体低维体系概述
  • §1.2 半导体量子线的制备
  • §1.2.1 低维半导体制备材料
  • §1.2.2 半导体量子线的制备方法
  • §1.3 半导体量子线光谱研究现状
  • §1.3.1 半导体量子线中光跃迁过程
  • §1.3.2 半导体量子线光谱的主要研究内容
  • §1.3.3 影响半导体量子线光谱研究的主要因素
  • §1.4 本论文研究课题的意义及研究内容
  • 第二章 实验仪器和光谱研究手段
  • §2.1 光致发光光谱
  • §2.2 空间分辨光谱技术
  • §2.3 时间分辨光谱
  • §2.4 超短光脉冲激光
  • §2.5 深低温、强磁场等极端条件的多维分辨光谱实验系统
  • §2.6 多维分辨光谱系统主要组件
  • §2.6.1 激光光源
  • §2.6.2 超导磁体和样品制冷系统
  • §2.6.3 显微荧光/拉曼光谱测量系统
  • 第三章 离子注入调制掺杂V形槽GaAs/AlGaAs单量子线光电性质研究
  • §3.1 引言
  • §3.2 V形槽量子线样品特点
  • §3.2.1 V形槽量子线复杂样品结构
  • §3.2.2 V形槽量子线长后处理
  • §3.3 V形槽GaAs/AlGaAs量子线样品制备和具体实验条件
  • §3.4 V形槽GaAs/AlGaAs量子线样品光谱特性
  • §3.4.1 V形槽GaAs/AlGaAs量子线样品显微光致发光谱
  • §3.4.2 离子注入和快速退火对V形槽GaAs/AlGaAs量子线光学性质的修饰
  • §3.4.3 V形槽GaAs/AlGaAs量子线变温光致发光谱
  • §3.4.4 V形槽GaAs/AlGaAs量子线偏振光致发光谱
  • §3.5 V形槽GaAs/AlGaAs量子线准一维电子输运行为
  • §3.6 V形槽GaAs/AlGaAs量子线结构中一维激子局域化行为
  • §3.7 V形槽GaAs/AlGaAs量子线结构中量子线与侧面量子阱间的载流子迁移行为
  • §3.8 V形槽GaAs/AlGaAs量子线结构中电子局域态密度
  • §3.9 结论
  • 第四章 单个ZnO纳米结构Raman散射光谱研究
  • §4.1 引言
  • §4.2 极性半导体ZnO材料晶格结构
  • §4.3 极性半导体ZnO体系的Raman对称性分析
  • §4.4 无催化剂热蒸发法合成的单个四角状ZnO纳米线的Raman散射研究
  • §4.4.1 一维ZnO四角晶须状纳米结构的制备
  • §4.4.2 单个一维四角晶须状ZnO纳米线Raman光谱
  • §4.4.3 一维ZnO四角晶须状纳米线的偏振Raman散射
  • §4.5 单个ZnO纳米环偏振Micro-Raman mapping
  • §4.6 一维ZnO纳米棒体系的共振Raman光谱研究
  • §4.6.1 一维ZnO纳米棒样品制备
  • §4.6.2 一维ZnO纳米棒的共振Raman光谱
  • §4.6.3 一维ZnO纳米棒共振Raman与温度的依赖关系
  • §4.7 结论
  • 第五章 一维ZnO纳米棒的线性和非线性光致发光谱研究
  • §5.1 引言
  • §5.2 一维ZnO纳米棒的线性和非线性光谱研究
  • §5.2.1 一维ZnO纳米棒的线性单光子光致发光光谱
  • §5.2.2 一维ZnO纳米棒的双光子诱导非线性光致发光光光谱
  • §5.3 结论
  • 附录
  • §f.1 晶体Raman散射
  • §f.1.1 晶体Raman散射晶格动力学
  • §f.1.2 Raman散射物理解释
  • §f.1.3 共振Raman简单的理论介绍
  • §f.1.4 共振Raman散射的特点
  • §f.1.5 入射共振和出射共振的现象
  • §f.2 双光子吸收
  • §f.2.1 双光子吸收的历史和发展
  • §f.2.2 双光子吸收的物理过程
  • §f.2.3 双光子吸收的特点
  • §f.2.4 双光子吸收的物理根源
  • §f.3 半导体的光学特性
  • §f.3.1 半导体线性光学性质
  • §f.3.2 非共振非线性光学效应
  • 参考文献
  • 博士期间发表的论文
  • 致谢

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