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硫化砷非晶态半导体薄膜的光致效应技术研究

2020-11-23阅读(820)

硫化砷非晶态半导体薄膜的光致效应技术研究

论文摘要

硫系非晶态半导体材料在近远红外域有很好的透光性,具有较低的本征损耗,以及有制备光波导的优点等。因此,近些年来,人们对非晶硫化物半导体的研究越来越多,特别是在光的作用下,能产生许多光致效应,它在光波导、光电子集成器件、热成像、远距离传感、耦合器制作、以及光学计算机用光学部件的制作等领域有着广泛的应用。本论文主要围绕硫系As2S8非晶态半导体材料在集成光学领域的应用开展研究工作的。论文首先扼要地介绍了平板波导的基础理论,着重阐述棱镜耦合理论,并详细地讨论了使用棱镜耦合技术测量薄膜波导的折射率和厚度。在As2S8薄膜分子结构上,认为As2S8蒸镀膜的分子结构模型存在亲价对C3 + C1?、孤对电子、链式结构S-S及稳定的金字塔结构As-S,导致在能级结构上存在缺陷态或局域态能级,建立了As2S8能带模型。对照其它分子结构,如As2S3、As1S9、As3S7,合理地解释了只在As2S8材料中观察到得的显著的光阻断效应。光阻断效应除了跟光抽运作用有关,还可能取决于硫原子活动性强弱以及由此造成的次能级容易程度和次能级密度大小有关。在光阻断效应中,带隙光和窄带隙光扮演不同的角色,分别起着“积累”和“消耗“次能级电子的作用。在As2S8薄膜的光致结构变化效应方面的研究,主要考察了光照作用、退火处理以及光照与退火的关连作用下, As2S8薄膜波导的折变效应和薄膜厚度的变化情况。蒸镀的As2S8薄膜在紫外光照下,折射率增大,最后达到饱和状态。退火态的As2S8薄膜在玻璃化温度下退火,折射率存在可逆现象。淀积态和退火态两种膜系的As2S8薄膜光照后,薄膜厚度变薄,呈现体积缩小。非晶As2S8半导体材料在光波导领域的研究:首先实验研究制备As2S8条形波导的工艺,提出了光激励法制备硫系非晶态半导体条形波导的技术;在此基础上,实验考察了As2S8条形波导的光阻断效应,发现As2S8条形波导的光阻断效应存在,并具有光光开关功能。在As2S8光波导的应用方面,基于As2S8条波导的光阻断效应特点,初步成功地制作了一种新型的As2S8波导型光截止器件。同时,提出LiNbO3-As2S8复合波导型光截止器的设计,可以实现光学神经元突触权重效应中的正值、零值和负值三种状态。实验初步研究了As2S8薄膜的光生伏特效应,指出存在的“增强”现象与光阻断效应的机理是一致的,应用这种现象,增加额外的辅助抽运光可能改善光阻断恢复时间特性。

论文目录

  • 中文摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 硫系非晶态半导体概述
  • 1.3 硫系非晶态半导体的光致效应
  • 1.3.1 光致标量效应
  • 1.3.2 光致矢量效应
  • 1.3.3 光致效应的总结
  • 1.4 硫系非晶态半导体薄膜波导的优点
  • 1.5 本课题的意义和研究内容
  • 1.6 本论文的创新点以及有待改善的问题
  • 第二章 平面光波导理论与棱镜耦合实验方法
  • 2.1 平板波导的射线光学
  • 2.2 棱镜耦合实验方法
  • 2.2.1 棱镜耦合理论
  • 2.2.2 棱镜耦合法应用于薄膜折射率和厚度的测试
  • 2.3 本章小节
  • 2S8薄膜的分子构造及能带模型'>第三章 As2S8薄膜的分子构造及能带模型
  • 3.1 硫系非晶态半导体材料中的缺陷态
  • 3.1.1 悬挂键模型（ MDS 模型）
  • 3.1.2 换价对模型（KAF 模型）
  • 2S8薄膜的分子构造'>3.2 A52S8薄膜的分子构造
  • 2S8薄膜的能带模型'>3.3 A52S8薄膜的能带模型
  • 3.4 本章小节
  • 2S8薄膜的制备技术'>第四章 As2S8薄膜的制备技术
  • 2S8材料的制备'>4.1 As2S8材料的制备
  • 2S8薄膜的制备工艺'>4.2 As2S8薄膜的制备工艺
  • 4.3 散射的影响及改善
  • 4.4 本章小结
  • 2S8蒸镀膜的光致效应'>第五章 As2S8蒸镀膜的光致效应
  • 5.1 实验装置
  • 2S8蒸镀膜的光折变现象'>5.2 As2S8蒸镀膜的光折变现象
  • 2S8蒸镀膜的光致体积膨胀现象'>5.3 As2S8蒸镀膜的光致体积膨胀现象
  • 2S8蒸镀膜的X 射线衍射谱'>5.4 As2S8蒸镀膜的X 射线衍射谱
  • 2S8蒸镀膜的远红外反射谱'>5.5 As2S8蒸镀膜的远红外反射谱
  • 2S8蒸镀膜的可见光透射谱'>5.6 As2S8蒸镀膜的可见光透射谱
  • 5.7 光致效应的机理分析
  • 5.8 本章小节
  • 2S8薄膜的热处理效应'>第六章 As2S8薄膜的热处理效应
  • 6.1 热处理工艺
  • 6.2 热处理引起的折射率变化
  • 6.3 热处理引起的膜厚变化
  • 2S8薄膜热处理效应的机理分析'>6.4 As2S8薄膜热处理效应的机理分析
  • 6.5 本章小节
  • 2S8薄膜的光作用和退火作用的关连效应'>第七章 As2S8薄膜的光作用和退火作用的关连效应
  • 7.1 光照-退火
  • 7.2 退火-光照
  • 7.3 非饱和光照与退火关连作用
  • 7.4 退火-光照-退火-光照
  • 7.5 本章小结
  • 2S8薄膜波导的光阻断效应'>第八章 As2S8薄膜波导的光阻断效应
  • 8.1 波导实验
  • 8.2 光阻断效应机理的推断与分析
  • 8.3 本章小结
  • 2S8条波导的制备技术'>第九章 As2S8条波导的制备技术
  • 2S8条波导的工艺研究'>9.1 制备As2S8条波导的工艺研究
  • 2S8条波导'>9.1.1 传统工艺制备As2S8条波导
  • 2S8条波导'>9.1.2 光激励法制备As2S8条波导
  • 2S8条形波导的退火实验'>9.2 As2S8条形波导的退火实验
  • 9.3 本章小结
  • 2S8条波导的光阻断效应及其应用'>第十章 As2S8条波导的光阻断效应及其应用
  • 2S8条波导光阻断效应实验及其结果'>10.1 As2S8条波导光阻断效应实验及其结果
  • 2S8条波导光阻断开光效应（时间特性）'>10.2 As2S8条波导光阻断开光效应（时间特性）
  • 2S8波导型光截止器件的设计与制作'>10.3 As2S8波导型光截止器件的设计与制作
  • 2S8复合波导型光截止器件的设计与制作'>10.4 LiN603-As2S8复合波导型光截止器件的设计与制作
  • 10.5 本章小结
  • 2S8薄膜的光生伏特效应'>第十一章 As2S8薄膜的光生伏特效应
  • 2S8薄膜的光生伏特效应实验及结果'>11.1 As2S8薄膜的光生伏特效应实验及结果
  • 2S8薄膜的光生伏特效应机理分析'>11.2 As2S8薄膜的光生伏特效应机理分析
  • 11.3 本章小结
  • 第十二章 总结
  • 参考文献
  • 在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果
  • 致谢

    • 相关论文文献

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