氧化锌基紫外随机激光器及表面等离激元增强型光电探测器的研究

论文摘要

氧化锌（ZnO）是Ⅱ-Ⅵ族中具有宽带隙（3.37 eV）和激子结合能较高（60 meV）的半导体材料。与其它材料相比其激射波长更短,拥有更优良的发光机能。其禁带宽度对应紫外光波长,因此在短波长激光器和紫外探测器等领域的开发有极高的潜力。ZnO基材料在发光与探测领域中有广泛的应用,但器件的一些性能有限还需进一步提高。因此本文针对现阶段存在的一些不足展开了研究,在发光领域中,本文通过利用磁控溅射法制备了ZnO薄膜使其生长在蓝宝石（Al2O3）衬底上,并在此基础上设计了一种ZnO基电泵浦随机激光器,证明该结构可以产生低阈值的随机激光。在探测领域中,本文通过利用COMSOL仿真软件设计模拟了一种ZnO基紫外光电探测器,应用表面等离子体共振效应去提高光电探测器的光电性能。所取得主要成果如下:（1）本文利用磁控溅射法生成的ZnO纳米阵列的基础上,制备了Au/ZnO纳米阵列/Au背靠背肖特基结构的电泵浦随机激光器,实现了ZnO基随机激光器的低阈值激光发射,其阈值为2 A/cm2,其发光峰随机分布在375 nm-400 nm之间,半宽度最小值为2 nm,证明利用该研究思想制备的器件可以实现随机激光的产生,其阈值也相对较低。（2）本文利用在器件表面覆盖高折率介质层实现了基于亚波长银光栅的表面等离子体共振增强的ZnO基紫外探测器理论设计,借助COMSOL有限元法多物理场耦合仿真软件,通过对器件的模拟仿真,最终实现了在波长为368 nm的条件下,该结构对紫外光进行吸收,并确定器件最佳结构参数为:光栅周期为210nm,光入射角度为55°,高折率介质层折射率为2.8,其厚度为140 nm,光栅间距为100 nm,光栅厚度为80 nm,器件的最高吸收倍增因子可达108。

论文目录

摘要

Abstract

第一章引言

一、研究背景及意义

（一）氧化锌材料的发展

（二）氧化锌材料的基本性质

二、氧化锌基紫外光电子器件的研究进展

（一）随机激光器的研究背景

（二）随机激光器的基本原理

（三）氧化锌基随机激光器的研究进展及存在的问题

（四）光电探测器的研究背景

（五）光电探测器的原理及参数介绍

（六）氧化锌基紫外探测器的研究进展及存在的问题

三、论文的选题依据

四、论文的主要研究内容

第二章氧化锌基紫外发光器件的制备和表征及金属表面等离子体理论

一、氧化锌薄膜的制备技术

（一）磁控溅射技术

（二）磁控溅射的优点

二、紫外随机激光器的电极制备技术

（一）金属电极的蒸镀

（二）叉指金电极的制备

三、薄膜性质的表征手段

（一）X射线衍射谱

（二）微区光致发光谱

（三）扫描电子显微镜

（四）透射-吸收光谱

（五）霍尔效应的测试

四、表面等离子体基本理论

（一）表面等离子体激元

（二）表面等离子体的光学激发

（三）利用表面等离子体增强器件光电性能的原理

（四）COMSOL软件简介

五、本章小结

第三章基于背靠背肖特基结构的氧化锌纳米阵列电泵浦随机激光器的特性研究

一、氧化锌基随机激光器的研究背景

二、氧化锌基随机激光器的器件制备流程

三、器件性能的表征

四、本章小结

第四章基于亚波长银光栅表面等离子体共振增强的氧化锌紫外探测器的理论设计

一、氧化锌基紫外光电探测器的研究背景

二、模型的建立

三、模拟结果与讨论

（一）光栅周期和入射光角度对器件吸收增强因子的影响

（二）光栅间距对器件吸收增强因子的影响

（三）光栅厚度对吸收增强因子的影响

（四）高折率介质层厚度对器件吸收增强因子的影响

（五）高折率介质层折射率的变化对器件吸收增强因子的影响

（六）电场强度分布图

四、本章小结

总结与展望

参考文献

个人简历及攻读硕士学位期间已发表的论文

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 门海蛟

导师: 田宁

关键词: 随机激光器,表面等离子体共振,紫外探测器,模拟仿真

来源: 沈阳师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,无线电电子学

单位: 沈阳师范大学

分类号: TN248;TN15

总页数: 44

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氧化锌基紫外随机激光器及表面等离激元增强型光电探测器的研究

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