【摘要】：一維Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體納米材料具有優(yōu)秀的光學(xué)、電學(xué)性質(zhì),是微電子器件、集成光電器件和微機電器件中重要的連接和功能單元。Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體如ZnS、CdS等通常具有較大的二階非線性極化率χ~((2));其二次諧波(Second Harmonic Generation,SHG)在生物成像和光學(xué)探測等領(lǐng)域取得了重要的應(yīng)用,成為近年來光學(xué)探測技術(shù)的一個研究熱點。通過測量SHG強度隨入射光偏振態(tài)的變化規(guī)律,可以獲知晶體的晶格取向;相較于晶體結(jié)構(gòu)探測中常用的電子衍射方法,這種光學(xué)方法具有環(huán)境要求低,對樣品無損傷等優(yōu)點。但目前的研究工作通常只研究了晶體某一個軸對SHG偏振響應(yīng)的影響,而忽略了剩余晶軸的作用。提高SHG偏振響應(yīng)的測試精度,實現(xiàn)晶體三個晶軸取向的精確測定,將進(jìn)一步拓展該測試方法的應(yīng)用范圍,提高其研究價值。由于納米材料與光子相互作用的有效體積很小,其較低的SHG轉(zhuǎn)化效率也是目前人們亟待解決的問題。金屬表面等離子體激元(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)在近場局域增強,突破光學(xué)衍射極限等方面具有重要的應(yīng)用價值�，F(xiàn)階段,SPPs的研究中存在著激發(fā)方式效率低下,探測設(shè)備昂貴等問題。如果能夠在亞波長尺度內(nèi)實現(xiàn)SPPs的高效激發(fā),并通過普通光學(xué)設(shè)備實現(xiàn)SPPs的觀測,將對SPPs在微納光子學(xué)領(lǐng)域的研究與應(yīng)用起到極大的促進(jìn)作用。針對這些問題,本論文主要進(jìn)行下面幾個研究工作:(1)通過化學(xué)氣相沉積法合成了三種高結(jié)晶質(zhì)量的一維Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體納米材料,并對合成的ZnS、CdS、CdSe一維納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行了材料學(xué)表征。將納米線分散轉(zhuǎn)移至石英襯底后,我們還對單根CdS納米線、單根CdSe納米線的光致發(fā)光性能進(jìn)行了基本的測試。(2)利用自主搭建的光學(xué)顯微測試系統(tǒng)深入研究了單根ZnS納米線的SHG特性�；赯nS納米線SHG偏振響應(yīng)特性,即SHG強度隨入射光偏振態(tài)的變化規(guī)律,我們發(fā)展了一種全光學(xué)、原位確定晶體全部三個晶軸取向的探測方法。通過該方法測定ZnS納米線的晶體取向,與高分辨透射電子顯微鏡測試的結(jié)果非常一致。此外,我們還研究了單根ZnS納米線的SHG轉(zhuǎn)換效率,在10~(-6)量級。(3)我們將金屬Al膜與ZnS納米帶復(fù)合形成“Ω”形結(jié)構(gòu),研究了該復(fù)合結(jié)構(gòu)對SHG輻射強度的影響。通過剝離工藝以及真空金屬鍍膜工藝制備了一端被Al膜覆蓋的單根ZnS納米帶,并準(zhǔn)確測定了其SHG增強因子。結(jié)果表明該復(fù)合結(jié)構(gòu)的SHG增強因子不僅與泵浦光的偏振方向有關(guān),還與ZnS納米帶的橫截面尺寸有關(guān)。實驗中,該復(fù)合結(jié)構(gòu)最高取得了超過60倍的SHG增強效果。分析發(fā)現(xiàn),Al覆層引起基頻場的增強和倍頻信號收集效率的提高是主要的SHG增強因素。(4)通過實驗證明了Ag薄膜和CdSe納米線組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)中,利用CdSe納米線的熒光高效激發(fā)Ag膜SPPs,并使用普通光學(xué)顯微鏡觀察SPPs傳播的可行性。此外,基于上面的復(fù)合結(jié)構(gòu),我們設(shè)計了CdSe納米片微腔激光器,并對微腔中共振頻率的模場分布進(jìn)行了仿真。
【圖文】：

其動能將會增加，導(dǎo)致原來宏觀固體中連續(xù)的能帶結(jié)構(gòu)變成材料的有效帶隙增加，相應(yīng)的吸收光譜和熒光光譜發(fā)生藍(lán)移的現(xiàn)述CdSe量子點熒光峰藍(lán)移的現(xiàn)象。量子隧道效應(yīng)是一種基本的量子具有貫穿高于其總能量勢壘的能力[9]。隨著微電子器件中元件寬的不斷減小，量子限域效應(yīng)、量子隧道效應(yīng)已經(jīng)成為微電子行并且將會確立未來電子器件以及光電集成器件微型化的極限。單位能量間隔內(nèi)可能的狀態(tài)數(shù)，稱為電子態(tài)密度。圖 1-1 給出了材料中自由電子態(tài)密度與能量E 的近似關(guān)系[10]。不同維度的固體分布。從三維發(fā)展到一維，材料的態(tài)密度分別正比于E1/2，E0，E料，其電子在三個維度上的運動都會受到約束，所處的能量狀態(tài)因而具有分立的電子態(tài)密度[11]。態(tài)密度的不同，使得同種材料在著差異。

2 氣-液-固（VLS）生長機制示意圖。(a) 基底上的金屬顆粒被加熱熔化，載氣攜帶的氣態(tài)吸收溶解形成合金。(b) 達(dá)到飽和濃度后，合金液滴在基底表面析出源材料，最終形成一 液相生長法在溶液中合成一維納米材料的方法主要有溶劑熱法、微乳液法和溶膠凝膠法等。熱法是最常用的方法，該方法通常以甲醇、乙二醇或水等液體為溶劑，在密閉分散在溶劑中的前驅(qū)物加熱至一定溫度，溶劑在高溫下會產(chǎn)生很高的壓強（兆帕超臨界條件下反應(yīng)物活性增大，能夠合成各種形態(tài)的半導(dǎo)體納米材料[28]。以水方法也叫水熱法。液相生長法合成納米材料的反應(yīng)條件相對較為溫和，合成過程相對簡單，實驗產(chǎn)物產(chǎn)率高，，分散性好，適合大規(guī)模生產(chǎn)。但由于液相合成法通常需要添加表有機高分子，這些添加劑容易殘留在最終產(chǎn)物中，會導(dǎo)致產(chǎn)物不純[27]。而且液
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.1

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 王沖;半導(dǎo)體CdS_xSe_(1-x)納米材料的制備和非線性光學(xué)特性研究[D];華中科技大學(xué);2015年

本文編號：2690349