本文選題：硅基光電子　切入點(diǎn)：微納材料　出處：《北京郵電大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著人們對(duì)硅物理特性認(rèn)識(shí)的提高,硅光子學(xué)得以迅速發(fā)展。硅的克爾效應(yīng)、熱光效應(yīng)、自由載流子效應(yīng)、雙光子吸收等非線性效應(yīng)被充分開(kāi)發(fā)利用,大大提高了一些光電器件的性能。同時(shí)硅材料的加工工藝也越來(lái)越成熟,器件的尺寸不斷減小,而且與先進(jìn)成熟的CMOS加工工藝相兼容,這非常有利于硅基器件的高度集成化。這些使硅基光子器件兼?zhèn)淞酥苽涑杀镜土�、可電光集成化以及與CMOS工藝的高度兼容等優(yōu)勢(shì),近年來(lái)逐漸成為最有可能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模光電集成的材料。量子點(diǎn)和納米線等微納材料由于其獨(dú)特的特性,在光電器件的應(yīng)用中發(fā)揮了巨大的作用。結(jié)合硅基光電器件和微納材料的特性,硅基微納材料將表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。本文主要研究了納米島生長(zhǎng)的應(yīng)變弛豫和電子結(jié)構(gòu),一維納米線的水熱生長(zhǎng)調(diào)控,通過(guò)微納結(jié)構(gòu)雙腔腔耦合系統(tǒng)的性能調(diào)控來(lái)實(shí)現(xiàn)單光子發(fā)射的應(yīng)用,以及硅基微環(huán)諧振腔的主要三階非線性效應(yīng)分析,研究材料非線性效應(yīng)對(duì)傳輸譜的影響,主要研究成果如下:1、在均勻組分條件下對(duì)Si (001)基圖形襯底上異質(zhì)外延GeSi納米島的彈性應(yīng)變弛豫進(jìn)行了全面、完整的研究。系統(tǒng)的分析了納米島高寬比θ、坑傾角α(ε = tanα)、和坑填充率f對(duì)應(yīng)變弛豫的影響。首先在固定填充率下,研究幾個(gè)特定高寬比納米島模型應(yīng)變弛豫與坑傾角的關(guān)系,根據(jù)結(jié)果將固定填充率下的弛豫因子擬合為一個(gè)三項(xiàng)表達(dá)式。用有限元方法計(jì)算特定角度下不同高寬比納米島的弛豫速率,然后得到弛豫速率擬合表達(dá)式。通過(guò)弛豫因子和弛豫速率得到擬合方程,為預(yù)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)變弛豫提供了一個(gè)準(zhǔn)確依據(jù),可以更方便的判斷納米島的成核位置。同時(shí)分析了納米島生長(zhǎng)在坑內(nèi)的電子結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)由于應(yīng)變效應(yīng),基態(tài)波函數(shù)被限制在坑底部晶面附近。2、對(duì)生長(zhǎng)在GaAs(001)圖形襯底上的純InAs和InGaAs納米島的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。對(duì)于InAs納米島,在較淺的圖形襯底坑內(nèi),各種高寬比下的納米島帶間躍遷都會(huì)發(fā)生紅移,同時(shí)改變重空穴的波函數(shù)形狀,并使其更靠近異質(zhì)結(jié)界面。對(duì)于InGaAs納米島,兩種非均勻狀態(tài)都會(huì)導(dǎo)致帶間躍遷能減小。高寬比較大時(shí),納米島各部分銦組分的變化會(huì)導(dǎo)致重空穴從倒錐形結(jié)構(gòu)底端向上移動(dòng),使復(fù)合率上升。均勻組分下,納米島的電場(chǎng)圖還會(huì)受到納米島尺寸的影響。最后我們還分析了坑傾角對(duì)應(yīng)變弛豫的影響,結(jié)果顯示在坑傾角較小時(shí)納米島生長(zhǎng)在圖形襯底坑內(nèi)比生長(zhǎng)在平面襯底上具有更好的應(yīng)變弛豫。3、對(duì)硅基上生長(zhǎng)氧化鋅和碲化鎘納米線進(jìn)行了研究。詳細(xì)分析了影響納米線片上外延生長(zhǎng)質(zhì)量的幾個(gè)因素,得到了一套較好的在硅基襯底上外延生長(zhǎng)氧化鋅納米棒的水熱合成試驗(yàn)方法和條件,并對(duì)樣品進(jìn)行了表征分析。通過(guò)調(diào)整實(shí)驗(yàn)條件,成功利用水熱反應(yīng)合成碲化鎘納米線。4、設(shè)計(jì)了由空線性腔和二階非線性腔耦合而成的雙微腔系統(tǒng),通過(guò)數(shù)值仿真詳細(xì)的分析了系統(tǒng)的性能。調(diào)整優(yōu)化兩個(gè)激勵(lì)源的強(qiáng)度,可以在一個(gè)很小的二階非線性強(qiáng)度和一個(gè)合適的隧穿強(qiáng)度的條件下,得到很強(qiáng)的光子阻塞效應(yīng),從而實(shí)現(xiàn)雙微腔耦合系統(tǒng)的單光子發(fā)射。5、利用耦合模理論研究了硅基微環(huán)諧振腔的一些基本傳輸特性。分析了全通濾波器型微環(huán)諧振腔和分插復(fù)用器型微環(huán)諧振腔的傳輸特性。通過(guò)理論推導(dǎo),得出四種主要非線性效應(yīng):克爾效應(yīng)、雙光子吸收效應(yīng)、自由載流子效應(yīng)以及熱光效應(yīng)對(duì)微環(huán)諧振腔共振頻率影響的表達(dá)式,研究其對(duì)諧振腔傳輸性能的影響。
[Abstract]:With the understanding of the physical properties of silicon, silicon photonic knowledge with rapid development. The Kerr effect, silicon thermo optical effect, free carrier effect, two-photon absorption and other nonlinear effects are fully exploited, greatly improving the performance of some photoelectric devices. At the same time the processing technology of silicon materials is more and more mature, the size of the device decreases, which is compatible with the CMOS advanced processing technology is mature, it is highly integrated to silicon. These make silicon photonic devices and the preparation cost is low, can be integrated with CMOS and electro-optical technology highly compatible with other advantages, in recent years has gradually become the most likely to achieve large-scale optoelectronic integration materials. Quantum dots and nanowires of micro nano materials because of its unique characteristics, has played a huge role in the application of optoelectronic devices. The combination of silicon based optoelectronic devices and micro nano material 鐗規(guī)，

本文編號(hào)：1579013