半导体光电催化技术.
半导体光电催化第一章
1.原子轨道相互交迭情况
原子钟的电子分布在内外层电子轨道上，每一层轨道对应确定的能量。当原子相互接近并形成晶体时，不同原子的内外壳层。电子轨道之间就有一定的交迭，相邻原子最外层轨道交迭最多，内层轨道交迭最少。当原子组成晶体后，由于原子轨道的交迭，电子不再完全局限在某一个原子钟，它可以转移到相邻原子上去，而且可以从邻近的原子轨移到更远的原子上去，以致任何一个电子可以在整个晶体中以一个原子转移到另一个原子，不再属于某个原子所有，这即晶体中的电子共有化运动。
2.用能级的形式解释能带
禁带：在相邻两个能带之间的区域中，不存在电子占有的能级，将这两个能带间的区域称为禁带。每个能带和禁带的宽度是由各种晶体的具体原子结构和晶体结构所决定的。禁带宽度为零点几到几个电子伏。由于可得出①同一晶体的某个能带，其宽度一定，这是因为能带宽度主要取决于电子轨道的交迭程度。对同一晶体，原子间距是常数，所以各轨道的交迭程度一定。②同一晶体的不同能带，上面的宽，下面的窄。这是因为上面的能带与原子的外层轨道相对应，外层轨道交迭多，能带就宽，内层轨道交迭少，能带就窄。由此可见，能带的宽窄实际上反映了电子共有化的自由程度。
3.满带：能带全部被电子填满。内层电子轨道对应的能带。
零带：能带中可占据能级全部是空的。
价带：价电子所处的能带，最高电子占有能带。（HDMO），可能是全部填满或部分填满。导带：最低空能带（LLIMO）
4.能带对不同材料的解释（对导体，半导体电导率的差别）
按电阻来分：金属导体p<10-6Ω·m绝缘体p>107Ω·m半导体10-6 对于导体来说：导带与价带之间不存在禁带，而半导体的导带与价带之间存在一禁带宽度，绝缘体的禁带宽度更大一些，因此导体，半导体和绝缘体的电阻率逐渐增大。 ☆能使半导体中自由电子浓度增加的杂质称为“施主”型杂质 ☆相应的主要依靠电子导电的半导体称为电子半导体或n型半导体 ☆能使半导体空穴浓度增加的杂质叫做“受主”型杂质 ☆主要依靠空穴导电的半导体则叫做空穴半导体或P型半导体 5.本征半导体和本征激发（杂质激发对结构的影响） 半导体按导电机制分为：本征半导体，和非本征半导体（掺杂半导体） 本征半导体：晶体结构完整而不含杂质的半导体称本征半导体，半导体晶格中不存在自由运动的电子，电子都被束缚在原子核周围。 非本征半导体按其杂质性质的不同可分为：以电子电导为主的n型半导体和以空穴导电的P 型半导体。 电子-空穴对：成对产生的电子空穴。 6.掺杂半导体：有意识，有控制地掺入某种特定杂质组分的半导体，称为掺杂半导体或杂质半导体。外来原子在晶体中以练功者掺杂形式存在：①取代晶格本体结点原子的替位式杂质②位于晶格原子之间的间隙式杂质。 掺杂半导体的能带结构：①会在禁带中引入一个杂质能级②施主能级在禁带的上部。而受主能级在导带的下部。 （涉及催化基础）7.本征吸收：半导体吸收光使电子从价带跃迁到导带。由于这种跃迁的性质取决于材料本身的能带结构，因此被称为半导体的本征吸收。 本征吸收的必要条件hv≥Eg，即入射光的能量必须大于或等于半导体禁带宽度。 （杂质吸收现象）8.杂质吸收：当施主能级的电子吸收光能而由基态跃迁到激发态或导带， 或受主能级的空穴吸收光能，由基态跃迁到基发态，或价带时，这些现象叫杂质吸收。（硅中自由载流子入射波长的变化<对勾函数横入纵a>）9.自由载流子的光吸收：导带中的电子或价带中的空穴也可吸收光能而改变能量。这是由于自由载流子在同一能带内的跃迁所引起的，称为自由载流子吸收。 ☆晶格吸收：光子的能量被吸收而直接转换为晶格振动的能量，这种吸收叫做晶格吸收。☆激子：如果价带电子所吸收的光子能量小于禁带宽度Eg，则电子虽然未到达导带，但已不再处于原来的状态，且在价带中留下空穴。这样形成的电子-空穴时，由于其间的库伦力作用而结合在束缚态中，这种耦合的电子空穴对就叫~。 ☆荧光与磷光的异同点 相同点：①都是电子从激发态跃迁到基态时放出的辐射，波长一般都不同于入射光的波长②温度都低于白灼光，一般在800K以下，故称化学泛光。 不同点：跃迁时重度不同：荧光重度未变，磷光重度改变。辐射强度不同：荧光较大，磷光很弱。寿命不同：10的-9~10的-6寿命短，10的-4~10的-2寿命较长。 第二章光物理和光化学 1.光物理过程：也称光吸收过程，原子或分子发生平动，振动和转动或核外电子绕核运动过程中，微观粒子从高能量到低能量的自动转移的过程。 2.激发态电子能量衰减的几种方式： ①振动弛豫：在同一电子能级中，处于较高振动能级的电子将能量变为平动能或快速传递给介质，自己迅速降到能量较低的振动能级，需几次分子碰撞，这个过程称作振动弛豫②内部转变：相同的重态中，电子从某一能级的低能态按水平方向窜到F-能级的高能级，过程中能太未变，称为内部转变③系间窜跃：电子从某一重态等能地窜到另一重态，过程中重态改变而能态未变④荧光：当激发态分子从激发单重态的某个能级跃迁到So态并发射一定波长的辐射，称为荧光⑤磷光：当激发态分子从三重态下跃迁到So态时所放出的辐射称为磷光。这种跃迁重度发生了改变。 3.光物理过程中（临界波长计算）半导体能被激发的前提：hv≥Eg 由hv≥Eg可得v≥Eg/h而v=c/入o所以入o≤hc/Eg 所以临界波长入o=hc/Eg 入o=hc/Eg=（6.626x10的-34x3x10的8）/（1.6x10的-19Eg）=（123g/Eg）nm 式中h=6.626x10的-34Js C=3x10的8m/s Eg以ev为单位1ev=1.6x10的-19J 4.量子效率 Φ=发生反应分子数/吸收光子数=发生反应的物质的量/吸收光子的物质的量 ①当Φ’＞1，是由于初级过程活化了一个分子，而次级过程中又使若干反应物发生反应 ②Φ’＜1，是由于初级过程被光子活化的分子，尚未来得及反应便发生了分子内或分子间的传能过程而失去活性 5.量子产率 Φ=生成产物的分子数/吸收光子数=生成产物的物质的量/吸收光子的物质的量 由于受化学反应式中计算系数的影响，量子效率和量子产率的值有可能不相等。例如2HBr+hv→H2+Br2反应式中量子效率为2，量子产率为1. 第三章纳米TiO2光催化材料 1.常见光催化材料：Si.TiO 2.WO 3.ZnS.SiC.Fe2O3.ZnO.CdS.SnO2.CdSe.α-Fe2O3 ☆光催化：半导体材料在紫外及可见光的照射下，将污染物短时间内完全降解或矿化成对环境无害的产物，或将光能转化为化学能，并促进有机物的合成与分解，这一过程称为光催化。☆TiO2的结构：金红石型、锐钛矿型、板钛矿。2.TiO2光催化剂的优点：①水中所含有多种有机污染物可被完全降解为CO2,H2O等，无机污染物被氧化还原成无害物。②不需要另 外的电子受体。③合适的光催化剂具有廉价、无毒、稳定及重复利用等优点。④可利用太阳能最为光源激活光催化剂⑤结构简单，操作容易控制，氧化能力强，无二次污染。3．TiO2光催化材料的特性（优缺点）：①原料来源丰富，廉价。但光致电子和空穴的分离转移速度慢，复合率高，导致光催化效率低。②光催化活性高（吸收紫外光性能高，禁带和导带间能隙大，光生电子的还原性和空穴的氧化性强）只能用紫外光活化，太阳光利用率低。③化学性质稳定（耐酸碱和化学腐蚀）无毒。但粉末状态TiO2在使用的过程中存在分离回收困难等问题。4．影响TiO2光催化活性的因素：①TiO2晶体结构的影响：在TiO2的三种晶型中锐钛矿型板钛矿、金红石中，锐钛矿表现高活性。②TiO2表面结构的影响③光催化颗粒直径的影响④溶液PH值的影响⑤温度的影响⑥其他因素的影响，如氧化剂、光源、光强、反应液中的盐等。5.提高TiO2光催化活性的途径及原因：目前存在的两个问题：量子效率低、太阳能使用率低。 改性途径:①贵金属沉积②复合半导体③离子掺杂修饰④表面光敏化。原因：1、贵金属负载后的TiO2表面具有高的光催化活性，能吸收可见光，可有效防止电子-空穴复合和降低还原反应过电压损失。2、复合半导体的体系，解决了光催化的可见光吸收系数小和电子-空穴复合等问题。③离子掺杂修饰，掺杂可形成捕获中心，抑制电子-空穴复合，可形成掺杂能级，使能量较小的光子能激发掺杂能级上捕获的电子和空穴，提高光子利用率，可导致载流子扩散长度增大，延长电子和空穴的寿命，抑制复合。形成晶格缺陷，利于形成更多的Ti3+氧化中心。以下为第四章 纳米TiO2的制备方法：物理法：机械粉碎法。化学法：分为液相法和气相法。 液相法分为：液相沉积法，溶胶-凝胶法，醇盐水解法，微乳液法，水热法。 气相法分为：TiCl4氢氧焰水解法，TiCl4气相氧化法，钛醇盐气相氧化法。 钛醇盐气相水解法，钛醇盐气相热解法。 第四章氢能材料及光催化剂氢研究进展 光催化剂H2的体系，难题及基本原理。 （1）体系：半导体光电催化制氢：1.Z-型体系光催化法→模拟植物的光合作用。Z过程。2.悬浮体系光催化法。3.光电化学体系制氢。 （2）效率低：①太阳光利用率低②光量子产率低（约4%）③能级不匹配④逆反应载流子复合 （3）半导体光催化剂氢热力学原理利用e’和h·的还原和氧化性 H2O→H2+1/2O2△G=-238KJ/mol体现在H+变化H2，需一个电极电位。 （4）半导体光催化制氢条件（制氢材料的要求） ①高稳定性，廉价②半导体的禁带宽度Eg大于水的分解电压③能带位置要与氢的氧的反应电势相匹配④高效吸收太阳光谱中的大多数光子 （5）影响光催化剂氢效率的因素：①催化剂的种类②催化剂的晶体结构③受激电子-空穴对存活寿命④逆反应速度⑤其他因素，如pH值、光强、反应物浓度、温度、无机离子等。 第六章太阳能电池 1.太阳能光伏电池分类：晶体硅电池：单晶硅电池，多晶硅电池。薄膜涂层电池：硅基薄膜电池、化合物半导体薄膜电池。其他新型电池。 2.染料敏化太阳能电池（DSSC） <1>电池结构：是由二氧化钛基膜、光敏化剂（染料）、电解质（含氧化还原电池对）、透明电池对及透明导电基板组成的夹层结构。 光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。 这种现象被称为“光生伏特效应”，简称“光伏效应”。 阴极：镀铂的导电玻璃。阳极：染料敏化半导体薄膜TiO2。电介质：I3-/I- 将纳米TiO2烧结在导电玻璃上，再将光敏染料镶嵌在多孔纳米TiO2表面形成工作电极。在工作电极和对电极（通常为把载了催化量铂或者碳的导电玻璃）之间是氧化还原物质（I2和I-）的液体电解质，它浸入纳米TiO2的孔穴与光敏染料接触。 工作原理(怎样实现在光照下产生电流?)答：①染料分子的激发②染料分子中激发态的电子注入到TiO2的导带中③染料分子通过接受来自电子供体（染料）的电子，得以再生。④注入到TiO2导带中的电子与氧化态染料之间的复合，此过程会减少流入到外电路中电子的数量，降低电池的光电流。⑤注入到TiO2导带中的电子通过TiO2网络，传输到TiO2膜与导电玻璃的接触面后，流入到外电路中，产生光电流。⑥在TiO2膜中传输的电子和氧化钛燃料之间的复合反应。⑦电介质中的氧化还原对将空穴传输到对电极，完成外电路中电流循环。阳极材料改性技术的研究进展，主要目的：是利用其巨大的表面积来吸附单分子层染料。纳米材料：指固体颗粒小到纳米尺度的超微粒子和晶体尺度小到纳米基体的固体薄膜。 ①电极材料仍存在的问题，用掺杂或在电极薄膜表面上复合上一定厚度的半导体，此外，用紫外线照射等方法对电极材料改性。②电极形貌结构的设计基本上还停留在纳米多孔膜阶段。以下为第七章 1.电催化氧化：是指通过阳极反应直接讲降解有机物或产生羟基自·OH、cl2、O2、及O3一类的氧化剂降解有机物的方法。 2.电催化氧化技术 <1>电极在化学反应中的分类： 第一类电极：直接参加电化学反应，并有所消耗（阳极溶解）或生长（阴极电沉积）多属于金属电极过程。 第二类电极:本身并不直接参加电极反应和消耗（惰性电极或不溶解电极）但对电化学反应的速度和反应机理有重要影响，这一作用称为电化学催化。 电催化作用：即可由电极材料本身产生，也可通过各种工艺使电极表面修饰和改性后获得。电催化剂：电极本体或构成电极反应表面的其他材料（电极仅作为电催化剂的基体）。 对电催化剂的要求:①高的电催化性②稳定，耐蚀③良好的电催化选择性④良好的电子导电性⑤易加工和制备，成本较低。 3.电催化氧化技术的机理：半导体材料处于一定强度的电场时，其价带电子也会越过禁带进入导带，同时在价带上形成电激空穴。空穴具有很强的俘获电子的能力，可以夺得半导体颗粒表面的有机物或溶剂中的电子发生氧化还原反应。世家电压能使催化材料内部形成电压梯度，促使空穴与电子向相反方向发生移动，抑制其复合，从而提高了催化效率。 4.电催化氧化技术的优点及举例 优点：①过程中产生的·OH无选择性的直接与废水中的有机物反应，将其降解为CO2、H2O和简单的有机物，没有或很少产生二次污染。②能量效率高，一般常温常压下即可进行。③即可单独处理，又可作为前处理。 举例：电催化氧化技术目前广泛应用于降解水中所含的烃类有机物、醛类有机物、醇类有机物、酚类有机物、胺类有机物。 5.影响电催化氧化的因素：①催化电极本身的催化活性②反应体系的PH值③反应体系的电压。 6.光催化半导体的应用主要有哪些?这些应用对材料由哪些要求？怎样提高催化半导体材料的性能？答：①应用：半导体光电催化制氢。其中包括Z-型体系光催化法、悬浮体系光催化法、光电化学体系光催化法、②对材料的要求：高稳定性。价格低廉。半导体的禁带宽度要大于水的分解电压，能带位置要与氢和氧的反应电势相匹配。高效吸收太阳光谱中的大多数光子。③提高性能：锐钛矿型TiO2的光催化活性较高，适当控制晶格内部的缺陷，减小晶粒的尺寸、粒径越小，；量子效率越高。 目录 目录 ------------------------------------------------------------------------------------------- 1 1前言----------------------------------------------------------------------------------------- 2 2 有机光电材料 ------------------------------------------------------------------------------ 2 2.1光电材料的分类 --------------------------------------------------------------------- 2 2.2有机光电材料的应用 ---------------------------------------------------------------- 3 2.2.1有机太阳能电池材料--------------------------------------------------------- 3 2.2.2有机电致发光二极管和发光电化学池 --------------------------------------- 4 2.2.3有机生物化学传感器--------------------------------------------------------- 4 2.2.4有机光泵浦激光器 ----------------------------------------------------------- 4 2.2.5有机非线性光学材料--------------------------------------------------------- 5 2.2.6光折变聚合物材料与聚合物信息存储材料 ---------------------------------- 5 2.2.7聚合物光纤------------------------------------------------------------------- 6 2.2.8光敏高分子材料与有机激光敏化体系 --------------------------------------- 6 2.2.9 有机光电导材料 ------------------------------------------------------------- 6 2.2.10 能量转换材料 -------------------------------------------------------------- 7 2.2.11 染料激光器----------------------------------------------------------------- 7 2.2.12 纳米光电材料 -------------------------------------------------------------- 7 3 光电转化性能原理 ------------------------------------------------------------------------- 7 4 光电材料制备方法 ------------------------------------------------------------------------- 8 4.1 激光加热蒸发法 ------------------------------------------------------------------- 8 4.2 溶胶-凝胶法 ---------------------------------------------------------------------- 8 4.3 等离子体化学气相沉积技术（PVCD）------------------------------------------ 9 4.4 激光气相合成法 ------------------------------------------------------------------ 9 5 光电材料的发展前景---------------------------------------------------------------------- 10 肖特基势垒光电二极管原理及应用 引言 肖特基势垒光电二极管又称金属-半导体光电二极管，其势垒不再是p-n结，而是金属和半导体接触形成的阻挡层，即肖特基势垒。 1 肖特基势垒二极管结构原理及特性 1.1简述 图1 肖特基势垒二极管 肖特基二极管（如图1）是以其发明人肖特基博士（Schottky）命名的，SBD 是肖特基势垒二极管（Schottky Barrier Diode，缩写成SBD）的简称。SBD不是利用p型半导体与n型半导体接触形成p-n结原理制作的，而是利用金属与半导体接触形成的金属－半导体结原理制作的。因此，SBD也称为金属-半导体（接触）二极管或表面势垒二极管，它是一种热载流子二极管。是近年来问世的低功耗、大电流、超高速半导体器件。其反向恢复时间极短（可以小到几纳秒），正向导通压降仅0.4V左右，而整流电流却可达到几千安培。这些优良特性是快恢复二极管所无法比拟的，中、小功率肖特基整流二极管大多采用封装形式。 1.2结构原理 图2 肖特基势垒二极管结构原理及等效电路 肖特基势垒二极管（也叫热载子二极管）在机械构造上与点接触二极管很相似，但它比点接触二极管要耐用，而且功率也更大。图2（a）给出了肖特基势垒二极管的基本构造。图2（b）是其等效电路。这种形式的电路是威廉姆·肖特基（William Schottky）在1938年研究多数载流子的整流现象时提出的。 肖特基二极管是贵金属（金、银、铝、铂等） A为正极，以N型半导体B为负极，利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的金属-半导体器件。因为N型半导体中存在着大量的电子，贵金属中仅有极少量的自由电子，所以电子便从浓度高的B中向浓度低的A中扩散。显然，金属A中没有空穴，也就不存在空穴自A向B的扩散运动。随着电子不断从B扩散到A，B表面电子浓度逐渐降低，表面电中性被破坏，于是就形成势垒，其电场方向为B→A。但在该电场作用之下，A中的电子也会产生从A→B的漂移运动，从而削弱了由于扩散运动而形成的电场。当建立起一定宽度的空间电荷区后，电场引起的电子漂移运动和由于浓度不同引起的电子扩散运动达到相对的平衡，这时便形成了肖特基势垒。 典型的肖特基整流管的内部电路结构以N型半导体为基片，在上面形成用砷作掺杂剂的N-外延层。阳极（阻挡层）金属材料是钼。二氧化硅（SiO2）是用来消除边缘区域的电场，提高管子的耐压值。N型基片具有很小的通态电阻，其掺杂浓度较N-层要高100%倍。在基片下边形成N+阴极层，其作用是减小阴极的接触电阻。通过调整结构参数，可在基片与阳极金属之间形成合适的肖特基势垒，当加上正偏压E时，金属A和N型基片B分别接电源的正、负极，此时势垒宽度变窄。加负偏压-E时，势垒宽度就变宽。 综上所述，肖特基整流管的结构原理与PN结整流管有很大的区别，通常将PN 结整流管称作结整流管，而把金属-半导管整流管叫肖特基整流管。近年来，采用硅平面工艺制造的铝硅肖特基二极管也已问世，这不仅可以大量节省贵金属，而且还大幅度降低了成本，还改善了参数的一致性。 肖特基整流管仅用一种载流子（电子）输送电荷，在势垒外侧无过剩少数载流子的积累，因此，不存在电荷储存问题，使开关特性获得明显改善。其反向恢复时间已能缩短到10ns以内。但它的反向耐压值较低，一般不超过去时100V。因此适宜在低压、大电流情况下工作。利用肖特基二极管的低压降这一特点，从而能够提高其在低压、大电流整流（或续流）电路的效率。 1.3 肖特基势垒二极管特性及应用 肖特基势垒二极管属于一种低功耗、超高速半导体器件。最显著的特点为反向恢复时间极短（可以小到几纳秒），正向导通压降仅0.4V左右。其多用作高频、低压、大电流整流二极管、续流二极管、保护二极管，也有用在微波通信等电路中作整流二极管、小信号检波二极管使用。在通信电源、变频器等中比较常见。但是，它也有一些缺点：耐压比较低，漏电流稍大些。选用时要全面考虑。 1.3.1 性能比较 半导体材料种类繁多，分类方法各不相同，一般将以硅(Si)、锗(Ge)等为代表的元素半导体材料称为第一代半导体材料；以砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、磷化镓(GaP)等为代表的化合物半导体材料称为第二代半导体材料；以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氮化铝（AlN）、氧化锌(ZnO)、金刚石为代表的宽禁带半导体材料称为第三代半导体材料[1]。以硅材料为代表的第一代半导体材料的发展是从20世纪50年代开始，它取代了笨重的电子管，导致了以集成电路为核心的微电子工业的发展和整个IT产业的飞跃，广泛应用于信息处理和自动控制等领域[2]。 20世纪90年代以来，随着移动无限通信的飞速发展和以光纤通信为基础的信息高速公路和互联网的兴起，第二代半导体材料开始兴起。由于其具有电子迁移率高、电子饱和漂移速度高等特点，适于制备高速和超高速半导体器件，目前基本占领手机制造器件市场[3]。 当前，电子器件的使用条件越来越恶劣，要适应高频、 大功率、耐高温、抗辐照等特殊环境。为了满足未来电子器件需求，必须采用新的材料，以便最大限度地提高电子元器件的内在性能。近年来，新发展起来了第三代半导体材料--宽禁带半导体材料，该类材料具有热导率高、电子饱和速度高、击穿电压高、介电常数低等特点[4]，这就从理论上保证了其较宽的适用范围。目前，由其制作的器件工作温度可达到600℃以上、抗辐照1×106rad；小栅宽GaNHEMT器件分别在4GHz下，功率密度达到40W/mm；在8GHz，功率密度达到30W/mm；在18GHz，功率密度达到9.1W/mm；在40GHz，功率密度达到10.5W/mm；在80.5GHz，功率密度达到2.1W/mm，等。因此，宽禁带半导体技术已成为当今电子产业发展的新型动力。从目前宽禁带半导体材料和器件的研究情况来看，研究重点多集中于碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)技术，其中SiC技术最为成熟，研究进展也较快；而GaN技术应用广泛，尤其在光电器件应用方面研究比较深入[5]。氮化铝、金刚石、氧化锌等宽禁带半导体技术研究报道较少，但从其材料优越性来看，颇具发展潜力，相信随着研究的不断深入，其应用前景将十分广阔。 1宽禁带半导体材料 1.1碳化硅单晶材料 在宽禁带半导体材料领域就技术成熟度而言，碳化硅是这族材料中最高的，是宽禁带半导体的核心。SiC材料是IV-IV族半导体化合物，具有宽禁带(Eg：3.2eV)、高击穿电场(4×106V/cm)、高热导率(4.9W/cm.k)等特点[6]。从结构上讲，SiC材料属硅碳原子对密排结构，既可以看成硅原子密排，碳原子占其四面体空位；又可看成碳原子密排，硅占碳的四面体空位[7]。对于碳化硅密排结构，由单向密排方式的不同产生各种不同的晶型,业已发现约200种[8]。目前最常见应用最广泛的是4H和6H晶型。4H-SiC特别适用于微电子领域，用于制备高频、高温、大功率器件；6H-SiC特别适用于光电子领域，实现全彩显示。 第一代、第二代半导体材料和器件在发展过程中已经遇到或将要遇到以下重大挑战和需求[9,10]： (1)突破功率器件工作温度极限，实现不冷却可工作在300℃～600℃高温电子系统。 (2)必须突破硅功率器件的极限，提高功率和效率，从而提高武器装备功率电子系统的性能。 (3)必须突破GaAs功率器件的极限，在微波频段实现高功率密度，实现固态微波通讯系统、雷达、电子对抗装备更新换代。 (4)必须拓宽发光光谱，实现全彩显示、新的光存储、紫外探测以及固态照明。 随着SiC技术的发展，其电子器件和电路将为系统解决上述挑战奠定坚实基础。因此SiC材料的发展将直接影响宽禁带技术的发展。 SiC器件和电路具有超强的性能和广阔的应用前景，因此一直受业界高度重视，基本形成了美国、 欧洲、日本三足鼎立的局面。目前，国际上实现碳化硅单晶抛光片商品化的公司主要有美国 半导体光电探测器 摘要：本文介绍了光电与系统的组成、一些半导体光电探测器的结构和工作原 理，最后阐述了光电导探测器与光伏探测器的区别。 关键词：半导体光电探测器，光电系统，光电导探测器，光伏探测器 Semiconductor photoelectric detector Abstract：This paper introduces the composition of photoelectric and system, the structure and working principle of some semiconductor photoelectric detector，finally describes the distinction of photoconductive detector and photovoltaic detector. Key words：semiconductor photoelectric detector，photoelectric system，photoconductive detector，photovoltaic detector 引言 光电探测器是一种受光器件，具有光电变换功能。光敏器件的种类繁多，有光敏电阻、光电二极管、光电三极管、光晶闸管、集成光敏器件等；有雪崩型的及非雪崩型的；有PN结型、PIN结型及异质结型的等。由于光电探测器的响应速度快，体积小，暗电流小，使之在光纤通讯系统、光纤测试系统、光纤传感器、光隔离器、彩电光纤传输、电视图象传输、快速光源的光探测器、微弱光信号的探测、激光测距仪的接收器件、高压电路中的光电测量及光电互感器、计算机数据传输、光电自动控制及光测量等方面得到了广泛应用。 半导体光电探测器是用半导体材料制作的能接收和探测光辐射的器件。光照射到器件的光敏区时，它就能将光信号转变成电信号，是一种光电转换功能的测光元件。它在国防和工农业生产中有着重要和广泛的应用。 半导体光电探测器可分为光电导型和光伏型两种。光电导型是指各种半导体光电导管，即光敏电阻；光伏型包括光电池、P-N结光电二极管、PIN光电二级管、雪崩光电二极管、光电三级管等。本文首先介绍了光电系统的组成，然后分别介绍了各元件的结构和工作原理，最后将这两类探测器进行比较。 一、光电子系统的组成 现代光电子系统非常复杂，但它的基本组成可用图1-1-1来说明：待传送信号经过编码器编码后加到调制器上去调制光源发出的光，被调制后的光由发射光学系统发送出去。发射光学系统又称为发射天线，因为光波是一种电磁波，发射光学系统所起的作用和无线电发射天线所起的作用完全相同。发送出去的光信号经过传输介质，如大气等，到达接收端，由接收光学系统或接收天线将光聚焦到 纳米光电材料 1.定义：纳米材料是一种粒子尺寸在1到100nm的材料。纳米光电材料是指能够将光能转化为电能或化学能等其它能量的一种纳米材料。其中最重要的一点就是实现光电转化。 其原理如下： 光作用下的电化学过程即分子、离子及固体物质因吸收光使电子处于激发态而产生的电荷传递过程。当一束能量等于或大于半导体带隙( Eg) 的光照射在半导体光电材料上时，电子(e-) 受激发由价带跃迁到导带，并在价带上留下空穴(h + )，电子与孔穴有效分离，便实现了光电转化[1]。 2.分类：纳米光电材料的分类 纳米光电材料按照不同的划分标准有不同的分类，目前主要有以下几种： 1. 按用途分类：光电转换材料：根据光生伏特原理，将太阳能直接转换成电能的一种半导体光电材料。目前，小面积多结GaAs太阳能电池的效率超过40 %[2]。 光电催化材料：在光催化下将吸收的光能直接转变为化学能的半导体光电材料，它使许多通常情况下难以实现或不可能实现的反应在比较温和的条件下能够顺利进行。例如，水的分解反应，该反应的ΔrGm﹥﹥0在光电材料催化下，反应可以在常温常压下进行[3] 2. 按组成分类： 有机光电材料：由有机化合物构成的半导体光电材料。主要包括酞青及其衍生物、卟啉及其衍生物、聚苯胺、噬菌调理素等； 无机光电材料：由无机化合物构成的半导体光电材料。主要包括Si、TiO2、ZnS、LaFeO3、KCuPO4·6H2O、CuInSe2等； 有机与无机光电配合物：由中心金属离子和有机配体形成的光电功能配合物。主要有2，2-联吡啶合钌类配合物等[4]。 3. 按形状分类 纳米材料大致可分为纳米粉末、一维纳米材料、纳米膜等。 纳米粉：又称为超微粉或超细粉，一般指粒度在100纳米以下的粉末或颗粒，是一种介于原 光电倍增管（PMT）研究进展及应用 ——记2004年北京HAMAMATSU技术交流会 前言 “2004年北京HAMAMATSU技术交流会”于2004年10月27日～2004年10月29日在浙江杭州召开的。北京HAMAMATSU技术交流会是由北京滨松光子技术有限公司承办的技术交流活动，每年举办一次，邀请各个科研机构和生产单位的专家和技术人员参加，主要介绍滨松公司的产品和研究进展，解答用户的技术问题，交流讨论光电器件在科研和生产中的应用问题。我代表西安交通大学生物医学与分子光子学研究室和西安天隆科技有限公司有幸参加了这次交流活动。 HAMAMATSU（滨松）是总部设在日本的一家主要生产光器件的跨国公司。它在亚洲、欧洲和北美设有七家分支机构。日本滨松下设四个生产部门：电子管事业部，主要生产以光电倍增管为主的各种真空探测器,真空光源等相关仪器设备。半导体事业部，主要生产以光电二极管为主的各种半导体光电器件。系统事业部，主要生产以滨松公司自产器件为中心的各种分析和测量仪器,应用在半导体芯片,生物工程和医疗等各种领域。激光器事业部，主要生产科研和产业用的大功率半导体激光器。北京滨松光子技术有限公司是1988年由中国核工业总公司北京核仪器厂与日本滨松光子学株式会社共同投资成立的。 在2004年交流会中来自日本滨松总部、电子管事业部、半导体事业部的五位专家做了五场专题报告，分别是大冢副社长做的“HPK(滨松)与光产业的现状和未来”，夸田敏一先生做的“PMT新产品介绍”，久米英浩先生做的“PMT应用技术产品及应用领域”，伊藤先生做的“半导体光检测新产品介绍”和石原繁树做的“光源产品介绍”。会议过程中还穿插有技术交流活动，为来自各个科研院所和生产单位的技术人员提供了一个交流的平台。 光电倍增管技术的进展 图1 滨松生产的PMT 半导体光电催化第一章 1.原子轨道相互交迭情况 原子钟的电子分布在内外层电子轨道上，每一层轨道对应确定的能量。当原子相互接近并形成晶体时，不同原子的内外壳层。电子轨道之间就有一定的交迭，相邻原子最外层轨道交迭最多，内层轨道交迭最少。当原子组成晶体后，由于原子轨道的交迭，电子不再完全局限在某一个原子钟，它可以转移到相邻原子上去，而且可以从邻近的原子轨移到更远的原子上去，以致任何一个电子可以在整个晶体中以一个原子转移到另一个原子，不再属于某个原子所有，这即晶体中的电子共有化运动。 2.用能级的形式解释能带 禁带：在相邻两个能带之间的区域中，不存在电子占有的能级，将这两个能带间的区域称为禁带。每个能带和禁带的宽度是由各种晶体的具体原子结构和晶体结构所决定的。禁带宽度为零点几到几个电子伏。由于可得出①同一晶体的某个能带，其宽度一定，这是因为能带宽度主要取决于电子轨道的交迭程度。对同一晶体，原子间距是常数，所以各轨道的交迭程度一定。②同一晶体的不同能带，上面的宽，下面的窄。这是因为上面的能带与原子的外层轨道相对应，外层轨道交迭多，能带就宽，内层轨道交迭少，能带就窄。由此可见，能带的宽窄实际上反映了电子共有化的自由程度。 3.满带：能带全部被电子填满。内层电子轨道对应的能带。 零带：能带中可占据能级全部是空的。 价带：价电子所处的能带，最高电子占有能带。（HDMO），可能是全部填满或部分填满。导带：最低空能带（LLIMO） 4.能带对不同材料的解释（对导体，半导体电导率的差别） 按电阻来分：金属导体p<10-6Ω·m绝缘体p>107Ω·m半导体10-6 半导体发光二极管灯具介绍 一、定义 半导体发光二极管灯具即LED（Light Emitting Diode）灯具，是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。LED照明产品就是利用LED作为光源制造出来的照明器具。 半导体发光二极管灯具 二、前景 当前全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，节约能源是我们未来面临的重要的问题，在照明领域，LED发光产品的应用正吸引着世人的目光，LED作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势，二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代。 LED灯具 LED被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。近年来，世界上一些经济发达国家围绕LED的研制展开了激烈的技术竞赛。美国从2000年起投资5亿美元实施“国家半导体照明计划”，欧盟也在2000年7月宣布启动类似的“彩虹计划”。我国科技部在“863”计划的支持下，2003年6月份首次提出发展半导体照明计划。 三、优点 高节能：节能能源无污染即为环保。直流驱动，超低功耗（单管 0.03-0.06瓦）电光功率转换接近100%，相同照明效果比传统光源节能80%以上。 LED灯泡 寿命长：LED光源有人称它为长寿灯，意为永不熄灭的灯。固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。 多变幻：LED光源可利用红、绿、蓝三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，即可产生256×256×256=16777216种颜色，形成不同光色的组合变化多端，实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。 利环保：环保效益更佳，光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，而且废弃物可回收，没有污染不含汞元素，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。 山东建筑大学毕业论文开题报告表班级： 姓名： 论文题目宽禁带半导体ZnO的调研一、选题背景和意义 Zn0是一种新型的II-VI族宽禁带半导体材料，具有优异的晶格、光电、压电和介电特性，和III-V族氮化物及II-VI族硒化物比具有很多潜在的优点。首先，它是一种直接带隙宽禁带半导体，室温下的禁带宽度为，与GaN()相近，而它的激子结合能()却比GaN()高出许多，因此产生室温短波长发光的条件更加优越；而且ZnO薄膜可以在低于500℃温度下获得，不仅可以减少材料在高温西制备时产生的杂质和缺陷，同时也大大简化了制备工艺；同时ZnO来源丰富，价格低廉，又具有很高的热稳定性和化学稳定性。ZnO在UV、蓝光LED和LDS器件等研究方面被认为是最有希望取代GaN的首选材料，ZnO已经成为国内外半导体材料领域一个新的研究热点。国内外有很多科研团队都在进行ZnO的研究．虽然Zn0暂时不能完全取代si 在电子产业中的基础地位，但是ZnO以其特殊的性质成为Si电路的补充。 国内外对于ZnO的研究一直是近几年半导体材料研究的热点。无论是薄膜ZnO、纳米ZnO或是体单晶ZnO，文献很好地总结了2003年之前的国外ZnO晶体的研究与发展状况。随着高质量、大尺寸单晶ZnO 生产已经成为可能，单晶ZnO通过加工可以作为GaN衬底材料。ZnO与GaN的晶体结构、晶格常量都很相似。晶格失配度只有2.2%(沿〈001〉方向)、热膨胀系数差异小，可以解决目前GaN生长困难的难题。GaN作为目前主要的蓝、紫外发光半导体材料，在DVD播放器中有重要的应用。由于世界上能生产ZnO单晶的国家不多，主要是美国、日 本。所以ZnO单晶生产具有巨大的市场潜力。近年来，材料制备技术的突破，纳米ZnO半导体的制备、性能及其应用成为材料学的一个研究热点。 本文介绍了ZnO薄膜具有的许多优异特性，优良的压电性、气敏性、压敏性和湿敏性，且原料廉价易得。这些特点使其在表面声波器件(SAW)、太阳能电池、气敏元件等领域得到广泛的应用。随着对ZnO紫外受激发射特性的研究和P型掺杂的实现，ZnO作为光电材料在紫外探测器、LED、LD等领域也有着巨大的应用潜力。另外本文还介绍了纳米氧化锌的许多优点和在许多方面的应用。 目前，我国各类氧化锌处于供不应求的状况，而以活性氧化锌和纳米氧化锌取代传统氧化锌是不可阻挡的趋势，可见，今后纳米氧化锌必会有非常广阔的市场前景。 二、课题关键问题及难点 要深入研究该方面的知识，就要涉猎很多方面的知识。作为本科学生，如何在现有知识的基础上，阅读并理解有关书目、文献，总结归纳相关理论和研究方法，是本课题首先要解决的关键问题。 首先，要了解氧化锌作为宽禁带半导体的特性，然后再细致的查找氧化锌薄膜的诸多性质和这些性质在哪些方面的应用。同时要寻找纳米氧化锌材料与普通氧化锌材料相比有哪些优点、在发展中存在的问题和以后的研究方向。查询相关资料并阅读和理解之后，合理的安排介绍氧化锌作为宽禁带半导体材料的性质和应用。 三、文献综述 当前，电子器件的使用条件越来越恶劣，要适应高频、大功率、耐高温、抗辐照等特殊环境。为了满足未来电子器件需 宽禁带半导体光电材料的研究及其应用 宽禁带半导体材料(Eg大于或等于3.2ev)被称为第三代半导体材料。主要包 括金刚石、SiC、GaN等。和第一代、第二代半导体材料相比,第三代半导体材料具有禁带宽度大,电子漂移饱和速度高、介电常数小、导电性能好,具有更高的击穿电场、更高的抗辐射能力的特点,其本身具有的优越性质及其在微波功率器件领域应用中潜在的巨大前景,非常适用于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子器件。 以氮化镓(GaN)为代表的Ⅲ族氮化物作为第三代半导体材料,是一种良好的直 接宽隙半导体光电材料,其室温禁带宽度为3.4eV,它可以实现从红外到紫外全可见光范围的光辐射。近年来已相继制造出了蓝、绿色发光二极管和蓝色激光器等光电子器,这为实现红、黄、蓝三原色全光固体显示,制备大功率、耐高温、抗腐蚀器件,外空间紫外探测,雷达,光盘存储精细化、高密度,微波器件高速化等奠定了基础。 氮化镓和砷化镓同属III-V族半导体化合物,但氮化镓是III-V族半导体化合物中少有的宽禁带材料。利用宽禁带这一特点制备的氮化镓激光器可以发出蓝色激光,其波长比砷化镓激光器发出的近红外波长的一半还要短,这样就可以大大降低激光束聚焦斑点的面积,从而提高光纪录的密度。与目前常用的砷化镓激光器相比,它不仅可以将光盘纪录的信息量提高四倍以上,而且可以大大提高光信息的存取速度。这一优点不仅在光纪录方 面具有明显的实用价值,同时在光电子领域的其他方面也可以得 到广泛应用。虽然人们早就认识到氮化镓的这一优点,但由于氮 化镓单晶材料制备上的困难以及难于生长出氮化镓PN结,氮化 镓发光器件的研究很长时间一直没有获得突破。经过近20年的 努力,1985年通过先进的分子束外延方法大大改善了氮化镓材 半导体电子元器件基本知识 四、光隔离器件 光耦合器又称光电耦合器，是由发光源和受光器两部分组成。发光源常用砷化镓红外发光二极管，发光源引出的管脚为输入端。常用的受光器有光敏三极管、光敏晶闸管和光敏集成电路等。受光器引出的管脚为输出端。光耦合器利用电---光----电两次转换的原理，通过光进行输入与输出之间的耦合。 光耦合器输入与输出之间具有很高的绝缘电阻，可以达到10的10次方欧姆，输入与输出间能承受2000V以上的耐压，信号单向传输而无反馈影响。具有抗干扰能力强、响应速度快、工作可靠等优点，因而用途广泛。如在：高压开关、信号隔离转换、电平匹配等电路中。 光隔离常用如图： 五、电容 有电解电容、瓷片电容、涤纶电容、纸介电容等。 利用电容的两端的电压不能突变的特性可以达到滤波和平滑电压的目的以及电路之间信号的耦合。电解电容是有极性的（有+、-之分）使用时注意极性和耐压。 电路原理图一般用C1、C2、C？等表示。 半导体二极管、三极管、场效应管是电路中最常用的半导体器件，PN结是构成各种半导体器件的重要基础。 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。具有热敏、光敏、掺杂特性；根据掺入的杂质不同，可分为：N型半导体、P型半导体。 PN结是采用特定的制造工艺，使一块半导体的两边分别形成P型半导体和N型半导体，它们交界面就形成PN结。PN结具有单向导电性，即在P端加正电压，N端接负时PN结电阻很低，PN结处于导通状态，加反向电压时，PN结呈高阻状态，为截止,漏电流很小。 一、二极管 将PN结加上相应的电极引线和管壳就成为半导体二极管。 P结引出的电极称为阳极（正极），N结引出的电极称为阴极（负极），原理图中一般常用D1、D2、D？等表示。 二极管正向导通特性（死区电压）：硅管的死区电压大于0。5V，诸管大于0。1V。用数字式万用表的二极管档可直接测量出正极和负极。利用二极管的单向导电性可以组成整流电路。将交流电压变为单向脉动电压。 使用注意事项： 1、在整流电路中流过二极管的平均电流不能超过其最大整流电流； 2、在震荡电路或有电感的回路中注意其最高反向击穿电压的使用问题； 3、整流二极管不应直接串联（大电流时）或并联使用，串联使用时，每个二极管应并联一个均压电阻，其大小按100V（峰值）70K左右计算，并联使用时，每个二极管应串联10 半导体光电效应及其应用 量子力学无疑是20世纪最伟大的科学成就之一，它的诞生是人类对自然界，尤其对微观世界的认识有了质的飞跃，对许多造福人类的高新技术的发展起了奠基、催生和巨大的推动作用。 自20世纪中期开始，电子工业取得了长足的进步，目前已成为世界上最大的产业，而其基础为半导体材料。为了适应电子工业的巨大需求，从第一代半导体材料：硅、锗（1822年，瑞典化学家白则里用金属钾还原氟化硅得到了单质硅。）发展到第二代半导体材料：Ⅲ——Ⅴ族化合物，再到现在的第三代半导体材料：宽带隙半导体。半导体领域取得了突飞猛进的发展。 一、光电效应 光照射到某些物质上，引起物质的电性 质发生变化，也就是光能量转换成电能。这 类光致电变的现象被人们统称为光电效应 （Photoelectric effect）。这一现象是 1887年赫兹在实验研究麦克斯韦电磁理论 时偶然发现的。1905年，爱因斯坦在《关于光的产生和转化的一个启发性观点》一文中，用光量子理论对光电效应进行了全面的解释。1916年，美国科学家密立根通过精密的定量实验证明了爱因斯坦的理论解释，从而也证明了光量子理论。 光电效应分为光电子发射、光电导效应和光生伏特效应。前一种现象发生在物体表面，物体在光的照射下光电子飞到物体外部的现象，又称外光电效应。后两种现象发生在物体内部，物体受光照射后，其内部的原子释放出电子并不溢出物体表面，而是仍留在内部，称为内光电效应。内、外光电效应在光电器件和光电子技术中具有重要的作用，根据这些效应可制成不同的光电转换器件（光敏器件）。 通过大量的实验总结出光电效应具有如下实验规律： 1、每一种金属在产生光电效应是都存在一极限频率（或称截止频率），即照射光的频率不能低于某一临界值。相应的波长被称做极限波长 宽禁带半导体材料特性及生长技术 何耀洪, 谢重木 (信息产业部电子第46所,天津,300220) 摘要:叙述了宽带半导体材料SiC、G aN的主要特性和生产长方法,并对其发展动态和存在问题进行了简要评述。 关键词:宽禁带半导体材料;碳化硅;氮化硅 中图分类号:TN304 文章编号:1005-3077(1999)-04-0031-09 The Characteristics and Growth Methods of Wide Bandgap Semiconductor Materials HE Yaohong, XIE Chongmu (T he46th Research Institute,M.I.I.,T ianjin,300220) A bstract:The paper presents the main characteristics and g rowth methods o f wide bandgap semiconduc- tor materials,In aditio n,the lastest developments and problems o n SiC and GaN to be reviewed. Key words:w ide bandgap semiconductor materials;SiC;G aN 1 引 言 在半导体工业中,人们习惯地把锗(Ge)、硅(Si)为代表的元素半导体材料称为第一代半导体材料,把砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)为代表的化合物半导体材料称为第二代半导体材料,而把碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)为代表的化合物半导体材料称为第三代半导体材料,由于SiC和GaN材料的禁带宽度较Si、GaAs等材料更宽,因而它们一般具有高的击穿电场、高的热导率、高的电子饱和速率及更高的抗辐射能力,因而更适合于制作高温、高频及大功率器件,故称这类材料为宽禁带半导体材料,也称高温半导体材料。它们在微电子和光电子领域中具有十分广阔的应用潜在优势,如AlGaN HFET最大振荡频率超过100GHz,功率密度大于5.3W/m m(在10GHz时),4H-SiC M EFET在850M Hz(CW)和10GHz(PW)时功率密度3.3W/mm,4H-SiC PIN二极管击穿电压高达5.5kV;在可见光全光固体显示、高密度存储、紫外探测及在节能照明(半导体激光光源能耗仅为相当亮度白炽灯泡的十分之一,而寿命长达10～15年)等方面开创了广阔的应用前景。 2 SiC材料特性及生长技术 近年来,随着半导体器件在航空航天、石油勘探,核能、汽车及通信等领域应用的不断扩 收稿日期:1999-11-30 氮化物宽禁带半导体一第三代半导体技术 张国义１，李树明２ 北掌大学韵曩最，卜蘑■一目毫重点宴■宣 ‘２北大董光科技酣青曩公司 北囊１∞耵１ ｉ盲謦。 莳耍曰曩了量化精半导体曲主要持征和应用■量．巨督圈辱上和重内的主曩研兜理状．市场分析与攮测．由此－ｕ蚪再｝１１．氯化韵帕研究已妊成为高科技鬣壤田际竟争的■膏点之一．ｔ为第三代半■体拄术，育形成蠢科技臣夫产＿ｔ群的ｒ口艟 性．也存在着蠢积的竞争和蕞｛；‘翻舶风龄． 众所周知，以Ｇｅ，Ｓｉ为基础的半导体技术，奠定丁二十世纪电子工业的基础．其主要产品形式是以大规模集成电路为主要技术的计算机等电子产品．形成了巨大的徽电子产业 群。其技术水平标志是大的晶片尺寸和窄的线条宽度．如１２英寸／０．１５微米技术．是成 功的标志，被称之为第一代半导体技术．以Ｇ“ｓ．ＩｎＰ．包括Ｇ吐ｌ＾ｓ，ＩｆＩＧａＡｓＰ，ＩｎＧａＡｌＰ瞢 ＩＩＩ—ｖ族砷化物和碑化韵半导体技术，奠定了二十世纪光电子产业的基础，其主要产品形 式是以光发射器件，如半导体发光二极管（Ｌ肋）和激光嚣（ＬＤ）等．为基础的光显示． 光通讯，光存储等光电子系统，形成了巨大的信息光电产业群。其技术水平标志是使通讯 速度，信息容量，存储密度大幅度提高，被称之为第二代半导体技术． 对徽电子和光电子领域来说，二十世纪存在的问矗和二十一世纪发晨趋势是人们关心的问题．高速仍然是微电子的追求目标，高温大功率还是没有很好解决的问题；光电子的 主要发展趋势是全光谱的发光器件，特别是短波长（绿光．蓝光．咀至紫外波段）ＬＥＤ和 ＬＤ．光电集成（０ＥＩｃ）是人们长期追求的目标，由于光电材料的不兼容性，还没有很好的 实现。事实上．这些问题是第一代和第二代半导体材料本身性质决定，不可舱解决的问 题。它需要寻找一种高性能的宽禁带半导体材料．而这一工作二十世纪后半叶就已经开 始．在世纪之交得以确认。那就是第三代半导体技术一ＩＩＩ一族氮化物半导体技术． ＧａＮ、ＡｌＮ和ＩｎＮ以及由它们组成的三元合金是主要的ＩＩＩ族氰化物材料．所有氮化物晶体的稳定结构是具有六方对称性的纤锌矿结构，而在一些特定的条件下，例如在立方豸多。 衬底上外延时，ＧａＮ和ＩｎＮ能够形成立方对称性的闪锌矿结构．这两种结构只是原子层的 堆积次序不同，它们的原予最近邻位置几乎完全相同，而次近邻位置有所不同，因而它们 的性质根接近。三元合金Ａ１ＧａＮ，ＩｎＧａＮ也是重要的氰化物材料。它们的禁带宽度基本符 合ｖｅｇａｒｄ定理［１，２］。№ｔｓｕｏｋａ［３］通过计算指出ＡｌＮ与ＧａＮ可咀组成组份连续变化的合 金，ＩｒＩＮ与ＧａＮ则存在较大的互熔间隙． 以氮化镓为基础的宽禁带半导体可以用来，并已经广泛用来制备高亮度蓝。绿光平＂白光ＬＥＤ，蓝光到紫外波段的激光器（ＬＤ），繁外光传感器，等光屯子器件：高温人功率场 设麻品体管（ＦＥＴ）．双极晶体管（ＨＢＴ），高电子迁移率晶体管（ＨＥＭＴ）等徽电子器 什：这些器件构成了全色火屏幕ＬＥＤ显示和交通信号灯等应Ｈｊ的ＲＧＢ１：鞋：向光ＬＥＤ将构 ?１７? 纳米光电材料 Document serial number【KK89K-LLS98YT-SS8CB-SSUT-SST108】 纳米光电材料 1.定义：纳米材料是一种粒子尺寸在1到100nm的材料。纳米光电材料是指能够将光能转化为电能或化学能等其它能量的一种纳米材料。其中最重要的一点就是实现光电转化。 其原理如下： 光作用下的电化学过程即分子、离子及固体物质因吸收光使电子处于激发态而产生的电荷传递过程。当一束能量等于或大于半导体带隙(Eg)的光照射在半导体光电材料上时，电子(e-)受激发由价带跃迁到导带，并在价带上留下空穴(h+)，电子与孔穴有效分离，便实现了光电转化[1]。 2.分类：纳米光电材料的分类 纳米光电材料按照不同的划分标准有不同的分类，目前主要有以下几种：1.按用途分类： 光电转换材料：根据光生伏特原理，将太阳能直接转换成电能的一种半导体光电材料。目前，小面积多结GaAs太阳能电池的效率超过40%[2]。 光电催化材料：在光催化下将吸收的光能直接转变为化学能的半导体光电材料，它使许多通常情况下难以实现或不可能实现的反应在比较温和的条件下能够顺利进行。例如，水的分解反应，该反应的ΔrGm﹥﹥0在光电材料催化下，反应可以在常温常压下进行[3] 2.按组成分类： 有机光电材料：由有机化合物构成的半导体光电材料。主要包括酞青及其衍生物、卟啉及其衍生物、聚苯胺、噬菌调理素等； 无机光电材料：由无机化合物构成的半导体光电材料。主要包括Si、TiO2、ZnS、LaFeO3、KCuPO4·6H2O、CuInSe2等； 有机与无机光电配合物：由中心金属离子和有机配体形成的光电功能配合物。主要有2，2-联吡啶合钌类配合物等[4]。 3.按形状分类 纳米材料大致可分为纳米粉末、一维纳米材料、纳米膜等。 纳米粉：又称为超微粉或超细粉，一般指粒度在100纳米以下的粉末或颗粒，是一种介于原子、分子与宏观物体之间处于中问物态的固体颗粒材料。 一维纳米材料：指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料。分为纳米线和纳米管。 纳米膜：纳米膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒膜是纳米颗粒粘在一起，中间有极为细小的间隙的薄膜。致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜[5]。 纳米光电材料具有纳米材料的四种特性（量子、.....) 3.纳米光电材料的制备方法 制备纳米材料的方法有很多，根据不同的纳米光电材料及其用途有不同的制备方法。 1.化学沉淀法： 通过在原料溶液中添加适当的沉淀剂，让原料溶液中的阳离子形成相应的沉淀物(沉淀颗粒的大小和形状由反应条件来控制)，然后再经过滤、洗涤、干燥、 8. Semiconductor lasers 8Semiconductor lasers yp A typical semiconductor laser is formed from a semiconductor diode and a pair of plane-parallel mirrors. In operation, the diode is forward biased In operation the diode is forward biased The populations are so large that f e+ f h> 1 for some photon energy (above the bandgap energy), thereby giving gain in the semiconductor material. If the gain per pass exceeds the mirror transmission loss and any other losses experienced by the beam (e.g, diffraction, absorption loss in nominally transparent parts of the structure, loss from scattering off material, or structure imperfections) the structure will lase. Semiconductor laser structures There are two basic configurations edge-emitting edge emitting surface emitting.(完整版)光电材料
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