| 题名 | 面向太赫兹应用的碲化锌晶体生长及性能研究 |
| 作者 | 王仍 |
| 答辩日期 | 2009-05-29 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 戴宁 |
| 关键词 | 碲化锌晶体 碲锌镉晶体 晶体生长 Thz辐射－探测 Thz时域光谱 |
| 学位专业 | 微电子学与固体电子学 |
| 英文摘要 | ZnTe晶体是一种II－VI族化合物半导体材料，具有直接跃迁能带结构，室温下禁带宽度为Eg=2.2 eV。ZnTe晶体具有较大的二阶非线性系数与电光系数，所以常被用作THz电磁波辐射与探测晶体。此外，ZnTe晶体在绿光发射器件、太阳能电池、波导和调制器等各种光电器件方面具有广阔地应用前景。 本论文报道了ZnTe晶体生长、材料表征和性能分析等方面的研究结果，给出了ZnTe晶体用于太赫兹辐射、探测方面的初步成果。论文主要包括以下内容：1. 设计并搭建了一套垂直布里吉曼炉，利用该设备生长出ZnTe单晶。采用Te溶剂法(Zn：Te＝3：7)合成、生长单晶。该方法可以有效降低晶体结晶温度，并且设备简单、操作简便。利用该设备生长晶体，获得(110)、(111)、(331)三个晶面方向的ZnTe单晶。2. 利用X射线衍射仪分析了ZnTe单晶结构，测试结果表明：<110>晶向为晶体生长的优选方向，晶体质量良好。利用可见－近红外透射光谱仪测试了ZnTe晶体透射率，计算出晶体禁带宽度为2.24 eV。利用傅立叶红外光谱仪测量晶体在2.5－20 µm波段的红外透射光谱，红外透过率约60％左右，整条透射曲线比较平坦，未见吸收峰出现。利用632.8 nm 的He－Ne激光器测试ZnTe晶体室温拉曼光谱，共发现ZnTe晶体的五个拉曼峰。其中两条拉曼峰175 cm-1和202 cm-1分别为ZnTe的一级拉曼峰，标记为横向光学声子模(TO)(175 cm-1)和纵向光学声子模(LO)(202 cm-1) 。利用扫描电子显微镜(SEM)和红外透射显微镜分析了晶体内部缺陷和夹杂物。3. 自由空间模式下，利用生长的<110>，<331>晶向ZnTe单晶进行THz辐射、探测性能研究，均成功地获得THz信号。研究表明，<331>晶向ZnTe单晶作为THz辐射晶体具有良好的辐射性能。本实验还利用ZnTe多晶成功辐射出THz信号，观察到脉冲半峰宽度为0.36 ps的THz时域光谱信号，响应频域可达2.5 THz。利用泵浦－探测技术在同一块<110>晶向ZnTe单晶上成功地实现了THz的辐射和探测，观察到脉冲半峰宽度约为0.18 ps的THz时域光谱信号，响应频域超过5 THz，频谱半峰宽约为3 THz。4. 借助THz时域光谱系统，研究了ZnTe单晶在0.2－2.5 THz的光学特性。研究结果表明：随着频率增高，ZnTe晶体折射率从 3.16增加到3.3。在1.6 THz处，由于横向声子TA(X)线的吸收，吸收系数出现最大值，其值为15 cm-1。通过测量样品在0.2−2.5 THz波段的透射光谱，得到ZnTe单晶在该波段复折射率和复介电常数随频率的变化。5. 论文最后部分介绍利用垂直布里吉曼法生长Cd1-xZnxTe (x = 0.04)单晶，借助THz时域光谱系统研究Cd1-xZnxTe (x = 0.04)单晶在0.2−2.5 THz波段的光学特性。计算了Cd1-xZnxTe 晶体在此波段的吸收系数，发现晶体在1.6 THz (53.3 cm-1) 和2.1 THz (70 cm-1) 处出现吸收峰，分别归因于ZnTe在CdTe晶体中的局域声子振动模式和类CdTe 的2TA声子模式，该结论与低温远红外光谱测试结果一致。通过测量样品在0.2−2.5 THz波段的透射光谱，得到Cd1-xZnxTe (x = 0.04)单晶在该波段复折射率和复介电常数随频率的变化。 |
| 学科主题 | 红外基础研究 |
| 公开日期 | 2012-08-22 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://202.127.1.142/handle/181331/5026]  |
| 专题 | 上海技术物理研究所_上海技物所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王仍. 面向太赫兹应用的碲化锌晶体生长及性能研究[D]. 中国科学院研究生院. 2009. |
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