CAS OpenIR  > 中科院上海应用物理研究所2011-2019年
辐照法制备太赫兹波发射晶体的机理研究
黄灿
Subtype硕士
Thesis Advisor朱智勇
2014
Degree Grantor中国科学院研究生院(上海应用物理研究所)
Degree Discipline粒子物理与原子核物理
Keyword数值模拟 离子辐照缺陷 太赫兹发射晶体
Abstract太赫兹(THz)技术在材料科学、生物成像、反恐以及通信等诸多领域有着广阔而重要的应用前景,被认为是21世纪的十大关键技术之一。作为太赫兹系统最核心的组件,太赫兹发射源的研究长期以来都是人们关注的重点。传统的太赫兹波发射源一般是由低温生长的砷化镓(LT-GaAs)制备而成,由于低温生长的砷化镓晶体的性质非常敏感地依赖于其生长的温度与退火条件,因此阻碍了其规模化生产。考虑到离子辐照技术能够非常有效地通过选择辐照离子的种类、能量以及剂量来调控材料微观结构和宏观性能,人们开始尝试用离子辐照技术来制备太赫兹波发射材料。已有的成果表明,通过辐照法制备的发射材料与低温生长的砷化镓晶体几乎相同的性能。为了确定辐照法制备THz光电导材料的最佳条件,需要对离子辐照材料产生THz波的内在机理作深入研究。本论文通过实验对不同条件下氮离子辐照的砷化镓(GaAs)和掺铁磷化铟(InP(Fe))样品的太赫兹发射性能进行了测量,并结合数值模拟计算研究了缺陷对太赫兹波发射性能可能的影响,分析讨论了辐照法制备太赫兹波发射晶体的作用机制。 论文首先研究了500keV和1.5MeV的N离子分别辐照GaAs与InP(Fe)的太赫兹波的发射行为。研究发现,辐照对样品发射的太赫兹波脉宽没有影响,仅峰值强度随辐照剂量发生变化,且太赫兹波的峰值电流仅仅依赖于辐照在THz发射区域内所产生的缺陷的浓度,与氮离子的能量无关,说明注入的氮离子本身对太赫兹波的发射行为没有影响。随着辐照剂量(缺陷浓度)的增加,太赫兹波的峰值电流呈现先增加后减小的变化趋势,由此确定氮离子辐照GaAs制备太赫兹波发射材料的最佳剂量为1×1011/cm3(1.5MeV N+ion),相应的缺陷浓度为3×1017/cm3。而对于InP(Fe)而言,最佳的氮离子辐照剂量约为1×1010/cm3(500keVN+ion)和1×1011/cm3(1.5MeV N+ion),相应的缺陷浓度约为2.2×1017/cm3。 随后通过蒙特卡罗模拟计算了不同的缺陷条件下,GaAs发射THz波的性能变化。计算结果表明载流子捕获截面和陷阱浓度对载流子浓度的超快变化过程均有非常大的影响,不同缺陷条件下太赫兹波的峰强与脉宽均有显著的变化,并且低能载流子的散射率会随着辐照剂量的增大显著增大。综合实验与计算的结果,推断认为,辐照所产生的缺陷不能有效地作为陷阱捕获载流子,而只是在材料原有缺陷的基础上影响载流子的数量和散射过程,并由此对材料太赫兹波的发射行为产生影响。 论文工作进一步采用德鲁德模型以解析法从另一方面研究了光电导材料在不同的动量弛豫时间条件下的太赫兹发射行为。结果表明,太赫兹光谱的峰值强度会随着载流子动量弛豫时间的增大而显著增大,这一结果证实了散射率对于太赫兹波峰强有着显著的影响。
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/14771
Collection中科院上海应用物理研究所2011-2019年
Recommended Citation
GB/T 7714
黄灿. 辐照法制备太赫兹波发射晶体的机理研究[D]. 中国科学院研究生院(上海应用物理研究所),2014.
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