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《光电功能材料》 补充资料

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《光电功能材料》补充资料

浙江大学材料系 赵高凌2010 春

光电材料分类

按功能分类:光载波源(激光、变频、移频)、光的控制与信号加载(开关、调制、偏转、复用、解调、传感)、光的传输(波导、耦合、隔离、延迟、放大)、光的信号处理(整形、逻辑、双稳、相关、卷积、共轭、滤波、全息、存储)、光的接收(探测、显示)

光通信系统:光源、光传输、光接收、光调制、光处理;光电子集成化

按物理效应分类:发光效应、光电转换效应、非线性光学效应、光折变效应、电光效应、声光效应、磁光效应、光热效应、光波导效应、量子尺寸效应

按材料分类 Ⅳ族半导体:锗、硅、碳化硅、金刚石形式的碳 锗——1947年发明了Ge制成的晶体管。Eg=0.66 eV。光电探测器、光伏电池 硅——硅单晶材料是制造现代电子器件的基础。金刚石结构,与锗(Eg=0.66ev)相比,硅的禁带宽

。 (Eg=1.12ev)

Ⅲ-Ⅴ族半导体:元素周期表中的ⅢA和ⅤA元素形成的金属间化合物。与Si相比,有以下特点:a利用某些Ⅲ-Ⅴ族化合物的电子性质可研制出具有甚高性能的器件。b具有Si没有的光电性能。c可以相互合金化。 AxByC1-x-yD---固溶体。d可以形成各种连续可变组分和带隙,点阵常数。e具有离子性。

晶体结构:硼、铝、镓、铟和磷、砷、锑形成的化合物----闪锌矿结构

硼、铝、镓、铟的氮化物----纤维锌矿结构 Ⅱ-Ⅵ族半导体:II-VI族化合物半导体是由IIB族Zn,Cd,Hg元素与VIA族Se,S,Te元素化合物组成。

特点:他们的禁带宽度的变化范围大于Si与III-V族化合物半导体的。Eg从Hg0.85 Cd0.15Te的零禁带扩展到ZnS的3.8eV。除了HgTe与HgSe以外都是直接跃迁能限。激光器的波段可以扩展到整个可见光波段,甚至到紫外光,红外等测量的波段范围已达到1-20um。

硫化锌——很好的发光材料。光电导率,很大的表面复合率。具有双折射特性,光电流和场致发光均是各

向异性。应用——光致发光材料、阴极射线发光材料、电致发光材料

硫化镉——制造光敏电阻器的重要材料(光电导响应宽:绿色-紫外)。光电导响应宽(绿色-紫外)可作γ和χ射线的计量器。可作α粒子、β粒子、γ粒子的晶体记数管以及发光计数器。(不加激活就可发光,自激活发光材料(发光条件:加有氮化物助溶剂)发光机理:由S不足或过剩的缺陷引起。应用——光敏电阻器、太阳能电池 Ⅳ-Ⅵ族半导体:主要指铅与硫、硒、碲的化合物,如PbS, PbSe, PbTe, PbSnTe :非晶态半导体能带、电导性 非晶半导体(熔融石英、稀土掺杂玻璃、硫化物玻璃、氟化物玻璃)有机半导体 有机无机复合光电材料: 有机非线性光学材料(对硝基苯胺,等) 有机及高分子电致发光材料(含氮的杂环化合物,等) 有机光信息存储材料(酞菁染料衍生物、次甲基染料,等) 可擦光盘的有机光化学材料(螺哔喃光色互变材料,等) 导电聚合物(共轭聚合物,有一个长程共轭的电子键,如聚乙炔) 具有光子能隙的由介电材料构成的周期结构。(当电磁波在由不同介电材料组成的周期性的结构光子晶体:

中传播时,同半导体中的电子一样,布喇格散射也会形成能带结构——光子能带和光子能隙。光子能隙:光子能带之间可能没有重叠,形成同半导体一样的能隙。频率落在光子能隙中的电磁波是禁止传播的。 光子晶体具有与半导体材料中的势场类似的周期性结构。光子晶体中介质折射率的周期变化对光子的影响与半导体材料中周期性势场对电子的影响相类似。根据需要可以在光子晶体中引入缺陷,对光子晶体的光子特性进行调制,如同在半导体中的掺杂一样。光子晶体与半导体晶体也有本质的不同:(i)光子晶体的结构是不同介电常数介质的周期分布,而半导体的结构是周期性势场;(ii)光子晶体研究的对象是电磁波(光)

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