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科技工作者之家 2020-03-11
来源:中国激光
Photonics Research 2020年第1期封面文章:
Zhipeng Sun, Mingming Jiang, Wangqi Mao, Caixia Kan, Chongxin Shan, Dezhen Shen. Nonequilibrium hot-electron-induced wavelength-tunable incandescent-type light sources[J]. Photonics Research, 2020, 8(1): 01000091
因具有超紧凑的物理尺寸、高度局域化的相干输出和有效的波导调制等功能,低维功能纳米结构,如纳米线、纳米管和微米线等,被认为是完全可用于构筑高度集成的微纳米尺度光子和光电子器件最有前途的元器件之一。氧化锌因其拥有优异的光学和光电特性,较高的激子束缚能和宽带隙等特点,成为典型的第三代半导体候选材料之一。
南京航空航天大学姜明明教授课题组采用化学气相沉积(CVD)实验方法,通过调节反应源中Ga2O3高纯粉末的质量比,成功地制备了Ga掺杂浓度可调的单根ZnO (ZnO:Ga)微米线。此外,单根ZnO:Ga微米线的尺寸、结构和形貌同样也可以通过反应源的质量比、载气的流量和反应温度等实验件实现可调,比如横截面为四边形的微米线,横截面为六边形的微米线、微米带等。单根微米线的直径在5 - 30 μm,长度达2 cm,在宏观条件下可直接操作。
以载玻片或者石英片做衬底,取一根ZnO:Ga微米线置于衬底上,以铟颗粒做电极,单根微米线在电驱动下会发出耀眼的可见光,发光区域局限于微米线的中间区域;且随着电压的增加发光强度增加;单根ZnO:Ga微米线荧光灯丝的发光在室内肉眼可见。单根ZnO:Ga微米线的发光类似于白炽灯钨丝灯丝光源光发射现象,因此,作者基于单根半导体微米线构筑了一种新型的荧光灯丝光源。有趣的是,随着单根ZnO:Ga微米线中Ga掺杂浓度增加,单根微米线荧光发光的中心波长在可见光波段范围内出现明显的红移。
通过对单根ZnO:Ga微米线荧光发光物理机制的研究发现,单根微米线的I-V属于典型的欧姆接触特性,且随着微米线长度的改变发光区的长度、发光区域的位置同样可以调控。
单根ZnO:Ga微米线荧光灯丝光发射现象不需要传统半导体发光器件的结区构筑,比如p-n结,金-半的Schottky结等结构;同样也不能用钨丝灯发光的物理机制来解释。这是因为单根微米线所能承载的温度很低,不可能像钨丝那样产生几千度的高温;且随着环境温度的降低,单根ZnO:Ga微米线的发光出现明显的增强;随微米线两端电压的增加,发光中心波长基本不发生任何的红移或者蓝移现象;甚至在交流电驱动下,单根ZnO:Ga微米线同样可以发光。特别地,在单根ZnO:Ga微米线表面旋涂一层金纳米棒之后,可实现调制单ZnO:Ga微米线基荧光灯丝发光的中心波长,甚至红移至近红外光谱波段。相关研究成果发表在Photonics Research 2020年第1期上,并被主编选为封面文章。单根金纳米棒包裹Ga掺杂ZnO微米线:波长可调谐的荧光灯丝光源。通过调整金纳米棒的长径比,可以实现波长可调的发射,其主要发射峰从可见光到近红外光谱区域可调。
发光中心波长可调谐的低维微纳光源在照明、显示、成像和诊断治疗等领域有着重要的应用价值和应用前景。而目前,实现对半导体微纳光源发光波长的有效调控需要半导体组分的精准调制、半导体能带工程和半导体微纳材料的有效掺杂调控等手段。来源:optics1964 中国激光
原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5ODA5ODU3NA==&mid=2653258969&idx=2&sn=614b2bf06e70a1c2e5b3f248ec9b122f&chksm=bd1ec7388a694e2e8d85cd1d2ddadba93df852ae6b724ca7f1d71672f417e357dc2f80fd953c#rd
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