半導體光致載流子時空特性的太赫茲成像研究

《半導體光致載流子時空特性的太赫茲成像研究》是依託首都師範大學，由王新柯擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：半導體光致載流子時空特性的太赫茲成像研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王新柯
• 依託單位：首都師範大學

項目摘要

載流子的輸運特性是半導體器件研發的基礎，傳統太赫茲時間分辨光譜技術在研究半導體的光致載流子演變過程中，只能測量載流子的時域特性，而忽略了其空間分布特性。本項目將太赫茲焦平面成像技術引入時間分辨測量中，探測半導體載流子的擴散與漂移運動，分析在不同功率的泵浦光和不同強度的外加偏置電場作用下，各種摻雜濃度半導體的載流子輸運狀態，並通過數字圖像處理算法最佳化實驗結果，利用連續性方程在理論上進行模擬，揭示半導體在光激勵下相變的時空特性。本項目的順利實施，將為半導體特性的測量提供一個有效的研究平台，為人們理解半導體載流子的輸運過程提供一個更為完備的實驗基礎，為半導體器件的發展提供一個更為全面的實驗和理論指導。

結題摘要

太赫茲光譜成像技術作為一門新穎的遠紅外測量手段，隨著其實用性的不斷提高，其在基礎研究和工業套用方面的潛力逐漸為人們所認識。其中，對半導體光致相變回響的瞬態觀測是太赫茲技術的重要套用領域之一。之前的研究多採用太赫茲光譜技術對半導體材料或器件的光控瞬態過程進行測量，而忽略了光致載流子的空間分布。本項目旨在改進太赫茲數字全息成像系統，觀測半導體材料或器件在外來光場的作用下的空間瞬態變化，為半導體器件的發展提供一個有效的測試平台。在本項目的執行過程中，主持人所在團隊搭建了國內唯一一套光學泵浦太赫茲數字全息成像系統，可以有效地實現對半導體光控相變的瞬態成像測量。以此成像系統為平台，本團隊完成了基於高阻矽基底的光控太赫茲波帶片成像、光控太赫茲計算全息成像、光控太赫茲矢量光束的生成與表征等一系列半導體光控相變的實驗，實現了以半導體材料為媒介，通過光控技術對太赫茲波前信息進行動態調控。同時，由於本系統具有高解析度、高信噪比和電場全矢量信息獲取的特點，還可以進行諸多太赫茲成像表征方面的實驗。通過對系統進行改造，本團隊完成了對平板太赫茲超表面器件的性能檢測、對衍射太赫茲光波的矢量場表征、對金屬電漿器件表面電場分布的成像測量等一系列太赫茲成像套用方面的工作，研發了多種性能優良的超薄太赫茲器件，並且實現了對金屬表面電磁波和縱向電磁場的有效觀測。在項目的支持下，本團隊還對研究內容進行了擴展，涉及到了包括太赫茲光學常數提取算法和可見光波段超材料器件研製方面的工作。本項目所獲得的研究成果對於半導體器件的研發、平板光學器件和平板光學系統的開發、光學晶片技術的發展和電磁波矢量衍射特性的理解都具有積極的推動作用，同時也拓展了太赫茲成像技術的套用範圍。