球形矽基光學微腔中光電轉換效應的研究

《球形矽基光學微腔中光電轉換效應的研究》是依託復旦大學，由石磊擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：球形矽基光學微腔中光電轉換效應的研究
• 依託單位：復旦大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：石磊

項目摘要

球形矽基光學微腔是一種新型的矽基微納光子學材料。由於矽的高折射率性質，球形矽基光學微腔可以在三維強局域光場，具有優異的光學共振腔等光物理特性。結合材料本徵的半導體性質以及表面異質結構設計，本項目擬同時在實驗和理論上研究球形矽基光學微腔中的光電轉換效應，揭示具有三維光學共振特性的矽基光子材料對矽光電轉換效應的關鍵影響因素和增強機理，並分析其在新型微納光電功能材料和器件等方面的套用前景。具體來說，在前期工作的基礎上，我們將最佳化材料的製備工藝，結合實際的矽材料光學參數設計對可見和近紅外光具有強吸收能力的基於球形矽基光學微腔的複雜二維和三維光學結構。同時，我們將利用熱力學精細平衡理論，分析所設計的複雜光學結構對太陽能吸收和光電轉換效率的影響。最後，我們將引入表面異質結構，測試所製備材料的光電轉換性能。本項目所研究的新型光學矽基材料中的光電轉換效應將為相關方向的發展提供一定的理論和實驗依據。

結題摘要

微納尺寸光學微腔是新型光子材料最基本的組成單元。由於其可以在納米尺度三維局域光場，一直是在微尺度操控光的有利工具。同時結合材料本徵的特性，例如半導體的吸收特性，可以作為高效的光能轉化材料。本項目在實施過程中，主要研究了：第一從材料上開發了新型矽基球形顆粒光學微腔的製備技術；第二從理論上分析了在納米尺度極限的光能吸收效率並研究了具體的增強吸收方案；第三從套用上展現了微納尺寸光學微腔在光熱、光化學、生物感測和結構色等領域的巨大潛力，開發了相關光納米探針技術。具體的成果有開發了兩套製備矽基光學微腔的生產工藝，包括生產多分散尺寸矽顆粒的化學氣相沉積技術和生產單分散矽顆粒的高壓液相成核技術；拓展耦合模理論得到了亞波長材料的極限吸收截面並研究了增益材料和近零折射率材料對吸收截面的增強效應；獲得了可在生物體系內套用的納米化學感測器探針。發表相關包括Advanced Materials，Optics Express，Physical Review B，Analytical Chemistry等SCI論文9篇。