矽納米微粒陣列太赫茲電磁特性及等效電路模型研究

《矽納米微粒陣列太赫茲電磁特性及等效電路模型研究》是依託昆明理工大學，由沈韜擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：矽納米微粒陣列太赫茲電磁特性及等效電路模型研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：沈韜
• 依託單位：昆明理工大學

項目摘要

不同摻雜、尺寸的矽納米微粒在太赫茲波段具有局部吸收或增強的效果，由其構成的微粒陣列在太赫茲功能材料、器件中可具有重要的套用前景。本項目擬從理論分析入手，針對傳統分析方法運用均勻體電導率及介電方程所無法避免的理論分析誤差，提出結合載流子輸運過程分析建立電動力學模型的方法。圍繞矽納米微粒中載流子在太赫茲電磁場及相鄰微粒間耦合共同作用下產生的運動分布及在極化過程中的作用展開研究，探索解析方法，闡明其中的物理機理。針對結合輸運方程分析會極大提高複雜微納結構分析難度的問題，重點研究基於載流子運動物理機理構建矽納米微粒陣列等效電路模型的方法，通過實驗手段驗證並提出修正最佳化的方法。繼而運用此模型分析不同陣列結構的電磁回響特性，探索其在太赫茲功能器件中的套用前景。本課題的研究不但為太赫茲功能材料的研究開闢了一個新的領域，其等效電路模型的分析方法對研究設計其他複雜半導體微納結構具有重要的參考價值。

結題摘要

半導體納米微粒在太赫茲波段具有局部吸收或增強的效果，由其構成的微粒陣列在太赫茲功能材料、器件中可具有重要的套用前景。本項目開展了獨立矽納米微粒在太赫茲電磁場下的回響研究，最佳化了電動力學模型。分別研究分析了運用空間電荷積分法以及外電場法在數值計算中求取電偶極矩的方法。研究了相鄰矽納米微粒間的相互作用，通過平均場論以及有限元數值仿真的方法分別進行分析，得到在不同微粒大小、間距、電場方向的情況下的回響特性。研究分析了矽納米雙微粒結構的等效電路模型，等效電路模型和基於玻爾茲曼輸運模型的計算結構基本吻合。實驗結果表明，運用等效電路模型可以極大的降低整體計算難度和計算量。研究了強電場對矽納米微粒內部空間電荷分布、以及電偶極子的影響，發現隨著電場強度的增加，由於電子和空穴的遷移率不同，原本空間電荷分布的對稱性被打破，發生明顯的非對稱分布，同時電偶極矩將逐漸下降。此部分研究為太赫茲功能材料以及大功率太赫茲器件的設計製備提供了重要的理論參考。 在材料製備方面，研究製備了不同間隔尺寸的單層聚苯乙烯小球和不同尺寸的多孔陽極氧化鋁掩模版。通過磁控濺射等方式在模板上製備半導體納米陣列，通過清洗，退火的方法去除掩模版，水熱生長得到完整的半導體納米陣列結構。使用太赫茲時域光譜系統對所製得的納米陣列進行檢測，結果表明陣列化半導體納米結構可有效增強其在太赫茲波段的回響，符合理論計算預期，未來在太赫茲感測器件、波導、雷射器領域擁有廣闊套用前景。 在太赫茲頻譜回響分析方面，研究了在小波變換、S-G濾波等方法的基礎上，進一步運用凸組合核函式、深度信念網路、核相關向量機等智慧型方法挖掘太赫茲光譜特徵並進行光譜分析研究。此部分研究可以有效拓展太赫茲頻譜的套用，並為太赫茲技術走向實用化提供了技術支撐。