基于CdS梳状阵列结构的光子特性及新型光电阵列器件研究

One-dimensional nanowire is the basic functional unit to buildup high-performance optical and integrated optoelectronic devices due to the unique structure and the excellent optoelectronic properties. However, the nano-array devices based on nanowire is subject to assembling and operation of the ordered nanowire integrated array. The project will focus on the comb-like nanowire array, to study on the basic photonic properties based on the multi-point stimulated emission, the superposition and coherence of the lasing from different branched wire, as well the quantitatively analysis on two-dimensional light transmission loss, which will be utilized to realize a new type of nano-waveguide and the ordered array laser. Finally, the new type of nano-array photoelectric devices, such as light emitting diode array and the integrated photoconductive devices, will be fabricated by the fabrication processing with the CdS array structure as basic unit. The project will provide the theoretical foundation and experimental evidence for further research on the functional integrated nano-array device based on the array structure. Furthermore, it will promote the development of optoelectronic materials and devices.

一维半导体纳米线由于具有独特的结构和光电特性，是实现新型高性能集成光电技术的基本功能单元。但受制于纳米线的整齐定向排列，实现纳米线阵列器件的构建非常困难。本项目以基于一维CdS纳米线整齐排列组成的梳状阵列结构为研究对象，通过阵列结构多点受激发射及激射光叠加和相干、二维光传输等基本光子特性的深入研究，实现新型的纳米光波导和激光器阵列的研究。同时结合器件的设计和加工，实现电注入纳米线发光二极管阵列、集成光电导等新型光电集成器件的研究。本项目的开展将为基于纳米阵列结构的功能化集成器件的研发积累一定的理论和实验基础，为提升我国在新型光电信息材料和器件领域的原创能力和国际影响力做出贡献。

一维半导体纳米线具有独特的结构和光电特性，是实现新型高性能集成光电技术的基本功能单元。但受制于纳米线的整齐定向排列，实现纳米线阵列器件的构建非常困难。而纳米线阵列结构是实现功能更复杂、维度更高、扩展性更强的功能化光电器件的首选结构体系，其结构的获得、光子学特性研究以及相应光电器件的制作对光子学和光电器件的集成应用至关重要，本项目基于此研究背景，详细研究了梳状阵列结构的合成、光子学及光电特性，并制作了独特的光电器件，为该类纳米结构和器件的应用奠定了基础。.首先，本项目以化学气相沉积（CVD）的方法为基础，完成了多种一维CdS纳米线梳状阵列结构的生长制备，包括分支与主干间夹角不同的结构、节点处有无Sn球存在的结构、分支末端有无Sn球的结构、节点间距不同的结构等，为光电器件制作奠定了基础。.光子学性质方面：实现了高效的阵列光波导，传输效率提高了20倍，损耗极小；获得了光注入多点阵列激光输出，Q因子高达990；获得了激光功率调制的变色行为；.光电器件方面：获得了高空间分辨的位置敏感光电探测器，利用梳状阵列结构实现了纳米分辨的光位置敏感光电探测器。主干和分支处的灵敏度高达85Ω/和58Ω/。依据梳状结构电阻分布，构建了四象限光电探测器，该工作为位置敏感光电探测器的制作提供了新的思路。实现了微滑变电阻器，可完成10kΩ电阻的跳变调节。.另外，还开展了CdSSe纳米线集成基片汗液传感器的制作，发表在了J Nanobiotechnology 上，以及湿度盐分传感器等，基于纳米结构掺杂分析，开展了基于增强激光光谱技术的全元素检测技术的研究，在Opt. Express发表了两篇文章。总之，本研究一共发表共发表文章20篇，其中SCI一区2篇，IF10以上一篇；该基金项目执行期间，本人完成了职称晋升，培养了8名硕士生，1名博士生。.总之，本项目的开展将为基于纳米阵列结构的功能化集成器件的研发积累一定的理论和实验基础，为提升我国在新型光电信息材料和器件领域的原创能力和国际影响力做出贡献。