图形衬底调控金属薄膜微纳结构及其光电性能研究

固态微纳结构中的电磁场具有高度的非均匀性和很强的局域场增强效应，从根本上改变光子-电子系统的相互作用性质，容易实现光子-电子的强相互作用, 产生许多新颖的光电现象。固态微纳结构中光子-电子相互作用的有效控制已经取得了许多激动人心的技术进步，成为当前的热点研究领域之一。如何获得尺寸、形状、化学组份均匀的高度有序微纳结构，并有效调控其光电性能，这是目前相关研究中碰到的瓶颈问题。本课题提出的"衬底图形结构调控金属薄膜的微纳结构及其光电性能研究"，一方面试图以衬底微纳图形结构诱导直接生长获得金属薄膜微纳结构，实现缺陷损耗小，相干性好，可大面积制造与集成的微纳结构，另一方面通过引入铁磁和铁电微纳结构实现平面与立体的微纳尺度空间光场分布调控，研究固态微纳米体系中光子-电子相互作用，探索实现功能性固态光量子调控器件制备的新原理与新技术，为功能性固态微纳光电器件的构造与集成提供新的方案。

该项目瞄准固态微纳系统中光子-电子相互作用的有效控制这一当前的热点研究方向，聚焦如何获得尺寸、形状、化学组份均匀高度有序的微纳结构，并有效调控其光电性能。一方面试图以衬底微纳图形结构诱导直接生长获得金属薄膜微纳结构，实现缺陷损耗小，相干性好，可大面积制造与集成的微纳结构，另一方面通过引入铁磁和铁电微纳结构实现平面与立体的微纳尺度空间光场分布调控，研究固态微纳米体系中光子-电子相互作用，探索实现功能性固态光量子调控器件制备的新原理与新技术，为功能性固态微纳光电器件的构造与集成提供新的方案。本项目按照研究计划，开展Au纳米颗粒诱导纳米结构的生长，制备密度、直径、长度等可调的Ga2O3纳米线，同时采用脉冲激光交替沉积Ga2O3和过渡金属Cr薄层的方法，生长获得了具有室温铁磁性的Cr掺杂Ga2O3纳米蠕虫结构，该结构展现出明显的磁各向异性及日盲紫外光电特性，在未来的多功能纳米半导体器件中具有潜在的应用；开展了硅纳米晶的生长和性能研究，通过一步热处理、两步热处理、快速热处理三种不同的热处理过程制备了镶嵌在氧化硅基质中的硅纳米晶薄膜，同时也开展了多层生长的方法获得富硅氧化硅薄膜；研究了在压电衬底Pb(Mg1/3Nb2/3)0.7Ti0.3O3(PMN-PT)上外延生长Yb3+/Er3+共掺杂的BaTiO3薄膜，通过电场调控晶格应力实现上转换荧光光谱强度的调制；利用晶格应力对晶体场、自旋轨道耦合的影响，提出了原位和非原位应力调控从可见到近红外光致发光特性，发现了可调谐和电场控制光致发光现象，并研究了稀土掺杂氧化物在近红外宽谱激光或光电放大器等多功能光电材料中的潜在应用；通过交替沉积半导体Ga2O3薄层和过渡金属Mn薄层制备获得了具有室温铁磁性的β-(Ga1-xMnx)2O3外延薄膜，该铁磁性可由束缚磁极化子模型解释，同时Mn取代Ga2O3中的Ga后增大了晶格常数，其 择优晶面间距随Mn掺杂量的增加线性增加；采用金属纳米颗粒降低器件暗电流，并利用其表面等离子基元效应实现多波段的光电探测；利用氧化物内部氧空位的移动，实现单极型和双极性阻变存储。通过本项目的研究共发表学术论文36多篇，其中SCI收录论文38篇，授权发明专利9项，1次国际学术会议口头报告，3次国内学术会议分会邀请报告，完成硕士论文15篇。引进香港大学博士1人，指导博士后1人，培养研究生20多名，其中博士生5名，毕业硕士生