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最新刊期

2020 年第 8 期

特邀综述

蓝光钙钛矿发光二极管:从材料制备到器件优化
王志斌,朱晓东,贾浩然,谭占鳌
2020, 41(8): 879-898. DOI: 10.37188/fgxb20204108.0879

摘要：金属卤化物钙钛矿材料凭借其低成本、高色彩饱和度、高荧光量子产率、可调的发光波长和溶液加工等特点，在下一代平板显示和固体照明领域极具应用前景。得益于对钙钛矿材料的设计、器件结构的优化和发光机理的深刻认识，自2014年首次观察到室温下的钙钛矿电致发光现象以来，绿光、红光和近红外钙钛矿电致发光二极管（PeLED）的外量子效率（EQE）目前已迅速突破了20%。然而，作为三基色之一的蓝光PeLED发展较为缓慢，这严重制约了全彩色PeLED的发展。最近一年来，蓝光PeLED的效率增长显著，EQE已经超过10%。本文总结了蓝光钙钛矿材料的制备和器件结构的优化，并对未来蓝光PeLED发展方向和所面临的问题进行了讨论，以期促进蓝光PeLED的发展。
关键词：蓝光发射;钙钛矿;发光二极管;材料制备;器件优化

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发布时间：2020-09-10
Ⅲ-Ⅴ化合物的范德华外延生长与应用
陈琪,尹越,任芳,梁萌,魏同波,伊晓燕,刘志强
2020, 41(8): 899-912. DOI: 10.37188/fgxb20204108.0899

摘要：Ⅲ-Ⅴ化合物半导体材料体系带隙涵盖范围广、载流子迁移率高，非常适宜用来制备发光二极管、激光器、高电子迁移率晶体管等光电子器件。在异质衬底上进行Ⅲ-Ⅴ化合物的共价外延时，只有外延层与衬底层间的晶格失配度较小时才能获得高质量外延层，而范德华外延已被证实可以有效放宽外延层与衬底层间晶格失配与热失配要求，有利于外延层的应力释放与质量提高，同时也易于外延层从衬底上剥离转移，为制备Ⅲ-Ⅴ化合物基新型光电子器件提供了便利。本文对二维（2D）材料、Ⅲ-Ⅴ化合物在石墨烯上的范德华外延过程以及使用范德华外延制备的Ⅲ-N基光电子器件的各项研究进行了讨论分析，并对其前景进行了展望。
关键词：石墨烯;范德华外延;Ⅲ-Ⅴ化合物

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发布时间：2020-09-10
光子晶体对稀土上转换发光的调控
孟志鹏,武素丽
2020, 41(8): 913-925. DOI: 10.37188/fgxb20204108.0913

摘要：稀土掺杂上转换材料由于其高化学稳定性、低生物毒性，在发光显示、防伪和生物成像等领域得到了广泛的应用。稀土掺杂上转换材料的基质晶格和掺杂离子决定着其发光强度和颜色。光子晶体（PCs）是折射率不同的材料在空间周期性排列形成的有序结构，其最显著的特征是具有光子禁带（PBG）。波长位于光子禁带内的光不能透过光子晶体而被反射回来，因而光子晶体具有优异的光调控能力。本文综述了一维、二维和三维光子晶体对稀土上转换发光调控的进展，介绍了利用光子禁带与上转换荧光发射峰的相对位置对发光进行控制的方法。重点从蛋白石结构和反蛋白石结构两个方面论述了三维光子晶体对上转换发光的调控:对于反蛋白石光子晶体，综述了利用上转换材料构筑反蛋白和利用其他材料构筑反蛋白，通过布拉格反射调控上转换材料的发光；对于蛋白石光子晶体，论述了利用不同折射率胶体微球构筑三维光子晶体对稀土上转换发光进行调控。最后总结了利用等离子体共振和光子禁带共同作用调控上转换发光的研究现状，并展望了利用光子晶体调控上转换发光的发展方向。
关键词：上转换;光子晶体;光子禁带;发光调控

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发布时间：2020-09-10
全无机钙钛矿CsPbX₃热稳定性研究进展
练惠旺,康茹,陈星中,李杨
2020, 41(8): 926-939. DOI: 10.37188/fgxb20204108.0926

摘要：凭借高量子效率、带隙可调、制备简单、高吸光系数和高耐缺陷性的优点，全无机钙钛矿（CsPbX₃，X=Cl，Br，I）材料在光电和光伏器件领域展现出较出色的应用前景。然而，现有材料热稳定性的不足降低了这些应用的耐久性和可靠性。本综述从全无机钙钛矿材料温度相关的热分解过程入手，有针对性地阐述了全无机钙钛矿热稳定性增强策略，并展示了迄今报道的高可靠性全无机钙钛矿光电和光伏器件的性能参数和应用领域。最后对今后发展热稳定全无机钙钛矿材料存在的机遇进行了展望。
关键词：全无机钙钛矿;热稳定性;CsPbX₃

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发布时间：2020-09-10

创刊40周年特别专栏——青稞论道

钙钛矿量子点:机遇与挑战
曾海波,董宇辉
2020, 41(8): 940-944. DOI: 10.37188/fgxb20204108.0940

摘要：近年来，卤化物钙钛矿纳米材料因其优异的光电性能引起了国内外学者的广泛关注。本文回顾了钙钛矿量子点从材料到多功能应用发展中的多个"高光"时刻，探讨了其快速发展过程中面临的机遇与挑战，强调了该领域发展存在的瓶颈，希望以此与广大同仁进行交流，共同推进钙钛矿量子点的研究进程。
关键词：卤化物钙钛矿;量子点;多功能应用

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发布时间：2020-09-10

材料合成及性能

含CsPbBr₃钙钛矿量子点的硅酸盐基氟氧化物玻璃陶瓷的制备及其发光性能
陈璐,雷芳,施鹰,殷录桥,谢建军,范灵聪,章蕾
2020, 41(8): 945-953. DOI: 10.37188/fgxb20204108.0945

摘要：采用热处理烧结方法制备了含CsPbBr₃钙钛矿量子点的硅酸盐基氟氧化物玻璃陶瓷（SiO₂-Al₂O₃-Li₂O-AlF₃-LiF）。通过X射线衍射分析了玻璃的自析晶现象与量子点生长之间的关系；TEM透射电镜分析了量子点的形貌特征；荧光光谱、吸收光谱和CIE色坐标等表征分析了量子点的发光特性。结果表明，最佳条件制备得到的含CsPbBr₃量子点的玻璃陶瓷材料可实现512 nm强绿光发射，半峰宽22.80 nm。将该玻璃陶瓷与365 nm紫外芯片封装构建绿光发光二极管（LED），有望替代绿色荧光粉成为新型固体发光领域的关键材料。
关键词：CsPbBr₃钙钛矿量子点;玻璃陶瓷;热处理烧结;绿色LED

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发布时间：2020-09-10
一锅煮串联合成方法在荧光碳点识别基团调控中的研究
王梅梅,李莉,陈琦栋,王欢欢
2020, 41(8): 954-963. DOI: 10.37188/fgxb20204108.0954

摘要：二氨基脲嘧啶作为前驱体，经两步串联反应制备了两种具有不同配体结构的荧光碳点（CDs）。X射线光电子能谱与红外光谱分析揭示了两种碳点的配体结构特征。第一步所得的碳点（CD_HB）具有尿嘧啶结构典型的氢键给体-NH和受体-C[FY=，1]O基团特征。发射光谱表现出具浓度依赖性的波长红移特点，同时该碳点对银和汞离子具有很强的亲和特性。第二阶段在碱性水解条件下，CD_HB尿嘧啶配体易于转化为氨基和羧基等水溶性基团。该碳点（CD_ZW）在水相中没有任何聚集行为，也没有发射波长浓度依赖特性。同时，作为荧光传感器，CD_ZW显示对金属镍离子具有特异性荧光猝灭。总之，可调控的结构特征与传感特性验证了一锅串联反应合成碳点的有效性，为碳点的可控合成提供了新的合成范式。
关键词：碳点;聚集;配体;荧光传感

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发布时间：2020-09-10
金红石型TiO₂/ZnTiO₃复合材料的制备及其光催化性能
朱晓东,王娟,罗宇浩,代华龙,喻强,冯威
2020, 41(8): 964-970. DOI: 10.37188/fgxb20204108.0964

摘要：采用溶胶-凝胶法制备了金红石型TiO₂/ZnTiO₃复合光催化剂，对其进行650℃保温1 h的热处理；通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、荧光光谱（PL）对样品进行表征，并以亚甲基蓝（MB）溶液为目标污染物，研究了样品的光催化性能。结果表明，TiO₂为金红石结构，随着Zn/Ti量比增加，TiO₂晶粒尺寸减小；当Zn/Ti的量比达到2%时，有新相ZnTiO₃生成。TiO₂/ZnTiO₃（Zn/Ti=8%）展现出最高的光催化活性，这归因于表面羟基含量增加以及形成的TiO₂/ZnTiO₃半导体复合结构加快了光生电子与空穴的转移。反应进行90 min后，对MB的降解率达到68.3%，反应速率常数k为0.012 min^-1，分别为纯TiO₂的1.85倍和3倍。
关键词：金红石;ZnTiO₃;光催化性能;溶胶凝胶法

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发布时间：2020-09-10

器件制备及器件物理

InGaAs/GaAs/InGaP量子阱激光器的温度电压特性
李金友,王海龙,杨锦,曹春芳,赵旭熠,于文富,龚谦
2020, 41(8): 971-976. DOI: 10.37188/fgxb20204108.0971

摘要：研究了InGaAs/GaAs/InGaP量子阱激光器在不同温度下的电流-电压特性，并建立了一个理论模型进行描述。实验所用激光器腔长为0.3 mm，脊条宽度为3 μm。实验测量得到该激光器在15~100 K的电压温度系数（dV/dT）为7.87~8.32 mV/K，在100~300 K的电压温度系数为2.93~3.17 mV/K。由理论模型计算得到该激光器在15~100 K的电压温度系数为2.56~2.75 mV/K，在100~300 K的电压温度系数为3.91~4.15 mV/K。在100~300 K，实验测量与理论模型计算得出的电压温度系数接近，理论模型能较好地模拟激光器的温度电压特性；但在15~100 K相差较大，还需要进一步完善。
关键词：量子阱激光器;InGaAs/GaAs/InGaP;低温;温度电压特性

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发布时间：2020-09-10
高调谐效率V型腔可调谐半导体激光器设计与研究
王傲,邹永刚,李明宇,陈拓,常锴,王小龙,宫景丽,石琳琳,范杰,郑舟,马骁,何建军
2020, 41(8): 977-983. DOI: 10.37188/fgxb20204108.0977

摘要：V型腔可调谐半导体激光器由于具备结构简单紧凑、性能优良等特点，在光通讯领域有着较大的应用潜力。然而，由于激光器外延结构热导率相近，用于波长调谐的热量大部分直接流失，激光器无法得到较高的调谐效率。本文通过在调谐区域加入隔热结构，设计了具有高调谐效率的V型腔可调谐激光器。利用由COMSOL Multiphysics建立的V型腔激光器温度模型，分析了隔热结构的加入对激光器各部分的温度影响。通过Rsoft建立的谐振腔光场分布，优化半波耦合器参数，使激光器具有最佳的模式选择性。结果表明，激光器主边模阈值增益差达到6.07 cm^-1，调谐效率从0.165 nm/mW提升至0.3 nm/mW。同时，隔热结构的加入不会使激光器其他区域有明显的温升，器件性能受到的负面影响可以忽略。
关键词：半导体激光器;波长可调谐;热效应;隔热结构

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发布时间：2020-09-10
不同微腔结构有机电致发光器件的电致发光光谱模拟
张春玉,徐海楠,宋悦
2020, 41(8): 984-990. DOI: 10.37188/fgxb20204108.0984

摘要：采用传输矩阵法对有机电致发光器件（OLED）、微腔有机电致发光器件（MOLED）和耦合微腔有机电致发光器件（CMC）的电致发光光谱（EL）进行了模拟计算。OLED、MOLED和CMC的结构分别为glass/ITO（134 nm）/NPB（74 nm）/Alq₃（62 nm）/Al、glass/DBR/ITO（134 nm）/NPB（74 nm）/Alq₃（62 nm）/Al和glass/DBR₁/filler/DBR₂/ITO（134 nm）/NPB（74 nm）/Alq₃（62 nm）/Al。通过模拟计算发现:OLED光谱呈宽带发射，主峰峰值位于561 nm，肩峰峰值位于495 nm；MOLED光谱呈单峰窄带发射，峰值位于534 nm；CMC光谱呈双峰窄带发射，峰值分别位于520 nm和556 nm。MOLED光谱的色纯度最高；OLED与MOLED的光谱积分面积基本相同；CMC的光谱积分面积是OLED或MOLED的1.1倍，发光效率最高。结果表明，采用双耦合微腔结构可有效提高OLED的发光效率，改善发光的色纯度。
关键词：有机电致发光器件;微腔;耦合微腔;光谱模拟

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发布时间：2020-09-10

理论计算及光谱分析

电场和温度对施主中心量子点中束缚极化子基态寿命的影响
乌云其木格,连永强,李红敏,额尔敦朝鲁
2020, 41(8): 991-998. DOI: 10.37188/fgxb20204108.0991

摘要：采用Lee-Low-Pines变换和Pekar类型变分法推导出非对称高斯势施主中心量子点中束缚极化子的基态和激发态能量和波函数，进而构造了一量子比特所需的二能级结构。基于费米黄金规则和偶级近似研究了束缚极化子基态的衰变。引入了一个用两态极化子基态衰变时间来量化量子点量子比特退相干时间的量度法，并与极化子激发态衰变时间量化量子点量子比特退相干度量法进行了对照讨论，揭示了二者的相同物理机理。通过研究电场下材料的介电常数比、电声耦合常数和温度对施主中心量子点中束缚极化子基态寿命的影响，揭示了材料属性与环境因素对量子点量子比特退相干的影响。
关键词：施主中心量子点;非对称高斯势;束缚极化子;基态寿命

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发布时间：2020-09-10
Sm原子奇宇称Rydberg态光谱
许照锦,张小虎,张文纳,黄朝宏,沈礼
2020, 41(8): 999-1008. DOI: 10.37188/fgxb20204108.0999

摘要：结合共振激发和场电离探测技术，通过总角动量量子数0→1→0→1的激发路径，研究了第一电离阈附近的Sm原子奇宇称Rydberg态4f⁶6snp（J=1）。首先，在45 200~45 500 cm^-1能量范围内共发现了94个奇宇称Rydberg能级。其次，通过对有效量子数和Rydberg能级结构特点的分析，将其中68个能级归属为3个束缚Rydberg系列，另外26个能级也给出了能级位置。然后，利用Rydberg-Ritz公式，对3个Rydberg系列分别进行了拟合，获得了Sm原子的电离阈为（45 519.61±0.79）cm^-1。最后，采用6种偏振组合激发，由偏振选择定则，进一步验证了这些奇宇称Rydberg态总角动量量子数为1。这些结果首次证实了场电离探测技术对Sm原子高激发Rydberg态的适用性，并且通过对奇宇称Rydberg系列拟合得到的Sm原子电离阈与文献中通过偶宇称Rydberg系列获得的值（45 519.64±1.39）cm^-1基本一致。
关键词：Sm原子;奇宇称;Rydberg态;场电离;偏振光谱

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发布时间：2020-09-10

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