半導(dǎo)體硫化物自構(gòu)型微腔中光-物質(zhì)耦合及應(yīng)變調(diào)控.pdf

1、半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)光學(xué)微腔由于在光-物質(zhì)耦合作用研究中對光場良好的限制作用受到了人們越來越多的關(guān)注。而一些具有特定形貌的半導(dǎo)體納米材料，由于其結(jié)構(gòu)自身不僅可以構(gòu)成光學(xué)諧振腔還具有提供光學(xué)增益的特性，非常有利于探索光-物質(zhì)耦合作用相關(guān)基礎(chǔ)問題的研究和潛在的光電子器件應(yīng)用價值。Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體材料作為典型的寬禁帶直接帶隙材料，形貌豐富多樣，且具有較大的激子束縛能和較高的振子強度值，一直是研究光-物質(zhì)耦合效應(yīng)的絕佳載體，硫化鎘（CdS）作為其典型代

2、表材料之一，在可見波段的光電子器件如納米激光器、光探測器和光波導(dǎo)方面具有重要的應(yīng)用價值。而最近幾年，隨著單原子層石墨烯機械剝離制備方法的提出，過渡族金屬硫化物作為典型的層狀結(jié)構(gòu)材料重新進(jìn)入了人們的研究視野，目前已經(jīng)有研究證明該材料具有大的激子束縛能和振子強度，這無疑又為光-物質(zhì)耦合物理機制的深入研究注入了新的活力。除此之外，我們發(fā)現(xiàn)人們對于納米材料中光-物質(zhì)耦合的調(diào)制手段還非常有限，大多是依賴于對溫度、電場、磁場或樣品尺寸的控制，這些調(diào)

3、制方法調(diào)節(jié)范圍窄、設(shè)備需求高，極度地限制了應(yīng)用方向的發(fā)展。隨著“彈性應(yīng)力工程”的提出，人們對應(yīng)力調(diào)制作用下納米材料的電學(xué)特性和光學(xué)特性方面都有了較多的研究，而對于應(yīng)力作用于光-物質(zhì)耦合方面的調(diào)制影響還非常缺乏。因此，本論文將針對以上所提出的現(xiàn)狀和問題來研究不同材料中的光-物質(zhì)耦合作用以及應(yīng)力對其的調(diào)控作用，論文的主要內(nèi)容如下：
　　為了滿足測試中亞微米空間分辨率的需求，自行設(shè)計和搭建了一套基于顯微鏡系統(tǒng)和單模光纖的微區(qū)熒光/反射/

4、角分辨光譜測量系統(tǒng)，其中微區(qū)熒光/反射光譜測量系統(tǒng)是以單模光纖作為視場光闌放在二次放大成像面上，實現(xiàn)了亞微米量級的空間分辨率，而微區(qū)角分辨光譜測量系統(tǒng)可以實現(xiàn)通過一次性拍照方式獲取半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)微腔中的模式色散關(guān)系。
　　以過渡族金屬硫化物（TMDs）代表性材料二硫化鎢（WS2）為研究載體，巧妙利用WS2較高的介電常數(shù)獲得了厚度可控的自構(gòu)型法布里-玻羅（F-P）微腔結(jié)構(gòu)，首次研究了TMDs材料中激子與自構(gòu)型微腔模式之間的強耦合效應(yīng)

5、。通過對體材料機械剝離并利用原子力顯微鏡選取合適的納米薄片厚度，有效地調(diào)控了WS2中激子與薄片上下表面自構(gòu)型F-P微腔之間能量失諧，在實驗上直接觀測到了WS2納米薄片中激子和腔模之間的反交叉行為，并基于耦合振子模型研究了微腔極化激元的色散關(guān)系，估算出了WS2中A、B激子的拉比分裂和振子強度值，為探索層狀結(jié)構(gòu)材料的強耦合效應(yīng)開辟了新的思路。
　　提出了制備周期性彎曲CdS納米線/帶的新方法，該方法操作簡便、穩(wěn)定性高、可調(diào)節(jié)性強，在此

6、基礎(chǔ)上重點研究了應(yīng)變對CdS納米帶中激子能級及動力學(xué)行為的調(diào)控作用。利用微區(qū)熒光/反射光譜測量系統(tǒng)，詳細(xì)表征了不同偏振條件下應(yīng)力對CdS納米線/帶中激子的能級調(diào)控作用，實驗表明不同結(jié)構(gòu)中應(yīng)力調(diào)制作用下激子的輻射行為具有不同的物理機制。利用時間分辨單光子技術(shù)研究了應(yīng)力作用下CdS納米帶中A、B激子的動力學(xué)過程，發(fā)現(xiàn)拉伸應(yīng)力的調(diào)制作用下A、B激子之間能量差的增大將會導(dǎo)致A激子的壽命增加，B激子的壽命縮短，為提高光電子器件的性能方面提供了一個