半导体中超快动力学过程的研究

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1、摘要Y(；50736本文应用乜秒激光技术对发生在半导体材料中的超快动力学过程进行了研究。对不同的超快过程，采用相对应的研究方法。应用超快光电流谱方法，研究了Ge量f点中的载流子退相过程即动量弛豫过程，并对这一过程进行了理论模拟。应用超快泵浦一探测反射谱方法，研究了掺Fe的InP材料中的光生载流予的能量弛豫过程及扩散过程，提出了‘个理论模型时实验结果进行了很好的解释。心』{j超快泉浦一探测吸收谱及荧光谱方法，研究了ZnSe纳米材料r}J的．{}：甲衡载流子的弛豫过程。l建立了能用计算机控制的飞秒超快测

2、试系统，这套系统可以测量超快光电流潜、超快泵浦一探测透利谱、超快泵浦一探测反射潜和瞬态荧光谱，测试系统最小的叫问分辨率Oo．21fS。2．据我们所知，用超快光电流谱对Ge量子点的退相过程进行研究在崮内外还未曾报道过。从理沦上推导了脉冲作用下二能级体系的光学Bloch方程，应用眩方程可以对Ge量子点退相过程进行很好的模拟，并获得Gc量了点中的两个子能级的退相时间均为130fs，而si体材料中带问退相时I刈为70fs。Ge量子点中的退相可能是载流子一载流子散射和载流予一声子散射共同作用的结果。由f载流子

3、在零维空问受到的散射几率比三维空间小，故Ge量子点的退相时间比si的带间跃迁的退相时间要长一些。3．应用超快泵浦一探测反射谱研究了掺Fe的InP中的光生载流子的反射动力学。根据反射谱的测量可以得出，在激发能级L载流子布居数的衰减，可以分为升始几个ps内的快速衰减过程和随后几十ps的较慢的衰减过程。前者对应的是热弛豫过程，后者对应的是扩散过程。考虑到表面复合，我们提出了一个理论模型来进行模拟载流子的扩散过程。模拟结果表明掺Fe的InP的表面复合速度比原生的lnP的大得多，掺Fe的lnP中的载流子扩散系

4、数比原牛的InP中的要低。对丁热弛豫过程的研究，采用高能量光子进彳J二激发，分析了热弛豫时州随激发强度的变化。实验结果表明，光生载流予的浓度越高，热弛豫时I削也就越短。载流子的热弛豫过程与扩散过程在整个衰减过程中所占的比例，取决丁激发光了的能量。激发的光子能量越高，热弛豫过程所占的比例也就越高，反之，激发光子能量越低，扩散过程所占的比例也就越大。4．对在溶液中的ZnSe纳米颗粒的超快吸收谱的研究表明，电予一声予散射时间为6．6ps(纳米颗粒的平均尺寸为75nm)、2．5ps(45nm)。随着纳米颗粒

5、尺寸的减小，载流子与颗粒表面的非弹性碰撞凡率增加，从而使载流子一声子祸合的强度增强，导致载流子一声子散射时间缩短。在不同温度下的瞬态发光谱研究表H爿，光生载流子的带间辐射复合在微秒量级，并随温度的变化而变化，在较低的温度范围(13K-100K)内，随着温度的增加，三重态和单重态之间的跃迁几率增加得很快，冈此三重态的辐射衰减时间减少很快。在较高的温度范围(100K-300K)内，随着温度的增加，单重态到基态辐射复合占优势，竞争性的三重态和单重态之间的非辐射复合被有效地抑制，所以当温度增加时，单重态的辐

6、射衰减时间基本不变。关键词：Ge量子点，超快光电流谱，退相动力学，掺Fe的lnP，超快反射谱，扩散动力学，热弛豫过程，ZnSe纳米材料，超快吸收谱，电子空穴的交换互作7习AbstractInthiswork，theultrafastdynamicsinsemiconductorwasstudiedusingfemtosecondlasertechnique．Differentexperimentalmethodswereusedtoinvestigatedifferentultrafastproce

7、sses，Bymeansofultrafastphotocurrentspectroscopy，thedephasing(namelymomentumrelaxation)inGequantmndotswasinvestigatedandtheoreticallysimulatedUsingpump—probereflectivityspectroscopy,thereflectivitydynamicsofphotoexcitedcarriersinFeimplantedInPwasstudied

8、，thentheprocessesofitsenergyrelaxationanddiffusionwereinvestigated．Usingultrafastpump-probeabsorptionspectroscopy，therelaxingprocessofnonequilibriumcarriersinZnSenanocrystal％vasinvestigated．1．Thefemtosecondultrafastmeasurementsystemcont