高温超导太赫兹源辐射分布与室温光电显微镜的研究

发布时间：2018-02-27 20:57

本文关键词： 太赫兹低温转角测试系统高温超导BSCCO太赫兹辐射源硅纳米线太阳能电池　出处：《南京大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：太赫兹(terahertz, THz)波是指频率从1011Hz到1013Hz的电磁波,具有光子能量低、典型脉宽在皮秒量级等许多特有的性质,这使得其在通信、雷达、天文、医学成像、无损检测、安全检查等领域都具有可观的应用前景。早期由于缺乏相干、窄带、高功率的太赫兹源和对应的检测手段,太赫兹技术发展得非常缓慢,被称为“太赫兹空白(THz gap)"。高温超导(high temperature superconductor, HTS) Bi2Sr2CaCu2O8+δ (BSCCO)本征约瑟夫森结阵在直流偏置下能产生频率可调的连续波太赫兹辐射,对这种太赫兹源空间辐射分布的研究有助于解释其辐射机制。对此,前期的理论和实验工作均取得了一定成绩,其中,Klemm等利用天线理论提出一种“双源模型”以解释BSCCO矩形平台(mesa)结构样品中产生辐射时谐振腔的工作模式,并测得了样品辐射功率和角度的关系图。然而由于其较为原始的手动逐点测量的方式,存在数据点离散、缺乏可重复性等问题,实验结果缺乏说服力。因此迫切需要一种新的高精度的测试方式,来对高温超导辐射源的空间分布和工作模式进行研究。基于约瑟夫森效应的高温超导太赫兹源由于其频率连续可调的优良特性,其研究形成了一个重要的新兴领域,而以半导体为基础的材料业和相关应用也迎来前所未有的发展机遇。近年来,为了迎接能源危机和环境污染的挑战,成本低、重量轻和效率高的太阳能电池已经成为一种发展趋势。目前大多数市场上都采用昂贵的结晶硅来制备太阳能电池,为了降低制造成本,新一代的硅薄膜太阳能电池正在研发中,但是较低的光电转换效率限制了光的吸收利用率。因此,如何进一步提高光电转换效率,同时保证其制造成本是一个亟待解决的问题。近期,科学家研发了一种硅纳米线制备的太阳能电池,由于其较强的光吸收转化效率,被普遍认为有很大的应用前景。表面形态是表征半导体物理特性的重要参数之一,尤其在针对硅纳米线太阳能电池的研究中。由于肉眼很难区分非晶体硅太阳能电池的表面缺陷,因此科研人员采用显微镜技术来研究太阳能电池的光伏性能(PV performance),如扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)。但是,大多数显微镜只能对样品表面形貌进行观察,无法同时检测其光电响应。研发一套基于本征激光源的显微镜系统来对纳米线进行无损表征是有利的解决手段之一。本论文旨在研发自主创新的科学测试装置,并将其用于高温超导BSCCO太赫兹固态辐射源辐射的远场分布以及硅纳米线太阳能电池的性能表征。论文的主要内容包括以下两个方面：第一,本文搭建了一套低温转角测试系统。基本解决了如何有效冷却转动平台上样品的技术难点,通过LabVIEW程序实现实时控制和数据通信,样品台在360。范围内连续旋转,其低温转动精度优于1。,并可自动测出每个角度点的辐射功率值,从而绘制出功率的角分辨图谱。该系统的研发不仅有助于太赫兹辐射源的研究,同时也惠及各种超导器件的方向特性的研究。第二,本文搭建了一套室温扫描光电显微镜,采用波长637nm的激光对硅纳米线太阳能电池进行无损表征,研究其表面缺陷和光转化效率。整个系统采用LabVIEW程序实现实时控制和数据通信,扫描快速,成像方便。该系统的研发对常温下的光敏感材料的研究有着很大的推进作用。
[Abstract]:The terahertz ( THz ) wave refers to electromagnetic waves with a frequency of 1011Hz to 1013Hz , and has a lot of unique properties such as low photon energy and typical pulse width on the order of picoseconds , which makes the terahertz ( THz ) wave have considerable application prospect in the fields of communication , radar , astronomy , medical imaging , non - destructive testing , safety inspection and the like . In recent years , a new type of solar cell has been developed in order to meet the challenges of energy crisis and environmental pollution . The research and development of the system not only can help the research of terahertz radiation source , but also benefit the research of directional characteristics of various superconducting devices . Secondly , a set of room temperature scanning photoelectric microscope is set up , and the surface defects and light conversion efficiency are studied . The system adopts LabVIEW program to realize real - time control and data communication , and the scanning is fast and the imaging is convenient . The research and development of the system has a great advance on the research of light - sensitive materials under normal temperature .

【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O441.4;TN16

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