SiC晶体电光特性及飞秒激光改性研究

摘要

碳化硅(SiC)晶体具有宽带隙(可见光到近红外光波段透过率高)、高杨氏模量和高硬度、以及高光损伤阈值等特性,使得制备的SiC晶体器件工作波长范围比晶体Si器件工作波长范围(>1.2μm)宽、机械稳定性高,特别适合于高温高压以及高功率强激光等恶劣环境中应用。因此,SiC晶体不仅是一种良好的半导体电子器件材料,还是一种性能优异的光学材料。然而目前对该晶体的研究主要集中在电学方面的应用,很少涉及光学方面的性质。本文在研究SiC晶体的电学效应和光学效应的基础上，探索基于6H-SiC晶体的电光调制器的可行性,深入研究6H-SiC的电光性质,从而为高温电光调制提供一种优质的材料。
　　本文选取6H-SiC作为研究材料,基于折射率椭球理论,分析6H-SiC晶体在不同运用方式下的电光延迟。实验中选用波长为632.8nm的氦氖激光,采用激光偏振相位延迟法测量晶体不同通光方向和不同电场方向所引起的折射率变化,进而计算出相应的半波电压以及Pokels电光系数。从而进一步丰富6H-SiC的晶体参数数据库,对后续的研究工作提供指导作用。
　　研究了飞秒激光与6H-SiC相互作用机理,分析其对晶体表面改性之后光电导的变化情况。实验发现经过飞秒激光表面改性之后,对于6H-SiC的光电导有很强的增益作用,即在同等电压作用下,光电流放大十倍左右。利用6H-SiC晶体的飞秒激光微加工的技术,在6H-SiC晶体表面和内部制备出高质量光栅,并在1300℃高温环境下进行高温退火。6H-SiC晶体退火前后,光栅参数无明显变化,即基于6H-SiC制备的光栅适宜在高温环境下使用,可广泛应用于高温环境下的光学处理、光学衍射、光学传感等。
　　在高温环境下,利用我们所制作的光栅进行传感实验。随着温度从室温到240℃范围内的变化,光栅参数与温度具有良好的线性关系。这样不仅提供了高温遥测传感的另外一种方式,而且将碳化硅晶体耐高温的特性和光学特性有机的结合到一起,为碳化硅高温环境下光学方面的应用提供了可能。

目录

SiC 晶体电光特性及飞秒激光改性研究

RESEARCH ON ELECTRO-OPTIC PROPERTIESAND FEMTOSECOND LASER MODIFICATION OFSiC CRYSTAL

摘 要

Abstract

目 录

第1 章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2 章 6H-SiC 电光特性研究

2.1 引言

2.2 6H-SiC 晶体的电光系数

2.3 6H-SiC 晶体的电光系数测量

2.4 本章小结

第3 章 飞秒激光对6H-SiC 表面改性研究

3.1 引言

3.2 飞秒激光表面改性实验

3.3 飞秒激光表面改性测量与结果分析

3.4 本章小结

第4 章 飞秒激光对6H-SiC 晶体微加工研究

4.1 引言

4.2 飞秒激光加工SiC 晶体光栅

4.3 飞秒激光在6H-SiC 晶体中加工悬臂梁

4.4 本章小结

第5 章 6H-SiC 晶体光栅高温传感研究

5.1 引言

5.2 碳化硅光栅高温传感理论

5.3 碳化硅光栅高温传感实验

5.4 碳化硅光栅高温传感实验结果分析

5.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致 谢