论文部分内容阅读
随着社会信息化的急速发展，微电子技术作为信息技术的核心，以摩尔定律式的速度提高着半导体元件的集成度的同时，越来越受到不可逾越的速度极限、密度极限的挑战，这使得人们越来越关注以光子代替电子作为信息的载体。而作为新型材料光子晶体，因能准确控制光子运动且几乎无损耗地传播，出现在世界科研工作者研究的热点之中。 本文先介绍了光子晶体的特性和带隙理论、计算方法，理论上计算得到一维光子晶体的透射率、反射率公式，通过系统分析MgF2/CdSe一维非异质光子晶体带隙特性成功构建了基于不同填充比（填充比τ=d1/a分别为0.4、0.6）的MgF2/CdSe一维异质光子晶体，并分析了电磁波入射角和偏振模式对该异质结光子晶体带隙的影响。计算结果表明:正入射情况时，异质结光子晶体的带隙范围为459～671nm，即带隙宽度可达212nm，与原来单结构光子晶体带隙相比，分别提高了203％和43.24％。结合两种偏振模式，在475％556nm波段内可得到带隙宽度达到81nm宽的完全光子带隙，且带隙起始波长和宽度均不受入射角度影响。这种异质结光子晶体与原来非异质光子晶体相比，完全带隙宽度提高了97.56％。 接着，分析研究异质结构带隙自身的影响因素。研究表明异质结光子带隙受介电材料的介电常数比影响较大，由此引入高介电常数的AlN材料，构建AlN/MgF2一维光子异质晶体模型，讨论分析其结构参数周期层数、光的入射角、介质层厚度对光子能带结构的影响。计算结果表明:该异质结构光子晶体，在165％270nm紫外波段内存在完全光子带隙（宽度达65nm），随着周期层数的增加E-polarization、H-polarization的反射率逐渐增加，带隙的宽度变小且发生红移，当层数达到16层时最大反射率达到饱和，最大反射率为100％。随晶格常数的增加，两种偏振模式的光子带隙向长波移动明显，紫外波段内带隙宽度先减小再增大，a=80nm时，带隙宽度达到最大，可以覆盖190～400nm整个波段。且在紫外波段173nm％265nm内存在的完全光子带隙，且不敏感于光的入射角、偏振性等参数的。计算得出异质得到的一维AlN/MgF2光子晶体的带隙结构不敏感于光的入射角、偏振性等参数，为弥补敏感于光的入射角、偏振性的传统光子晶体的不足提供参考。 最后，考虑到晶体中引入缺陷，可以在光子带隙中获得高品质因子的杂质态（可以实现自发辐射增强的缺陷模），使上述异质结构光子晶体得到更广泛的应用。另外，在传统光子晶体中引入缺陷，可达到带隙受结构参数影响小，增大带隙宽度、提高反射率等效果。由此，本文尝试在异质结构光子晶体引入缺陷层P3OT，构建了带缺陷层的一维异质光子晶体结构，[AlN/MgF2]A[AlN/P3OT/AlN][MgF2/AlN]B，计算了该结构在紫外波段的光子带隙特性，分析了影响带隙的缺陷层参数，并与无缺陷结构[AlN/MgF2]16进行比较。计算结果表明，光子晶体中引入缺陷层，在315～330nm紫外波段内可以达到增带隙宽度、提高反射率的效果，且均不随缺陷层厚度的变化而变化。在紫外波段173nm％265nm内存在完全光子带隙(宽度达88nm)，且不受电磁波入射角的影响，即同时为全方位带隙。与相应的无缺陷结构相比，带隙宽度提高了35.38％。