硫化镉（CdS）作为一种高性能直接带隙半导体，因带隙可调、载流子迁移率高且化学性质稳定，可作为电子传输层、缓冲层和窗口层，被广泛应用于光伏领域。CdS优异的光吸收特性、合适的能带及界面的匹配性有助于提升太阳电池的效率与稳定性。本综述系统梳理了硫化镉在钙钛矿太阳电池、聚合物太阳电池及铜铟镓硒（CIGS）太阳电池中的最新应用，并展望了未来发展趋势，为该材料的持续开发与产业化应用提供了清晰的技术路线。

中红外（MIR）波段在光谱学和通信等领域有重要的应用。高速、低损耗的中红外波段调制器是推进相关应用的关键器件，其研制目前仍存在较大挑战。本文提出了薄膜铌酸锂与硫系玻璃异质集成的中红外高速电光调制器，基于薄膜铌酸锂覆盖中红外波段的透明窗口和优异的电光特性，利用折射率可调的硫系材料作为光导引层并改变波导中的光场分布，系统研究了传输损耗、调制效率及带宽对器件参数的依赖关系。通过优化设计，在中红外4.1 μm处实现了0.67 dB/cm 的传输损耗，14.7 V·cm的半波电压长度积，以及超过110 GHz的3 dB带宽。本研究为中红外高速电光调制提供了新的思路，有望推进空间光通信、传感、量子信息等重要应用。

闪烁体作为将高能辐射转化为光信号的关键材料，其上升沿时间直接影响探测系统的时间分辨率，对于X射线自由电子激光（XFEL）设施中的脉冲诊断与束流监测，以及飞行时间正电子发射断层扫描（TOF-PET）等前沿领域至关重要。本工作旨在深入探讨闪烁体上升沿这一核心时间性能参数的重要性及其现有测量技术的瓶颈，并提出一种创新的高精度测量方案。研究利用355 nm皮秒脉冲激光，通过分光将光束分为触发光路与激发光路，并耦合光谱仪进行单色光选择，有效克服了激光脉冲抖动和弱荧光信号采集难题。实验测得，相比LYSO∶Ce闪烁体的上升时间为（273.7±26.9） ps，新兴的CsPbCl₃全无机钙钛矿闪烁体展现出低至（209.6±6.7） ps的超快上升时间，而衰减时间仅为（663.4±34.2） ps。这一百皮秒级的上升时间与超快响应特性，揭示了CsPbCl₃在吉赫兹高重频超快探测器领域的巨大潜力，为同步辐射和自由电子激光装置诊断提供了关键技术支撑，也为下一代超快闪烁体的筛选优化提供了关键方法与物理数据。

本文研究了不同Yb³⁺掺杂浓度（1.5%、15%、50%，原子数分数）的YAG∶Yb晶体，以及15%Yb³⁺共掺0.05%Na⁺和0.05%Ba²⁺样品在¹³⁷Cs伽马源辐照前、后透过率，光电子产额及阴极荧光（CL）发光分布特性变化。研究发现，15%Yb³⁺单掺样品在辐照后辐照诱导吸收最强，但其发光均匀性基本保持稳定，归一化CL强度的RMS/Mean（均方差/平均值）值仅由3.17%（370 nm）和3.20%（475 nm）上升至5.32%和4.66%。而1.5%Yb³⁺样品虽辐照诱导吸收较弱，但发光离散性显著恶化（370 nm的RMS/Mean值由2.36%上升至10.61%），光电子产额下降幅度约22.2%，能量分辨率由62.0%劣化至116.6%，表明在低掺杂条件下辐照诱导缺陷对发光空间均匀性的破坏可能阻碍能量传递路径从而抑制电荷迁移过程，导致紫外可见发光减弱。50%Yb³⁺样品辐照后辐照诱导吸收和发光不均性均较显著，但其光电子产额及能量分辨率相对稳定，可能与高掺杂引起的结构畸变对辐照缺陷效应的部分补偿有关。共掺Na⁺/Ba²⁺样品在抑制辐照诱导吸收和发光稳定性方面均表现最优，表明适当的共掺杂有助于抑制缺陷形成并提升晶体的抗辐照能力。综合结果表明，YAG∶Yb晶体的辐照稳定性不仅受辐照诱导缺陷吸收的影响，还与晶体缺陷对发光均匀性的调控密切相关。

二价钐离子（Sm²⁺）掺杂卤化物闪烁体表现出优异的近红外闪烁性能。本文采用垂直布里奇曼法成功生长出不同浓度Sm²⁺共掺杂的Cs₂LiLaBr₆∶Ce³⁺，Sm²⁺闪烁晶体，详细研究了它们的发光性能、能量传递及缺陷情况。通过ICP-MS方式估算出Sm²⁺在CLLB基质中的分凝系数约为2.0。紫外-可见荧光光谱发现Ce³⁺、Sm²⁺共掺的Cs₂LiLaBr₆晶体呈现390、420和770 nm三个发射峰，分别归属于Ce³⁺和Sm²⁺的5d-4f电子跃迁发射，通过Sm²⁺的共掺成功获得近红外发光。荧光量子效率测试结果表明，随Sm²⁺掺杂浓度的增加，晶体的荧光量子效率呈现先增加后下降的趋势，掺杂浓度（原子数分数）为3%Sm²⁺时，荧光量子效率达到最高98.5%。Sm²⁺和Ce³⁺的光谱重叠及衰减时间结果表明Ce³⁺-Sm²⁺之间存在能量传递，且在传递过程中存在较多的能量损失。最后，基于不同离子掺杂浓度晶体样品的热释光（TL）曲线和X射线激发发射（XEL）结果研究了Sm²⁺掺杂对基质缺陷的影响，并讨论了其发光机理。

硫氧化钆（GOS）闪烁晶体因对高能X射线的响应度高，在无损检测与工业探伤等领域占据着不可替代的地位。商用的GOS X射线闪烁屏通常是块状陶瓷结构，由于存在光的横向串扰问题，分辨率普遍不高（小于5 lp/mm）。本文利用光刻、电感耦合等离子体（ICP）刻蚀、光辅助电化学腐蚀等工艺制备了周期为6、10和25 μm的硅微通道阵列，并采用UV胶与GOS粉末混合填充的方法成功制备出了基于硅微通道的GOS X射线闪烁屏。搭建了X射线测试系统，测量了管电压对闪烁屏亮度的影响，通过MATLAB软件对刃边图像的边缘扩散函数（ESF）进行拟合，得到调制传递函数（MTF），进而计算出闪烁屏的空间分辨率。实验结果表明：闪烁屏的亮度随着管电压的提高而增加，周期较大的闪烁屏亮度越高，周期越小的闪烁屏分辨率越大，周期为6 μm时分辨率为18.1 lp/mm，周期为10 μm时分辨率为16.8 lp/mm，周期为25 μm时分辨率为12.0 lp/mm。

高速率外延生长是制备大尺寸氮化镓（GaN）衬底的关键。本研究提出了一种简洁无额外副产物的氮化镓高速外延生长策略，即利用金属Ga与Ga₂O₃高温反应生成Ga₂O作为镓源的氧化物气相外延（OVPE）法，结合热力学计算和生长实验分析，验证了其可行性，为高速率生长GaN提供了新的技术路径和理论支撑。热力学计算分析确定了Ga-Ga₂O₃生成Ga₂O反应的吉布斯自由能与温度关系，该反应在1 073~1 273 K具有显著的自发性，且Ga₂O饱和蒸气压随温度升高呈指数增长，利于Ga₂O高效生成。基于Ga₂O完全转化假设建立了GaN生长速率模型，计算了不同温度下Ga-Ga₂O₃反应及生成GaN的理论生长速率，并进行了OVPE生长验证。结果显示，理论与实测生长速率在镓源温度依赖性趋势上高度一致，但理论值约为实验值的5倍，据此推算实际转化效率约为20%。通过拟合分析，推导出更高温度（1 100~1 300 ℃）下Ga₂O的生成速率和GaN的理论生长速率，结合实验结果，可以得出：在1 mol Ga₂O₃与4 mol GaN的标准反应配比下，镓源温度为1 300 ℃时，2英寸（1英寸=2.54 cm）GaN衬底实际生长速率可达约1 080 μm/h，6英寸可达约120 μm/h。

本文提出了一种新型核/壳量子盘结构，其核层和壳层由第四代超宽带隙半导体Ga₂O₃和（Al _x Ga_1-x ）₂O₃组成，通过结合有限差分法与变分法，研究该核/壳量子盘结构中杂质基态与非束缚态之间，以及不同杂质束缚态之间的光学子带间跃迁及其对应的光电离截面。采用数值计算，首次考虑了Al组分无序的相关影响。结果表明，组分无序效应对杂质基态向非束缚态跃迁对应的光电离截面影响可忽略不计。相比之下，组分无序引起的随机势涨落，使不同杂质束缚态之间的跃迁光电离截面在共振峰处表现出显著变化。这些发现可为进一步探索基于超宽带隙材料的光子学和光电设备的应用提供理论指导。

本文利用基于蒙特卡洛方法的SRIM-2013软件，模拟10~1 000 keV能量质子对β-Ga₂O₃的辐照损伤，并结合热电子发射（TE）模型研究质子辐照对β-Ga₂O₃肖特基势垒二极管（SBD）反向漏电性能的影响。模拟结果表明，核外电子阻止能力远大于原子核阻止能力。随着质子辐照剂量增加，原子平均离位（DPA）和Ga空位（V_Ga）浓度逐渐增大，峰值分别为0.007 65和3.48×10²⁰ cm^-3。随着辐照能量增加，虽然辐照损伤逐渐深入到β-Ga₂O₃靶材内部，但是DPA和V_Ga浓度逐渐降低。热电子发射模型分析表明，当载流子浓度从1×10¹⁹ cm^-3降低到1×10¹⁶ cm^-3时，反向漏电流密度减小，器件反向漏电性能得到明显改善。质子辐照产生的大量V_Ga补偿部分载流子，削弱了镜像力对肖特基势垒的影响，可能是β-Ga₂O₃ SBD器件反向漏电性能改善的主要原因。

单晶硅各向异性湿法刻蚀特征表现较为复杂且极易受刻蚀条件及掩膜形状的影响，这导致其刻蚀结构面演化过程和形貌结构难以实现准确预测和控制。本研究基于单晶硅全晶面刻蚀速率和掩膜刻蚀结构的实验数据，详细分析了各向异性刻蚀机理及掩膜刻蚀成型过程，并利用Level-Set插值方法构建了单晶硅刻蚀形貌仿真模型（Si-LST），实现了利用少量晶面刻蚀速率精确插值全晶面刻蚀速率及任意掩膜下刻蚀形貌的精确模拟。结果表明，Si-LST针对凹膜、凸膜及复合掩膜均有较高的仿真精度，可以为单晶硅微结构加工成型和表面质量控制提供高效的工艺设计辅助。

直拉硅单晶放肩形状显著影响晶体质量。本研究利用CGSim软件，针对硅单晶生长过程中平放肩和缓放肩两种不同放肩形状进行模拟分析。结果表明，相比平放肩，缓放肩能形成理想的“M”形凸生长界面，促使熔体对流更均匀，固-液界面处氧含量富集程度提升约46.75%；该凸生长界面结构同时优化了晶体生长速率（V）与轴向温度梯度（G）的比值（V/G）分布，使缓放肩晶体应力最大值降幅约67.72%，且应力均匀性提升约62.73%。以上热力学（V/G调控）-溶质输运（氧输运行为）-结构稳定性（应力抑制）之间的协同优化机制，阐明了界面形状与应力场的动态耦合关系及缺陷演化规律。不同晶体长度的模拟结果进一步证实，该模式下的综合优化机制，为后续通过精确调控放肩形状来优化晶体质量提供了坚实基础。

本文针对特高压、大电流SiC功率器件应用背景下高质量4H-SiC厚膜同质外延生长中的关键技术挑战，系统研究了外延层掺杂浓度与厚度的均匀性控制、表面缺陷密度抑制及少数载流子寿命提升等问题。通过优化反应室结构设计与精确调控外延工艺，显著提高了外延层厚度与掺杂浓度的均匀性；研究进一步表明，严格控制p型外延层三角形缺陷数量与外延过程中的掉落物是降低厚膜表面缺陷密度、提升外延片可用面积的有效途径，同时也对提升少子寿命具有重要作用。最终，本研究成功制备了厚度达到200 μm、掺杂浓度控制在1.9×10¹⁴ cm^-3的高质量8英寸（1英寸=2.54 cm）4H-SiC同质外延厚膜，其厚度不均匀性为0.95%，掺杂浓度不均匀性为3.92%。在10 mm×10 mm芯片尺度下，IGBT结构外延片的可用面积达到46.5%，二极管/MOSFET结构外延片的可用面积高达96.9%，且少子寿命均超过5 μs。AFM测试显示外延层表面粗糙度较低，形貌优良。本研究展示了实现高均匀性、低缺陷密度、高少子寿命的SiC同质外延厚膜的有效技术方案，对推进SiC特高压器件（如IGBT）的制备及其在新型储能、智能电网等领域的产业化应用具有一定的科学意义与工程价值。

本文通过自主设计的大尺寸导模炉制备了尺寸为486 mm×1 000 mm×12 mm的蓝宝石晶体，并对其性能进行了表征。采用X射线衍射仪对晶体的双晶摇摆曲线进行了测试，其摇摆曲线分布对称，半峰全宽（FWHM）仅为20.53″；通过对晶体不同部位的样品进行腐蚀，观察其位错形貌，估算位错密度为10³量级；采用能谱仪对腐蚀样品表面元素进行检测，结果表明晶体组分单一，晶体生长过程中没有Mo或C等杂质元素掺入其中；采用大口径双折射应力检测系统对其应力进行了表征，并与泡生法制备的蓝宝石晶体及传统单热场导模炉制备的蓝宝石晶体进行比较，结果表明本文制备的大尺寸蓝宝石晶体应力与泡生法制备的晶体相近，比传统单热场导模炉制备的蓝宝石晶体小近一个数量级；通过万能电子试验机对晶体弯曲强度及弹性模量进行测试，结果表明整个晶体板材力学性能优异，且均匀性较好。上述结果表明，采用自制的大尺寸导模炉制备的蓝宝石晶体性能较好，是大尺寸透明装甲的优选材料。

本研究通过优化导模（EFG）法蓝宝石生长初期的工艺参数，成功在晶体表面诱导形成具有台阶状形貌的特殊表面结构，并采用多种表征手段系统对比台阶状表面与平坦表面的晶体质量。结果表明，台阶状表面样品的拉曼光谱半峰全宽、X射线衍射（XRD）单晶摇摆曲线半峰全宽及光谱透过率均优于平坦表面样品。此外，台阶状表面的平均气泡尺寸分别为42.98 μm×37.27 μm和37.90 μm×35.23 μm，均显著小于平坦表面的68.04 μm×55.70 μm和52.03 μm×36.89 μm，且台阶状表面的气泡分布密度、氧空位浓度及内部应力均较低。扫描电子显微镜观察发现，台阶状表面的生长阶梯呈平直紧密状排列，而平坦表面的生长阶梯为不规则弯曲和松散状，且平坦表面的生长阶梯间距大于台阶状表面。综上所述，台阶状表面在晶体结构完整性和光学性能方面均表现更优。本研究为高质量导模法蓝宝石晶体的可控生长提供了新的工艺思路。

为系统研究温度与孔隙几何对SiC纳米声子异质结（NHs）力学性能的耦合影响，本研究采用分子动力学模拟结合随机森林机器学习方法，分析了在50～500 K温度范围内、具有不同矩形声子晶体孔径及长宽比、并分别沿armchair和zigzag晶向构建界面的SiC NHs在单轴拉伸下的断裂行为。结果表明：随着温度升高，SiC NHs的断裂强度与断裂应变分别下降20%～32%和26%～35%；矩形声子孔沿拉伸方向的孔长是控制断裂强度的主导几何参数，具有armchair界面的SiC NHs的断裂强度整体较zigzag界面的提高15%～20%，大孔径声子孔会显著加剧局部应力集中与热软化效应。基于分子动力学模拟数据构建的随机森林模型在SiC NHs断裂性能预测中具有较高精度（R²=0.99），计算效率比分子动力学拉伸模拟提升约600倍，可为SiC纳米器件中SiC NHs的可控制备与力学性能设计提供理论支撑与快速预测工具。

采用水热法在FTO导电玻璃上成功制备出大面积高能面裸露的ZnO纳米片阵列，继而运用连续离子层吸附反应法在纳米片表面制备Zn掺杂的CdS纳米颗粒，形成ZnO/CdS∶Zn异质结构光阳极。利用X射线衍射、扫描电子显微镜、紫外-可见光吸收光谱和三电极光电测试系统对所制备光阳极的晶相、微观形貌、光学特性和光电化学性质进行了系统的表征和分析。测试结果显示，CdS∶Zn纳米颗粒均匀且致密地沉积在ZnO纳米片阵列表面，随着连续离子层吸附反应循环次数的增加，薄膜的光吸收范围逐步拓宽到可见光区，光电流获得大幅度提高，可达6.25 mA·cm^-2。研究表明，异质结构构建与元素掺杂协同促进了薄膜光电性能的显著提升。

透明导电材料（TCMs）兼具高光学透明性和优良导电性能，是光电子显示、太阳能电池和低辐射节能窗等领域的重要功能材料。目前，n 型透明导电材料已实现产业化，但高性能p型透明导电材料的研究仍然面临瓶颈。MgS因具有宽禁带和高透过率被认为是潜在的p型透明导电材料候选。本文采用杂化泛函方法，对闪锌矿型MgS的力学性质进行系统研究，并结合缺陷计算探讨其p型导电机制。结果表明，计算得到的弹性常数满足Born稳定性准则，平均普格比率为3.08，显示出柔性特征和一定的各向异性。缺陷计算表明，在富S条件下，V_Mg作为浅受主，离化能ε（0/-）为0.158 eV，有利于实现空穴导电，在热平衡制备方法下，Na_Mg与Na_int之间存在明显的自补偿效应，这表明在制备p型缺陷Na_Mg时，应考虑采用非平衡制备方法，如分子束外延制备方案。

通过溶剂热法，以4-甲基-1，2，3-噻二唑-5-甲酸（HL）为配体，与六水合硝酸镧反应，合成噻二唑镧配合物［LaL₃（H₂O）₂］_n，通过单晶X射线衍射、红外光谱和元素分析对配合物的结构进行表征。通过紫外（UV）和荧光光谱研究镧配合物与小牛胸腺DNA（CT-DNA）和人血清蛋白（HSA）的相互作用。单晶结构测试表明，该配合物属于三斜晶系，P1空间群，晶胞参数为a=0.979 88（5） nm，b=1.057 26（6） nm，c=1.103 62（5） nm，α=105.134（5）°，β=109.816（4）°，γ=94.221（4）°，Z=2，V=1.021 65（10） nm³，D_c=1.974 g·cm^-3，F（000）=598.0，R_int=0.057 3。该配合物由La³⁺与6个4-甲基-1，2，3-噻二唑-5-甲酸根及两个水分子配位形成九配位畸变的三帽三角棱柱构型，通过羧基氧桥接形成一维链，一维链通过N—H、S—H氢键及噻二唑环π-π堆积成三维图。紫外和荧光光谱分析表明配合物与CT-DNA和HSA存在相互作用，该配合物与CT-DNA的猝灭常数K_sv=4.75×10⁴ L·mol^-1，猝灭速率常数K_q=4.75×10¹² L·mol^-1·s^-1，结合速率常数K_a=2.45×10⁵ L·mol^-1，结合位点n=1.18，由此可知配合物对CT-DNA的荧光猝灭是静态猝灭。与HSA的猝灭速率常数K_sv=9.83×10⁴ L·mol^-1，猝灭速率常数K_q=9.83×10¹² L·mol^-1·s^-1，结合速率常数K_a=67.61 L·mol^-1，结合位点n=0.39，配合物对HSA的荧光猝灭是静态猝灭。Hirshfeld分析显示分子间存在较强的H…H作用。