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SiGe∶H薄膜太阳能电池研究进展 被引量:4
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作者 柯少颖 王茺 杨宇 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期11-16,共6页
针对氢化非晶硅(a-Si∶H)薄膜太阳能电池在发展过程中所面临的问题,阐述了氢化硅锗(SiGe∶H)薄膜在太阳能电池制备方面的优越性及其最新研究进展,总结了提高SiGe∶H薄膜太阳能电池效率的几种方法,着重介绍了叠层太阳能电池内部运行机理... 针对氢化非晶硅(a-Si∶H)薄膜太阳能电池在发展过程中所面临的问题,阐述了氢化硅锗(SiGe∶H)薄膜在太阳能电池制备方面的优越性及其最新研究进展,总结了提高SiGe∶H薄膜太阳能电池效率的几种方法,着重介绍了叠层太阳能电池内部运行机理,分析了影响叠层太阳能电池转换效率的因素,最后对SiGe∶H薄膜材料在太阳能电池领域的应用前景以及一些亟待解决的问题进行了展望。 展开更多
关键词 SiGe∶H薄膜 太阳能电池 光谱响应 转换效率 叠层技术
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横向收集结构锗硅半导体雪崩探测器的设计研究 被引量:2
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作者 叶余杰 柯少颖 +2 位作者 吴金镛 李成 陈松岩 《中国光学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期833-842,共10页
为了实现高效的微光探测以及满足量子通信的需求,需要研发制备具有高增益、低噪声和高带宽的高性能红外探测器,基于硅衬底材料的锗硅雪崩探测器(Avalanche Photodiode,APD)被认为是有希望实现近红外通信波段高效弱光探测的探测器件。本... 为了实现高效的微光探测以及满足量子通信的需求,需要研发制备具有高增益、低噪声和高带宽的高性能红外探测器,基于硅衬底材料的锗硅雪崩探测器(Avalanche Photodiode,APD)被认为是有希望实现近红外通信波段高效弱光探测的探测器件。本工作设计研究了一种横向收集结构的锗硅APD,并对其结构参数对电场分布的影响进行了仿真模拟。发现该结构中硅倍增层的掺杂浓度、尺寸等对器件电场分布具有很重要的影响,并且利用能带理论对其进行了解释说明。倍增层掺杂浓度提高后,增强的结效应导致该器件中出现了有趣的双结结构,横向的n+-n-结与纵向的p+-i-p--n-结共同作用于电场分布,并且实现了纵向雪崩与横向载流子收集。在-30dBm1310nm光源正入射下,新设计的横向吸收结构APD经过优化带宽可以达到20GHz;线性响应度0.7A/W;由于采用了键合方法,其暗电流可以下降至10-12A。基本满足近红外通信波段弱光探测的高速、低暗电流、探测能力强等要求。 展开更多
关键词 半导体探测器 雪崩光电二极管 锗硅 电场控制
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InGaAs/Si键合界面a-Si键合层厚度对InGaAs/Si雪崩光电二极管性能的影响 被引量:1
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作者 佘实现 张烨 +2 位作者 黄志伟 周锦荣 柯少颖 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期170-179,共10页
为从根本上阻断InGaAs/Si之间的失配晶格,获得低噪声的InGaAs/Si雪崩光电二极管,理论上在InGaAs/Si键合界面插入超薄a-Si键合层,彻底隔断键合界面异质晶格,同时保证InGaAs吸收层和Si倍增层超高的晶体质量和良好的电学传输。模拟了a-Si... 为从根本上阻断InGaAs/Si之间的失配晶格,获得低噪声的InGaAs/Si雪崩光电二极管,理论上在InGaAs/Si键合界面插入超薄a-Si键合层,彻底隔断键合界面异质晶格,同时保证InGaAs吸收层和Si倍增层超高的晶体质量和良好的电学传输。模拟了a-Si键合层厚度对InGaAs/Si雪崩光电二极管性能影响。由于a-Si的载流子阻挡作用,器件在室温下获得了超低暗电流,且在偏压大于击穿电压后,光暗电流出现电流间隙,这将为超低噪声InGaAs/Si雪崩光电二极管的研制指明方向。 展开更多
关键词 InGaAs/Si键合 雪崩光电二极管 a-Si键合层 晶格失配 异质键合
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基于NB-IoT云服务智能安全用电装置设计 被引量:5
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作者 周锦荣 连仕珑 +5 位作者 邹力伟 柯少颖 陈少鹏 曹沛资 喻文雨 魏搏涛 《闽南师范大学学报(自然科学版)》 2022年第1期52-62,共11页
以项目案例形式介绍一种以HT32F52352单片机为控制核心,并基于NB-IoT技术的云服务智能安全用电装置的设计方法.该装置通过BL0942电能计量芯片实现了对交流电压、电流、有功功率、功率因数、频率等电能参数的测量.系统采用移远公司的NB-... 以项目案例形式介绍一种以HT32F52352单片机为控制核心,并基于NB-IoT技术的云服务智能安全用电装置的设计方法.该装置通过BL0942电能计量芯片实现了对交流电压、电流、有功功率、功率因数、频率等电能参数的测量.系统采用移远公司的NB-IoT无线通信模块BC26将采集的电能数据通过窄带物联网发送至阿里云服务器.通过超高精度实时时钟芯片DS3231提供实时时间进行电能数据采集,可以根据不同用电需求以及用电的电能数据分析实现节能用电调控,并直观展示出用电情况.而且,智能用电装置提供了漏电保护以及超流保护以保障用电安全. 展开更多
关键词 CDIO 智能用电 案例教学 电能计量 云服务器
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键合Si/Si p-n结电学输运特性及电场增强效应研究
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作者 彭强 何盛泉 +2 位作者 任良斌 李杏莲 柯少颖 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期79-88,共10页
Si/Si键合可以在低温下获得高强度、零气泡的键合片,但极难获得无氧化层的键合界面,因此难以应用于光电子领域,本文从理论上研究了Si/Si键合界面氧化层厚度对键合Si/Si p-n结光电特性(电流、带宽和光谱)的影响.通过隧穿率、载流子浓度... Si/Si键合可以在低温下获得高强度、零气泡的键合片,但极难获得无氧化层的键合界面,因此难以应用于光电子领域,本文从理论上研究了Si/Si键合界面氧化层厚度对键合Si/Si p-n结光电特性(电流、带宽和光谱)的影响.通过隧穿率、载流子浓度、电场分布、载流子速率、复合率等参数的变化揭示键合Si/Si p-n结性能影响因素,为超高质量Si基Si雪崩层及高性能Si基雪崩器件的制备提供理论指导.结果表明:随着氧化层厚度的增加,载流子隧穿率变小,p-n结光暗电流降低(光谱响应下降)、复合率下降、载流子在p-n结内出现堆积.其次,随着氧化层厚度的增加,器件RC时间常数变大,氧化层内电场增强,导致Si层内电场下降,3dB带宽变小. 展开更多
关键词 薄膜 氧化层 Si/Si键合 载流子隧穿 电场
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不同Ge组分a-Si_(1-x)Ge_(x)键合层对InGaAs/Si雪崩光电二极管性能的影响
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作者 周锦荣 鲍诗仪 +2 位作者 佘实现 黄志伟 柯少颖 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期118-127,共10页
采用非晶半导体中间层键合(SIB)实现键合界面失配晶格的阻断是实现高质量Si基InGaAs薄膜制备的最佳选择。本文在InGaAs/Si键合界面插入一层非晶锗硅(a-Si_(1-x)Ge_(x))键合层,模拟了不同Ge组分对InGaAs/Si APD复合率、能带、隧穿、电荷... 采用非晶半导体中间层键合(SIB)实现键合界面失配晶格的阻断是实现高质量Si基InGaAs薄膜制备的最佳选择。本文在InGaAs/Si键合界面插入一层非晶锗硅(a-Si_(1-x)Ge_(x))键合层,模拟了不同Ge组分对InGaAs/Si APD复合率、能带、隧穿、电荷堆积等参数的影响。器件在室温下获得极低的暗电流(~10^(-10) A@95%雪崩电压),增益和增益带宽积分别高达30 GHz和60 GHz。本文将为低噪声近红外APD的研制提供理论指导。 展开更多
关键词 InGaAs/Si雪崩光电二极管 a-SiGe键合层 暗电流 增益带宽积
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He离子注入对Ge中缺陷行为的影响研究
7
作者 柯海鹏 欧雪雯 柯少颖 《人工晶体学报》 EI CAS 北大核心 2020年第12期2244-2251,共8页
本文采用以蒙特卡罗方法为基础的SRIM软件模拟He离子注入对Ge中缺陷行为的影响,为高质量GOI(绝缘体上Ge)材料的制备提供理论指导。本文主要模拟了He离子入射角度、能量以及注入剂量对Ge材料损伤程度和溅射产额等的影响。研究表明:入射... 本文采用以蒙特卡罗方法为基础的SRIM软件模拟He离子注入对Ge中缺陷行为的影响,为高质量GOI(绝缘体上Ge)材料的制备提供理论指导。本文主要模拟了He离子入射角度、能量以及注入剂量对Ge材料损伤程度和溅射产额等的影响。研究表明:入射角度较小时,拖尾效应不明显,有利于避免沟道效应,同时缺陷空位数(DPA)也处于较低水平;能量增大导致离子射程增大,溅射产额减小,离表面越近的Ge中DPA变少,可以实现低DPA GOI材料的制备;离子注入剂量增大导致损伤区域增大且集中,然而更多的He离子聚集在射程附近,能够很好地降低GOI材料的剥离温度。 展开更多
关键词 He离子注入 射程 缺陷空位数 绝缘体上Ge
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Any-polar resistive switching behavior in Ti-intercalated Pt/Ti/HfO_(2)/Ti/Pt device
8
作者 焦金龙 甘秋宏 +6 位作者 程实 廖晔 柯少颖 黄巍 汪建元 李成 陈松岩 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第11期656-660,共5页
The special any-polar resistive switching mode includes the coexistence and stable conversion between the unipolar and the bipolar resistive switching mode under the same compliance current.In the present work,the any... The special any-polar resistive switching mode includes the coexistence and stable conversion between the unipolar and the bipolar resistive switching mode under the same compliance current.In the present work,the any-polar resistive switching mode is demonstrated when thin Ti intercalations are introduced into both sides of Pt/HfO_(2)/Pt RRAM device.The role of the Ti intercalations contributes to the fulfillment of the any-polar resistive switching working mechanism,which lies in the filament constructed by the oxygen vacancies and the effective storage of the oxygen ion at both sides of the electrode interface. 展开更多
关键词 FILAMENT memory resistive switching
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High-performing silicon-based germanium Schottky photodetector with ITO transparent electrode
9
作者 黄志伟 柯少颖 +4 位作者 周锦荣 赵一默 黄巍 陈松岩 李成 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第3期447-453,共7页
A near-infrared germanium(Ge)Schottky photodetector(PD)with an ultrathin silicon(Si)barrier enhancement layer between the indium-doped tin oxide(ITO)electrode and Ge epilayer on Si or silicon-on-insulator(SOI)is propo... A near-infrared germanium(Ge)Schottky photodetector(PD)with an ultrathin silicon(Si)barrier enhancement layer between the indium-doped tin oxide(ITO)electrode and Ge epilayer on Si or silicon-on-insulator(SOI)is proposed and fabricated.The well-behaved ITO/Si cap/Ge Schottky junctions without intentional doping process for the Ge epilayer are formed on the Si and SOI substrates.The Si-and SOI-based ITO/Si cap/Ge Schottky PDs exhibit low dark current densities of 33 mA/cm2 and 44 mA/cm2,respectively.Benefited from the high transmissivity of ITO electrode and the reflectivity of SOI substrate,an optical responsivity of 0.19 A/W at 1550 nm wavelength is obtained for the SOI-based ITO/Si cap/Ge Schottky PD.These complementary metal–oxide–semiconductor(CMOS)compatible Si(or SOI)-based ITO/Si cap/Ge Schottky PDs are quite useful for detecting near-infrared wavelengths with high efficiency. 展开更多
关键词 silicon-based Schottky photodetector germanium epilayer indium-doped tin oxide
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无电荷层InGaAs/Si雪崩光电探测器的优化设计
10
作者 张娟 姚儿 柯少颖 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期19-28,共10页
目前,在近红外波段中普遍采用InGaAs/InP雪崩光电二极管(APD),但这类APD存在增益带宽积小和等效噪声高等问题,而InGaAs/Si APD采用电子、空穴离化系数极低的Si材料作为倍增层,在一定程度解决了上述问题,但其制造过程涉及Si电荷层的离子... 目前,在近红外波段中普遍采用InGaAs/InP雪崩光电二极管(APD),但这类APD存在增益带宽积小和等效噪声高等问题,而InGaAs/Si APD采用电子、空穴离化系数极低的Si材料作为倍增层,在一定程度解决了上述问题,但其制造过程涉及Si电荷层的离子注入和高温退火激活,该过程工艺复杂、杂质分布不均匀、成本高。因此,本研究采用刻蚀技术在Si倍增层内制备凹槽环,并在凹槽环内填充不同介质对InGaAs层及Si层内的电场进行调控,构建无电荷层InGaAs/Si APD器件模型。结果表明,在凹槽环内填充空气或SiO2可获得高性能的InGaAs/Si APD。该研究结果可为后续研制工艺简单、性能稳定、低噪声的InGaAs/Si APD提供理论指导。 展开更多
关键词 探测器 雪崩光电二极管 增益带宽积 电荷层 凹槽环
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不同晶态Ge薄膜键合层对InGaAs/Si雪崩光电二极管性能的影响研究
11
作者 鲍诗仪 母浩龙 +2 位作者 周锦荣 黄志伟 柯少颖 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第14期50-62,共13页
由于InGaAs与Si之间存在7.7%的晶格失配,因此难以获得制备方式简单、性能良好的InGaAs/Si雪崩光电二极管(APD)。从理论上提出了一种从源头弱化InGaAs/Si晶格失配对APD性能影响的办法,即在InGaAs/Si键合界面引入一层a-Ge或poly-Ge键合层... 由于InGaAs与Si之间存在7.7%的晶格失配,因此难以获得制备方式简单、性能良好的InGaAs/Si雪崩光电二极管(APD)。从理论上提出了一种从源头弱化InGaAs/Si晶格失配对APD性能影响的办法,即在InGaAs/Si键合界面引入一层a-Ge或poly-Ge键合层,模拟比较了InGaAs/Si APD性能随键合层厚度的变化情况。研究指出,a-Ge和poly-Ge材料作为键合层对载流子有阻挡或俘获作用,因此器件能够获得超低暗电流,且由于键合层导带势垒对载流子的阻挡作用,APD雪崩之后出现了光暗电流间隙,可以在较小暗电流情况下获得大的光电流。当a-Ge厚度为0.5 nm时,APD雪崩击穿前增益可达最大值451.3,而当poly-Ge厚度为0.5 nm时,雪崩击穿前增益仅为7.9。这种差异是由于poly-Ge键合层处价带出现了势阱,载流子浓度下降。该工作为超低噪声和高增益InGaAs/Si APD的研制提供了理论指导。 展开更多
关键词 材料 雪崩光电二极管 InGaAs/Si键合 ploy-Ge键合层 a-Ge键合层 晶格失配
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ITO纳米棒结构红外波段消光特性模拟与分析
12
作者 陈芳 江睿 +4 位作者 郑昭慧 柯少颖 周锦荣 刘冠洲 黄志伟 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期171-179,共9页
铟锡氧化物(ITO)作为一种高掺杂的半导体材料,其材料介电常数零点波长位于近红外波段,且其在近红外波段的吸收损耗较小,因此ITO可以成为近红外波段理想的局域表面等离激元共振效应(LSPR)材料。采用时域有限差分法模拟长方体状ITO纳米棒... 铟锡氧化物(ITO)作为一种高掺杂的半导体材料,其材料介电常数零点波长位于近红外波段,且其在近红外波段的吸收损耗较小,因此ITO可以成为近红外波段理想的局域表面等离激元共振效应(LSPR)材料。采用时域有限差分法模拟长方体状ITO纳米棒阵列的LSPR效应,通过调整ITO纳米棒的载流子浓度、尺寸、间距以及衬底折射率实现其红外波段LSPR共振峰的有效调节。这对于扩宽ITO纳米结构在红外波段LSPR效应的应用具有重要的研究意义。 展开更多
关键词 材料 局域表面等离激元共振 ITO纳米结构 时域有限差分法 消光特性
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Rh纳米结构消光特性模拟与分析
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作者 江睿 陈芳 +4 位作者 郑昭慧 柯少颖 周锦荣 刘冠洲 黄志伟 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2023年第19期195-201,共7页
近年来,Rh纳米结构因在紫外波段有较强的局域表面等离激元共振(LSPR)效应,且材料的物理化学性能稳定,引起了广泛关注。以Rh纳米结构为研究对象,采用时域有限差分法系统地模拟并分析200~400 nm波段圆柱状Rh纳米阵列结构的消光特性和电场... 近年来,Rh纳米结构因在紫外波段有较强的局域表面等离激元共振(LSPR)效应,且材料的物理化学性能稳定,引起了广泛关注。以Rh纳米结构为研究对象,采用时域有限差分法系统地模拟并分析200~400 nm波段圆柱状Rh纳米阵列结构的消光特性和电场强度分布,以此研究Rh纳米结构的局域表面等离激元共振特性。结果表明:Rh纳米结构的LSPR特性与其直径、高度、间距以及周围折射率都有极强的相关性。通过这些参数的变化可以有效调制Rh纳米结构的LSPR共振波段,这对实现Rh纳米结构LSPR效应在紫外吸收、探测等相关领域应用具有重要参考意义。 展开更多
关键词 光电子学 局域表面等离激元共振 Rh纳米结构 时域有限差分法 消光光谱
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渐变带隙氢化非晶硅锗薄膜太阳能电池的优化设计 被引量:5
14
作者 柯少颖 王茺 +3 位作者 潘涛 何鹏 杨杰 杨宇 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第2期406-414,共9页
利用一维微电子-光电子结构分析软件(AMPS-1D)在AM1.5G(100 mW/cm2)、室温条件下模拟和比较了有、无渐变带隙氢化非晶硅锗(a-SiGe:H)薄膜太阳能电池的各项性能.计算结果表明:渐变带隙结构电池具有较高的开路电压(V oc)和较好的填充因子(... 利用一维微电子-光电子结构分析软件(AMPS-1D)在AM1.5G(100 mW/cm2)、室温条件下模拟和比较了有、无渐变带隙氢化非晶硅锗(a-SiGe:H)薄膜太阳能电池的各项性能.计算结果表明:渐变带隙结构电池具有较高的开路电压(V oc)和较好的填充因子(FF),转换效率(E ff)比非渐变带隙电池提高了0.477%.研究了氢化非晶硅(a-Si:H)、氢化非晶碳化硅(a-SiC:H)和氢化纳米晶硅(nc-Si:H)三种不同材料的窗口层对a-SiGe:H薄膜太阳能电池性能的影响.结果显示:在以nc-Si:H为窗口层的电池能带中,费米能级E F已经进入价带,使得窗口层电导率及电池开路电压有所提高,又由于ITO与p-nc-Si:H的接触势垒较低,使得接触处的电场降低,更有利于载流子的收集.另一方面,窗口层与a-SiGe:H薄膜之间存在较大的带隙差,在p/i界面由于能带补偿作用形成了价带势垒(带阶)?E v,阻碍了空穴的迁移,因此我们在p/i界面引入缓冲层,使得能带补偿作用得到释放,更有利于空穴的迁移和收集,得到优化后单结渐变带隙a-SiGe:H薄膜结构太阳能电池的转换效率达到了9.104%. 展开更多
关键词 a-SiGe H薄膜 太阳能电池 渐变带隙 能带补偿
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Numerical simulation of the performance of the a-Si:H/a-SiGe:H/a-SiGe:H tandem solar cell 被引量:1
15
作者 柯少颖 王茺 +2 位作者 潘涛 杨杰 杨宇 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 2014年第3期91-96,共6页
The computer program AMPS-1D(analysis of microelectronic and photonic structures) has been employed to simulate the performance of the a-Si:H/a-SiGe:H/a-SiGe:H triple-junction solar cell at the radiation of AM1.5... The computer program AMPS-1D(analysis of microelectronic and photonic structures) has been employed to simulate the performance of the a-Si:H/a-SiGe:H/a-SiGe:H triple-junction solar cell at the radiation of AM1.5G(100 mW/cm2/ and room temperature. Firstly, three sub-cells with band gaps of 1.8, 1.6 and 1.4 eV are simulated, respectively. The simulation results indicate that the density of defect states is an important factor, which affects the open circuit voltage and the filling factor of the solar cell. The two-step current matching method and the control variate method are employed in the simulation. The results show that the best solar cell performance would be achieved when the intrinsic layer thickness from top to bottom is set to be 70, 180 and 220 nm, respectively. We also optimize the tunnel-junction structure of the solar cell reasonably, the simulation results show that the open circuit voltage, filling factor and conversion efficiency are all improved and the S-shape current density–voltage curve disappears during optimizing the tunnel-junction structure. Besides, the diagram of the energy band and the carrier recombination rate are also analyzed. Finally, our simulation data are compared to the experimental data published in other literature. It is demonstrated that the numerical results agree with the experimental ones very well. 展开更多
关键词 tandem solar cell conversion efficiency tunnel junction optical band gap current matching
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Au诱导形成有序Si纳米孔阵列及其应用 被引量:1
16
作者 王海澎 柯少颖 +2 位作者 杨杰 王茺 杨宇 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第9期341-348,共8页
以自组装聚苯乙烯小球(PS)单层膜为掩膜,利用Au对Si表面的催化氧化作用以及KOH溶液对单晶Si的各向异性腐蚀特性,在Si(100)面上制备了一系列尺寸小于100 nm有序可控的Si纳米孔阵列.扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)等的测试结果显示:当P... 以自组装聚苯乙烯小球(PS)单层膜为掩膜,利用Au对Si表面的催化氧化作用以及KOH溶液对单晶Si的各向异性腐蚀特性,在Si(100)面上制备了一系列尺寸小于100 nm有序可控的Si纳米孔阵列.扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)等的测试结果显示:当PS小球溶液与甲醇溶液的体积比为9:11时,可形成大面积无缺陷的单层膜;但当体积比过大时,会导致类似双层膜结构的形成;而当体积比过小时,会诱导形成点缺陷和线缺陷.对PS小球及溅射Au处理过的Si晶片进行KOH溶液腐蚀,随着腐蚀时间变长,纳米孔的横向尺寸和深度增大,其形貌由圆形逐渐变为倒金字塔型,当腐蚀时间超过10 min,纳米孔阵列的有序性遭到破坏.采用离子束溅射技术在倒金字塔型纳米孔衬底上获得了有序Ge/Si纳米岛,而在圆形纳米孔衬底上获得了有序Ge/Si纳米环.进一步对有序Ge/Si纳米岛及纳米环的形成机理进行了解释. 展开更多
关键词 Au诱导 聚苯乙烯小球 Si纳米孔 Ge Si纳米阵列
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硅基Ⅳ族材料外延生长及其发光和探测器件研究进展 被引量:2
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作者 张璐 柯少颖 +3 位作者 汪建元 黄巍 陈松岩 李成 《中国科学:物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2021年第3期41-53,共13页
硅基光电集成回路是信息时代最具影响力的核心技术之一,由硅基光源、光电探测器、光调制器等模块组成.硅材料是微电子集成电路的基石,然而在光电集成方面却遇到了瓶颈.首先,由于硅是间接带隙材料,其发光效率极低,因此难以应用于硅基高... 硅基光电集成回路是信息时代最具影响力的核心技术之一,由硅基光源、光电探测器、光调制器等模块组成.硅材料是微电子集成电路的基石,然而在光电集成方面却遇到了瓶颈.首先,由于硅是间接带隙材料,其发光效率极低,因此难以应用于硅基高效光源的研制.其次,硅在近红外通讯波段吸收系数很低,因此在近红外光电探测器的应用中具有较大的局限性.然而,研究者发现,通过能带工程将硅与其他Ⅳ族材料相融合不仅可以有效提高直接带高效发光效率,同时能使材料在近红外波段具有较高的吸收系数.因此,以Ⅳ族材料为基础,与硅工艺兼容的硅基光电集成回路引起了研究者的广泛关注.本文综述了课题组在硅基材料外延生长及其发光和探测器件方面的研究进展.介绍了硅基Ⅳ族材料Ge,SiGe/Ge异质结和量子阱材料的外延生长技术,以及硅基GeSn量子点发光材料的制备新方法.基于硅基Ⅳ族异质结构材料,发展调制金属与半导体接触势垒高度新机理,研制了多种结构的光电探测器.设计并制备了与互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)结构兼容的横向异质结以及双有源区垂直共振腔型两种结构硅基电致发光器件,有效提升器件的发光性能,并观察到应变锗发光增益现象. 展开更多
关键词 硅基光电集成 Ⅳ族材料 发光器件 光电探测器
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Ge/Si异质键合半/绝接触界面态对异质结光电输运特性的影响研究 被引量:1
18
作者 何盛泉 柯海鹏 +3 位作者 严莲 李杏莲 柯少颖 李东珂 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第19期203-212,共10页
Ge/Si异质键合技术作为一种新型的通用材料制备工艺,在制备高质量Si基Ge薄膜方面展现出巨大的潜力,是研制高性能Ge/Si光电器件的备选方案之一。现阶段主流的直接键合和等离子体键合方法在制备Ge/Si薄膜时都容易在Ge/Si键合界面处引入纳... Ge/Si异质键合技术作为一种新型的通用材料制备工艺,在制备高质量Si基Ge薄膜方面展现出巨大的潜力,是研制高性能Ge/Si光电器件的备选方案之一。现阶段主流的直接键合和等离子体键合方法在制备Ge/Si薄膜时都容易在Ge/Si键合界面处引入纳米氧化锗层(GeO2),导致Ge/GeO2及GeO2/Si半/绝接触界面存在界面态,从而器件性能受影响。基于载流子三大输运方程、非局域隧穿模型及半经典量子解法,构建了低温Ge/Si异质键合界面,研究了键合界面的界面态密度(ISD)对Ge/Si异质结的载流子电学输运、光吸收、复合及高频响应等性能的影响。结果表明,随着ISD的增加,Ge/Si异质结的暗电流增大,同时界面态对载流子的俘获能力加强,导致总电流减小,光谱响应减弱。另外,ISD的增加导致Ge层内的电场减小,高频特性变差。为获得性能良好的键合Ge/Si异质结,ISD必须低于1×1012 cm-2。该研究结果为高质量Si基Ge薄膜及高性能Ge/Si光电器件的制备提供了理论指导。 展开更多
关键词 薄膜 Ge/Si异质键合 界面态密度 载流子隧穿 电场
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Ge/Si异质键合界面纳米级氧化层对Ge/Si异质结光电特性调控机制 被引量:1
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作者 彭强 柯海鹏 +3 位作者 李杏莲 林鑫 柯少颖 周锦荣 《硅酸盐学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期180-188,共9页
由于Ge/Si存在4.2%晶格失配,Si基外延Ge中的穿透位错密度(TDD)极高,导致器件暗电流偏大。低温Ge/Si异质键合可以通过抑制失配位错传播降低Ge薄膜中的TDD,在高质量大失配薄膜制备方面展现出巨大的潜力。然而,Ge/Si键合界面由于亲水反应... 由于Ge/Si存在4.2%晶格失配,Si基外延Ge中的穿透位错密度(TDD)极高,导致器件暗电流偏大。低温Ge/Si异质键合可以通过抑制失配位错传播降低Ge薄膜中的TDD,在高质量大失配薄膜制备方面展现出巨大的潜力。然而,Ge/Si键合界面由于亲水反应形成的纳米级氧化层会对异质结性能产生影响。基于载流子基本方程,在键合界面构建载流子非局域量子隧穿模型,通过半经典近似解法研究Ge/Si异质键合界面氧化层厚度(dO)对异质结暗电流、总电流、光谱响应、带宽等性能的影响,并揭示异质结性能影响机制。研究表明:随着dO的增加,氧化层对载流子的阻挡效应增强,导致器件暗电流、总电流和光谱响应下降。由于氧化层的分压效应,dO的增加导致Ge层中电场下降,载流子速率降低,进而导致异质结高频特性变差。为确保键合Ge/Si异质结优异的光电特性,dO必须控制在0.50 nm以内。 展开更多
关键词 锗/硅异质键合 晶格失配 界面氧化层 电场
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基于poly-Si键合层的SACM型Ge/Si APD的优化设计研究
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作者 张娟 苏小萍 +2 位作者 李嘉辉 王战仁 柯少颖 《中国激光》 EI CAS 2024年第8期46-59,共14页
Ge/Si雪崩光电二极管(APD)被广泛应用于近红外探测领域,但由于Ge和Si之间存在4.2%的晶格失配,故难以获得高性能的Ge/Si APD。提出在Ge/Si键合界面处引入多晶硅(poly-Si)键合中间层,弱化Ge/Si失配晶格对APD器件性能的影响。poly-Si引入... Ge/Si雪崩光电二极管(APD)被广泛应用于近红外探测领域,但由于Ge和Si之间存在4.2%的晶格失配,故难以获得高性能的Ge/Si APD。提出在Ge/Si键合界面处引入多晶硅(poly-Si)键合中间层,弱化Ge/Si失配晶格对APD器件性能的影响。poly-Si引入后键合界面电场发生变化,导致APD内部的电场重新分布,极大地影响了器件性能。因此,重点对Ge吸收层和Si倍增层的掺杂浓度进行调控,探究了掺杂浓度对Ge/Si APD电场、复合率、载流子浓度、碰撞电离等性能的影响,最终设计出高性能键合Ge/Si APD。本工作将为低噪声、高增益Ge/Si APD的研究提供理论指导。 展开更多
关键词 材料 Ge/Si雪崩光电二极管 晶格失配 poly-Si键合层 掺杂浓度
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