多功能电致变色器件:从多器件到单器件集成

电致变色是在外加电场驱动下通过材料氧化还原反应可逆地改变颜色或光学性质的现象。自发现电致变色现象以来,由于其具有色彩丰富、节能环保和智能可控等优点,电致变色技术已应用于智能窗、智能显示、防炫目后视镜等领域。随着近些年光电技术的快速发展,涌现了一系列具有高度集成特性的产品,电致变色技术也朝着功能化智能化的方向发展:结合绿色能源技术,使自供能电致变色系统进一步降低了建筑能耗;利用电致变色可视化的优点,电致变色与其他功能器件的集成使信息读取更加快速便捷;由于电致变色器件与多种功能器件具有相似的结构、电化学原理和活性成分,电致变色器件也逐渐从单一的色彩变化,向变色红外调控、变色储能及变色致动等多功能的方向发展。电致变色多功能集成也极大地推动了电致变色技术的进一步发展。本文详细综述了电致变色原理的多器件/单器件多功能集成系统的前沿进展,例如自供能电致变色、电致变色传感、电致变色红外调控以及电致变色储能等方向,并介绍了不同类型多功能电致变色器件集成模式、结构设计和性能优化,同时也针对电致变色多功能应用所面临的挑战与未来可能的发展方向进行了总结与展望。

华南师范大学-埃因霍温理工大学“响应型材料与器件集成”国际联合实验室

“响应型材料与器件集成”国际联合实验室（英文：Joint Research Lab of Device Integrated Responsive Materials,简称DIRM）是华南师范大学与荷兰埃因霍温理工大学（Eindhoven University of Technology ） ,在汇聚双方功能材料与集成器件领域的顶尖人才和技术基础上共同创立的，其目的是促进两校乃至两国间的科技交流与合作、实现资源共享、搭建学术研究与创新成果产业化之间的桥梁．DIRM的成立，标志着华南师范大学在高端人才引进和国际化创新平台建设方面取得又一重大突破．DIRM的职责和功能主要在以下几点．

低损耗薄膜铌酸锂光集成器件的研究进展

近年来得益于薄膜铌酸锂晶圆离子切片技术和低损耗微纳刻蚀工艺的飞速发展,薄膜铌酸锂光集成结构提供了光场紧束缚、快速电光调谐、高效频率转换和声光转换的空前能力,各种高性能的薄膜铌酸锂光集成器件不断涌现,且朝着大规模光集成芯片的方向迅猛发展,为高速信息处理、精密测量、量子信息、人工智能等重要应用提供了全新的发展动力。本文主要围绕铌酸锂晶体发展历史、薄膜铌酸锂离子切片技术发展历程、极低损耗微纳刻蚀技术演化进程,以及高性能的薄膜铌酸锂光集成器件进展进行总结,并展望了未来的发展趋势。

中山大学物理学院王雪华教授团队在微纳光子调控与集成器件研究方面取得系列重要进展

中山大学物理学院王雪华教授团队近期在微纳光子调控研究方面取得系列重要进展,相关研究分别于2024年1月10日,3月29日和5月22日发表在Nature Photonics上。具体包括:1)提出了量子辐射子的光学成像精准定位新方法,实现了微纳量子光源器件的规模化制备(Nat.Photon.,2024,18:967);2)基于微纳量子辐射子与微腔耦合体系发现了新型的动态共振荧光现象(Nat.Photon.,2024,18:318);3)基于AlGaAsOI微纳光子平台实现轨道角动量频率梳,产生具有自扭矩特性的超快光脉冲(Nat.Photon.,2024,18:625)。

共振隧穿器件及其集成技术发展趋势和研究热点

在概括了共振隧穿器件及其集成技术的特点和分析了其发展趋势的基础上,给出了该领域当前的研究热点。

新颖的微流控光学变焦透镜阵列集成器件

提出一种微流控光学变焦透镜阵列芯片,以解决变焦透镜阵列的电控调谐和集成化制造方法问题。该器件的基本形式为"上盖片+内芯+下盖片"的三明治夹心结构,采用导电材料制作内芯,使得器件的制作简化,易于集成。透镜材料由折射率不同的两种不混合液体组成,利用电润湿效应控制两种液体的界面曲率,从而实现微透镜阵列焦距的电控调节。

电吸收调制器和DFB激光器集成器件的测量

提出了一种测量电吸收调制器和激光器集成器件芯片散射参数的新方法 .根据电吸收调制器和封装寄生参数的等效电路模型 ,对测量的反射系数进行拟合 ,得到封装寄生参数和电吸收调制器的等效电路元件的参数值 .通过分析发现测试封装寄生参数对电吸收调制器的测试结果有很大影响 .去除了封装寄生参数的影响后 。

2.5Gb/s1.55μm InGaAsP/InP分布反馈激光器/电吸收调制器单片集成器件

本文在已经报道的采用直接集成方法制作的１．５５μｍＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ部份增益耦合ＤＦＢ激光器与电吸收调制器的单片集成器件的基础上，进一步对器件的性能进行了改进，并采用标准１４脚蝶型管壳对集成器件进行了封装．封装后的发射模块阈值电流约为２０～３０ｍＡ，边模抑制比大于４０ｄＢ，耦合输出光功率大于２ｍＷ，在３Ｖ的反向调制电压下消光比约为１７ｄＢ．我们还在２．５Ｇｂ／ｓ波分复用系统上对集成器件进行了传输实验．经过２４０ｋｍ普通单模光纤传输后，在误码率为１０－１０的情况下功率代价小于０．５ｄＢ．

集成电路器件微波损伤效应实验研究

主要介绍了微波脉冲参数变化对集成电路器件微波易损性的影响。实验表明:集成电路器件损伤功率阈值随着微波频率的增加而增大,随着脉冲重复频率的增加而减小。随脉冲宽度的变化较为复杂,总体是随着脉冲宽度的增加损伤功率阈值逐渐降低,但存在一拐点区域(约100ns),在此区域后,脉冲宽度增加但器件损伤功率阈值变化不甚明显。器件损伤功率阈值基本呈正态分布,且方差较小,因此,器件的损伤概率近似于0～1分布。

GaAlAs／GaAs多量子阶增益耦合型DFB激光器／电吸收型调制器单片光子集成器件

我们在国际上率先提出将增益耦合型分布反馈式（ＧＣ－ＤＦＢ）半导体激光器作为激光器／调制器单片集成器件的光源．为了简化制作工艺，进一步提出激光器的有源层与调制器波导共用同一组分和同一结构．本文从理论上分析了该新型器件的可行性，优化设计了器件结构．在此基础上，采用金属有机化合物化学汽相外延技术（ＭＯＣＶＤ）在国际上首次研制成功了该种增益耦合型ＤＦＢ激光器／电吸收型调制器单片光子集成器件．器件阈值电流为３５ｍＡ，在—５Ｖ调制电压下消光比达５ｄＢ．静态调制过程中，激射波长与阈值没有变化．

有源集成器件PDN矢量拟合建模方法

基于矢量拟合(VF,Vector Fitting)原理和电路综合理论,提出了一种有源集成器件宽带电路建模方法,用于电磁兼容仿真.将在直流偏置下测量获得的端口参数采用矢量拟合方法转化为极点-留数与时域状态方程的形式;然后创建时域电路模型,将状态方程转化为与SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)兼容的网表电路模型.该网表可以代替原芯片PDN(Power Distribution Network)用于电路仿真,最后使用该方法对样本芯片PDN模块建模并与相应的集成电路等效模型(ICEM,IC Electromagnetism Modeling)进行对比,结果表明:矢量拟合模型相比ICEM模型具有更宽的有效带宽以及更小的模型误差.

1.55μmInGaAsP/InP部份增益耦合分布反馈式激光器/电吸收调制器集成器件

本文首次报道一种结构简单的１．５５μｍＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ部份增益耦合ＤＦＢ激光器与电吸收调制器的单片集成器件．该器件采用脊波导进行横模限制，阈值电流范围为３０～６０ｍＡ，典型边模抑制比大于４０ｄＢ，反向偏压３Ｖ时的消光比为１１ｄＢ．

将LB薄膜应用于集成器件中

本文介绍了LB膜的发展历史和现状,简介了LB膜在光、电器件以及在集成器件中的应用。对LB膜的制备方法和与LB膜特性有关的结构做了阐述。

Bragg光纤与集成光子器件的耦合研究

基于三维有限元束传播法(FEBPM)对Bragg光纤与光子集成器件的耦合进行了定量分析,研究并获得了Bragg光纤的层数、纤芯半径以及光纤与器件之间空气间隙对耦合效率的影响。结果表明,空气芯型Bragg光纤与光子集成器件耦合可以实现最低小于1.2d B的耦合损耗。

波导型集成声光器件的研究进展

集成声光器件作为波分复用网络中关键的无源器件,能够实现开关、滤波、调制等功能。声光器件由于其固有的高速度、宽频带和可能多波长同时工作的特点而成为研究重点。文章对已有的集成声光器件进行了分类,简要介绍了波导型集成声光器件的工作原理和发展状况,比较了当前研究广泛的两大类波导型集成声光器件的优缺点,指出了目前需要解决的重要课题及其发展趋势。

硅基光电集成材料及器件的研究进展

以硅基光电集成回路为主线,综述了不同的硅基光波导材料的制备技术和硅基光波导的制作工艺及其对光传输损耗的影响。分析了硅基光波导与锗硅光探测器集成用两种不同的耦合方式,阐明了波导与探测器集成的机理及设计理论基础。归纳出硅基键合激光器的四种技术方案,指出其共同优点是克服材料异质外延引起的晶格失配和热膨胀非共容,对实现OEIC行之有效。

大功率集成器件的新发展—IGCT

集成门极换向晶闸管(IGCT)是一种新开发的用于功率变换的新型大功率开关器件 ,由于采用了缓冲结构以及浅层发射极技术 ,因而使动态损耗降低了约50 % ,另外 ,此类器件还在一个芯片上集成了具有良好动态特性的续流二极管 ,从而以其独特的方式实现了晶闸管的低通态压降、高阻断电压和晶体管稳定的开关特性有机结合。文中介绍了瑞士ABB公司的5SHY35L4502型IGCT器件的主要特性和一些典型值。

Bragg光栅在光子集成器件中的应用及研制

介绍了Bragg光栅在光子集成器件中的应用、对光栅占空比的控制及光栅对器件的影响。研制出了 1.5μm和 1.3μmMQW DFB激光器 ,其边模抑制比 >35dB ,kL >3,单模成品率 >90 %

双极功率集成器件的优化

以400 V双极功率集成器件(由BJT与p-i-n二极管以反并联方式集成在同一个芯片上构成)为例,通过仿真和实测分析,建立起基本概念和物理图像,阐明了集成功率器件中横向寄生晶体管所带来的影响,以及主晶体管与内二极管的不同间距又如何影响寄生晶体管所起作用等问题.最后给出了主晶体管与内二极管间距的优化设计值.这些为理解问题进而设计出主晶体管与内二极管之间新的隔离措施奠定了理论基础.