硅基光电子学研究进展与趋势

近年来硅基光电子材料和器件受到高度的重视。利用外延生长和键合技术成功研制出硅基应变赝衬底、GexSi1-x/Si量子阱、高密度锗量子点、硅基InGaAsP/Si异质结,这些进展为硅基光电子器件提供了坚实的材料基础。同CMOS工艺相结合,实现了硅量子点1.17μm的受激发射,研制出硅基Raman激光器、1.55μm混合型激光器、高灵敏度的Si/Ge探测器、谐振腔增强型的SiGe光电二极管、调制频率30GHz的SOICMOS光学调制器和16×16的SOI光开关阵列等。硅光电子学将在光通信、光计算等领域获得重要应用。本文综述了国内外硅基光电子材料和器件的进展、我们的研究结果和硅基光电子学的发展趋势。

硅基光电子与微电子单片集成研究进展

硅基光电子具有与CMOS工艺兼容,借助成熟的微电子加工工艺平台可以实现大规模批量生产,具有低成本、高集成度、高可靠性的优势。通过CMOS工艺可以实现硅基光电子和微电子的单片集成,发挥光电子在信息高速传输和微电子在信息高效处理的优势,充分实现微电子与光电子的融合与取长补短,实现性能更优的光电集成芯片。介绍了国内外硅基光电子器件与集成芯片的研究进展,重点介绍了本课题组在硅基光电子与微电子集成方向的研究进展,包括硅基激光器、硅基光调制器、硅基发光器件与控制电路单片集成、硅基光电探测器与接收电路单片集成、硅基微环滤波器与温控电路单片集成、单片集成硅光收发芯片等。

现代微光电子封装中的倒装焊技术

结合我们设计制作的倒装焊光电子器件—智能像素面阵 ,对倒装焊的工艺过程作了简要的介绍。该面阵采用铟做凸点材料 ,制作了输入输出数达 6 4× 6 4的凸点电极阵列 ,并采用回流焊的方式 ,将光电调制器面阵与对应的处理电路芯片对准后加热回流实现焊接 ,形成输入输出引线间距只有 80

用于40Gb/s光电子器件的新型低成本硅基过渡热沉

提出了一种新型低成本硅基过渡热沉,用以实现高达40Gb/s的高速光电子器件封装.采用高阻硅衬底作为热沉基底,制作出了0～40GHz范围内传输损耗小于0.165dB/mm的共面波导传输线.热沉中采用Ta2N薄膜电阻作为负载以实现器件的阻抗匹配,达到了0～40GHz范围内低于-18dB的宽带低反射特性.和传统硅基平台相比,新型硅基热沉更具有制作工艺简单、导热性能良好等优点.为了证明其实用性,热沉被应用于高速电吸收调制器的管芯级封装测试,获得了超过33GHz的小信号调制带宽特性,在硅基热沉上首次实现可用于40Gb/s系统的光电子器件.

全固源分子束外延技术及其在光电子器件制作中的应用

传统分子束外延(MBE)技术是不能生长含磷化合物的,原因在于通常情况下磷会带来很高的饱和蒸气压,使得生长难于控制。近几年来兴起的全固源MBE技术结合了裂解技术、阀门机制、“三温度区”结构及原位产生白磷的思想,它解决了传统MBE难以生长含磷材料的难题,与气源(GS)MBB和有机金属气相外延(MOCVD)相比,在成本和安全性方面具有优势,成为极具发展潜力的新一代外延生长技术。利用全固源MBE技术可生长高性能半导体光电子材料,尤其是InGaAsP系材料,其器件性能达到或超过了MOCVD、GSMBE生长的同类器件的最佳水平。

传输、获取与显示用光电子技术

超大容量传输领域由于技术上和造价上的原因,电磁波（或电子）作载体来传输信息流已走到极限,即使采用代价很高的同轴电缆,其传输带宽也只能做到500MHz,难以满足未来 T(1012)b/s 超大容量传输的需求。光波的本征带宽高达200T(1012)Hz,低损耗石英光纤1.55μm

半导体光电子器件的研究进展

文章综述ＣＬＥＯ’９４及ＩＱＥＣ’９４会议报道的有关光电子器件的发展状况。叙述了大功率ＬＤ、蓝绿光ＬＤ、垂直腔面发射半导体激光器（ＶＣＳＥＬ）、可调谐ＬＤ及ＯＥＩＣ的最新研究进展。

载流子寿命对Si基光电子器件性能的影响

研究了载流子寿命对SOI有源光波导器件工作性能的限制及影响,分析了制约载流子寿命减小的若干因素,综述了采用合理设计减小波导截面尺寸参数、脊区内植入He离子、加入pin结构施加反向偏压等几种有效减少载流子寿命的方法,并给出了它们各自的理论基础和文献报道的理论模拟与实验结果。经过对各种方法的利弊进行分析比较,作者认为在提高光电子器件性能的研究中,采用减小波导截面尺寸参数的方法要同时兼顾传输损耗的变化;采用离子植入法可以在不改变波导尺寸的情况下减小载流子的寿命,但引入了附加损耗且与CMOS工艺不相兼容;而外加pin结构的方法不适用于已经存在电学结构的器件。

基于SnO_(2):DPEPO混合电子传输层的钙钛矿太阳能电池性能研究

电子传输层是钙钛矿太阳能电池的重要功能层,其表面及内部缺陷是限制钙钛矿太阳能电池性能提升的重要一环.双电子传输层(双ETL)策略虽然可以改善电子在功能层之间提取与传输,但是双ETL内部存在的独立界面以及不同ETL材料晶胞不匹配问题导致了额外的非辐射复合.基于此,本文提出了将二[2-((氧代)二苯基膦基)苯基]醚(DPEPO)引入到SnO_(2)中设计混合电子传输层的策略,该策略在钝化SnO_(2)中本征缺陷的同时,可以避免由于额外界面的存在而导致的缺陷态,有效改善了电子的提取与传输.并且进一步实现了对钙钛矿薄膜的结晶调控,提升钙钛矿太阳能电池性能,最终收获了基于宽带隙钙钛矿太阳能电池21.53%的功率转换率,其中开路电压(V_(OC))达到了1.220 V,短路电流(J_(SC))为23.19 mA/cm^(2),填充因子(FF)高达76.11%.研究表明混合电子传输层策略可以有效优化载流子传输动力学,促进钙钛矿高质量结晶,对制备高性能太阳能电池具有一定指导意义.

基于模板剥离法制备高性能钙钛矿单晶薄膜光电探测器

近年来,杂化钙钛矿半导体材料由于其带隙可调、吸收系数高、载流子迁移率高、成本低廉等诸多优点,在光电器件领域备受青睐,如太阳能电池、电致发光器件、光电探测器等。其中,钙钛矿单晶薄膜因其无晶界、杂质和缺陷含量低等特点,展现出更为优异的光学、电学特性,成为制备高性能光电器件的理想材料体系。然而,钙钛矿单晶薄膜常采用空间限域法直接生长在空穴传输层上,不可避免地将导致界面缺陷和载流子层间输运等问题,严重制约了钙钛矿单晶薄膜光电探测器的性能。为此,本文通过引入模板剥离法工艺技术,在钙钛矿单晶薄膜两侧分别蒸镀功能层材料,制备了结构为Cu/BCP/C_(60)/MAPbBr_(3)/MoO_(3)/Ag的钙钛矿单晶薄膜光电探测器。基于模板剥离法,两侧蒸镀的功能层与钙钛矿单晶薄膜接触紧密,将有效改善载流子的注入和传输;同时,优化的器件结构以及考虑能带匹配等因素可实现高灵敏、响应快速的钙钛矿单晶薄膜光电探测器。改进后器件的开关比高达3.1×10^(3),响应度可达7.15 A/W,探测率为5.39×10^(12)Jones,外量子效率达到1794%。该工作为进一步改善和提升钙钛矿单晶薄膜光电探测器的探测性能提供了一种可行性技术方案。

用于光电集成的GaAs/InP MESFET研究

提出了一种新的生长过渡层的方法，并利用低压金属有机气相外延技术在InP衬底上生长出高质量GaAs外延材料，用X射线双晶衍射测得5μm厚GaAs外延层的（004）品面行射半高峰宽（FWHM）低至140arcsee。并制出GaAs金属半导体场效应晶体管（MESFET），其单位跨导为100mS／mm，可满足与长波长光学器件进行单片集成的需要。

单片集成式主振荡功率放大器研究进展

单片集成式主振荡功率放大器(MOPA)具有体积小、功率大、光束质量高等优势,通过集成布拉格光栅,还能够实现窄线宽和动态单模,在倍频、泵浦、光通信和传感等领域具有重要应用价值,是近年来半导体光电子器件的研究热点。本文梳理了单片集成式MOPA的主流结构,包括锥形、脊型、布拉格光栅型和三段式MOPA,以各自的工作原理和性能特征为出发点,介绍其主要的研究方向,并结合它们各自面临的问题介绍最新的发展趋势。针对单片集成式MOPA中普遍存在的高功率下光束质量退化的问题,梳理了近年在外延层结构、腔面光学薄膜和电极设置等方面的优化设计,重点总结了单片集成式MOPA在提高光束质量及高功率、容线宽及高亮度方面的重要进展。围绕不同领域的应用需求,整理了具备高功率、窄线宽、高光束质量和高亮度等性能特征的单片集成式MOPA的研究进展,最后展望了单片集成式MOPA的发展趋势。

基于共价有机框架材料的QCM二氧化碳气体检测系统

为了实现人居环境下高精度二氧化碳气体检测,设计了一种基于共价有机框架材料COF-5的石英晶体微天平(QCM)二氧化碳气体传感器及检测系统。分析了QCM质量灵敏度分布原理并进行了有限元仿真分析,利用超声法合成敏感材料,采用滴涂法制备基于金电极的QCM二氧化碳气体传感器,并设计了一种基于FPGA的二氧化碳气体检测系统。实验测试结果表明:开发的二氧化碳气体传感器及检测系统在二氧化碳气体浓度为2000~5000 ppm下表现出良好的线性响应,拟合曲线相关系数为0.988,系统灵敏度为0.034 Hz/ppm,响应时间为32 s,恢复时间为20 s,表现出良好的动态响应性能,系统最大绝对误差小于±25 ppm,且系统具有较好的重复性及选择性。

基于石墨电极的硅基金刚石日盲紫外探测器

金刚石优异的材料特性使其在日盲紫外探测领域有很大的应用潜力。本文采用微波等离子体化学气相沉积设备在(111)晶面单晶硅衬底上沉积金刚石薄膜,并基于该薄膜采用光刻胶热解法制备石墨材料平面叉指电极MSM结构金刚石日盲紫外探测器,为全碳金刚石探测器的实现提供了新方法。结果表明,该硅基金刚石薄膜为高取向多晶薄膜,(111)晶面的XRD 2θ扫描半峰宽为0.093°,拉曼光谱金刚石特征峰峰位1332 cm^(-1),半峰宽为4 cm^(-1),薄膜晶体质量较高;石墨电极紫外探测器在5 V偏置电压下的暗电流为2.07×10^(-8) A,光暗电流比为77,开关特性良好,并且石墨电极探测器具有优异的时间响应,上升时间为30 ms,下降时间为430 ms。

基于色散调控氟碲酸盐玻璃光纤的O-U波段平坦光频梳产生

光学频率梳(简称光频梳)作为一种优秀的多波长光源在通信领域具有巨大的应用潜力。通过将光频梳光源与波分复用技术(WDM)、空分复用技术结合(SDM),通信系统可以具有百Tbit/s量级的传输速率,在5G/6G通信、物联网、自动驾驶等方面具有重要的应用价值。目前实现光频梳的方法主要有以下四种,分别为基于锁模激光器产生飞秒光频梳、基于光学微腔产生光频梳、基于电光调制器产生光频梳以及基于行波四波混频产生光频梳。它们各具特点,但均很难同时实现宽光谱、高信噪比、高平坦度、高的单梳齿功率以及梳齿频率间隔大范围可调,这在一定程度上影响了光频梳在光通信领域的应用。本文提出基于受激布里渊激光腔产生种子梳,采用腔外负色散光纤进行脉冲压缩,进一步利用色散调控的高非线性氟碲酸盐光纤进行扩谱,从而实现光频梳产生。数值计算结果表明,通过该系统,我们可以得到重复频率大范围可调、光谱覆盖整个O-U波段且在O-U波段梳齿强度标准差小于5 dB的平坦光频梳,证明了通过基于布里渊激光腔与色散调控高非线性氟碲酸盐光纤的光学系统产生可用于光通信的平坦光频梳的可行性。

袖珍式红外瓦斯检测仪的设计与实验

在满足气体检测要求的前提下,为了能够使气体检测仪器的小型化以及低功耗,设计了袖珍式红外瓦斯检测仪.以集光源、光路、红外探测器于一体的红外传感模块为核心,修正了传统的气体吸收理论,采用差分式气体吸收技术设计出一种具有低成本、低功耗、低检测下限、高信噪比的袖珍式非线性甲烷检测仪.集成后的仪器采用干电池单电源供电,工作时总电流在150mA以内、总功耗小于0.9 W,检测仪的电路增益为43.3dB.实验中进行了单、双通道气体检测实验,采用新配气方法在甲烷爆炸限内进行双通道气体检测实验,得到低检测下限和高灵敏度测试实验,最低检测下限都能够达50ppm.与传统的壁挂式检测仪器相比,该仪器以手持式的形式完全可以满足检测有害气体的需求.

利用电子传输层掺杂改善有机发光器件的效率

利用BCP掺杂到电子传输层Alq中,在掺杂层中阻挡了空穴的迁移,调整了空穴和电子的平衡,将激子有效地限制在发光层中发光,从而增加有机电致发光器件的效率器件的最大电流效率在外加电压9V时达到4.1cd/A(掺杂浓度8%时),与一般未掺杂器件相比效率提高了2倍多同时也减少空穴到达阴极。

与CMOS工艺兼容的硅高速光电探测器模拟与设计

用器件模拟的方法 ,设计了一种与常规 CMOS工艺兼容的硅高速光电探测器 ,该探测器可与 CMOS接收机电路单片集成 ,对该探测器进行了器件模拟研究 ,给出了该探测器的电路模型 .通过 MOSIS(MOS im plem entationsupport project) 0 .35μm COMS工艺制做了该探测器 ,实际测试了该器件的频率响应和波长响应 ,探测器频率响应在 1GHz以上 ,峰值波长响应在 0 .6 9μm.

整合诊疗功能的外科缝合线的研究进展

慢性难愈性伤口是影响全球数百万人健康的问题之一,及时地评估伤口状况并实施有效的治疗对于伤口愈合管理至关重要,然而这仍是一项临床难题。外科缝合线在伤口组织的闭合和愈合方面发挥着重要作用。近年来,通过物理及化学方法修饰缝合线,赋予其监测和促愈合功能已成为研究热点。目前,相关研究在缝合线的材料、结构设计和功能化以及智能化修饰方面均取得了可观的进展。文章阐述了缝合线的分类和功能,介绍了构建功能性诊疗缝合线的策略及研究进展,并探讨功能性缝合线面对的挑战和未来前景,旨在为智能诊疗缝合线的设计和研究方向提供思路和参考。

金属纳米团簇的光响应行为在生物诊疗中的应用

金属纳米团簇因其独特的理化特性,在生物传感、生物成像、光动力治疗以及光热治疗等生物医学领域显示出巨大的应用潜力。本综述系统地讨论了具有光响应行为的金属纳米团簇在生物诊断和治疗领域的应用进展,特别是它们在光敏化处理后的激发态电子行为及其在不同生物医学应用中的角色。首先,介绍了金属纳米团簇吸收光能后的电子跃迁过程,以及它们在生物传感、成像中的应用。其次,分析了金属纳米团簇在光动力治疗和光热治疗中的作用机制。最后,提出了金属纳米团簇在生物医学领域应用的前景与挑战。希望通过本综述,为金属纳米团簇材料的进一步研究与应用提供参考。