1 河北大学 电子信息工程学院， 河北省数字医疗工程重点实验室，河北 保定 071000
2 天津大学 精密仪器与光电子工程学院，激光与光电子研究所，天津 300072
为实现高效太赫兹调控，迫切需要一种高效且成本低的材料。新型钙钛矿材料由于其优异的光电特性，加上钙钛矿制备工艺简单、可大批量生产等优点，非常适合作为太赫兹超材料的活性材料，通过外部激励改变活性材料的属性，可灵活调控太赫兹波。因此，选择新型钙钛矿材料外加光场调控太赫兹，分析在光场作用前（绝缘态）和在光场作用后（金属态）两种状态对单元结构太赫兹宽波段下幅值和相位的影响。设计出光场灵活调控的钙钛矿基1 bit太赫兹编码超表面结构，该结构由有机无机杂化钙钛CH3NH3PbI3（MAPbI3）、聚酰亚胺和铝构成。通过CST仿真结果显示，该超表面结构在光场的调控下能够实现宽谱（0.1、1、2、6 THz）太赫兹波的180°相位差变化，经过超表面编码结构的设计，同一编码序列实现远场波束的变换。研究结果表明，基于光场操控钙钛矿材料的编码超表面为实现灵活的太赫兹波调控提供了新的思路，在太赫兹通信、安检、生物医学成像等方面具有巨大的应用潜力。
太赫兹 钙钛矿 光场调控 编码超表面 相位 terahertz perovskite light field regulation coding metasurface phase 强激光与粒子束
2023, 35(12): 129001
1 宁夏中欣晶圆半导体科技有限公司, 宁夏半导体级硅晶圆材料工程技术研究中心, 银川 750021
2 厦门大学材料学院, 厦门市电子陶瓷材料与元器件重点实验室, 厦门 361005
3 宁夏职业技术学院, 银川 750021
4 厦门大学深圳研究院, 深圳 518063
利用ANSYS有限元软件分析了横向磁场下不同坩埚转速对200 mm半导体级直拉单晶硅的流场及氧浓度的影响。研究结果表明: 在横向磁场下, 硅熔体的流场和氧浓度分布呈三维非对称性, 熔体对流形式主要包括泰勒-普劳德曼漩涡、浮力-热毛细漩涡及次漩涡, 其中前两者有助于氧挥发, 而次漩涡则起到抑制作用。当坩埚转速较低(0.5~1.0 r/min)时, 较弱的熔体对流强度导致坩埚壁与固液界面间的热传导效率低, 氧主要以扩散机制迁移至固液界面, 熔硅中氧浓度高; 当坩埚转速较高(2~2.5 r/min)时, 氧通过强对流形式迁移至固液界面。随着坩埚转速增加, 次漩涡和浮力-热毛细漩涡的作用强度提高, 浮力-热毛细漩涡影响区域远离自由表面, 使硅熔体中的氧浓度呈先下降后上升的趋势。数值模拟结果与实验结果均表明, 在横向磁场条件下优选1.5 r/min的坩埚转速可获得平均氧浓度较低的单晶硅。上述分析结果可以为横向磁场下半导体级单晶硅拉晶参数优化提供参考依据。
ANSYS有限元分析 200 mm半导体级单晶硅 直拉法 坩埚转速 流场 氧浓度 ANSYS finite element software 200 mm semiconductor-grade monocrystalline silicon Czochralski method crucible rotation rate flow field oxygen concentration
1 宁夏中欣晶圆半导体科技有限公司, 宁夏半导体级硅晶圆材料工程技术研究中心,银川 750021
2 厦门大学材料学院, 厦门市电子陶瓷材料与元器件重点实验室, 厦门 361005
3 厦门大学深圳研究院, 深圳 518063
半导体级单晶硅是芯片的基础核心材料, 其晶体的氧含量分布对晶圆品质有重要影响。通过优化提拉单晶炉的热屏结构可有效控制晶体生长过程中的氧含量分布, 但难以通过实验探究其内在影响机制。本文采用ANSYS有限元分析, 研究了热屏结构对200 mm半导体级直拉单晶硅氧含量分布的影响。针对一段式、二段式两种典型的商用单晶炉热屏结构, 模拟了拉晶初期(300 mm)、中期(800 mm)、末期(1 000 mm)三个等径阶段的温度场、流场分布, 固液界面温度梯度及径向氧含量分布。计算结果表明, 与二段式热屏相比, 一段式热屏的熔体温度场均一性较好, 固液界面的温度梯度较小。此外, 一段式热屏的氩气流场有利于熔体自由表面上方SiO气体挥发和减弱熔体的剪切对流, 使固液界面前端向晶体扩散的氧减少。因此, 一段式热屏的固液界面径向氧含量分布均匀性较好且晶体中的氧含量较低。
半导体级单晶硅 氧含量 有限元分析 热屏结构 温度场 流场 semiconductor-grade monocrystalline silicon oxygen content finite element analysis heat shield structure temperature field flow field
1 华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室，上海 200241
2 华东师范大学量子科学与精密测量研究院，上海 200241
实现了具有最轻质量碱金属6Li的冷原子干涉仪，并通过精确测量其反冲频率初步获得精细结构常数。为了克服6Li原子的总角动量为半整数所导致的对磁场敏感的困难，提出一种磁不敏感Raman跃迁，实现了垂直Raman光的共轭Ramsey Bordé型原子干涉仪，其相干时间超过2.3 ms。通过几何关系用四组干涉仪消除Raman光束之间角度带来的误差。测量得到的反冲频率ωr为2π×73672.789（36）Hz，精细结构常数为1/137.035976（33），是迄今为止基于冷原子干涉仪对6Li反冲频率的最精确测量。6Li冷原子干涉仪的实现不仅丰富了原子干涉仪的元素，而且由于其反冲频率大的特点，在精密测量领域具有极大的潜力。
反冲频率测量 冷原子干涉仪 精细结构常数 激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1106019
1 河南中医药大学药学院, 河南 郑州 450046
2 中国中医科学院中药资源中心道地药材国家重点实验室培育基地, 北京 100700
3 航天恒星科技有限公司大数据项目办公室, 北京 100086
4 中国科学院空天信息创新研究院国家环境保护卫星遥感重点实验室, 北京 100094
5 中国中医科学院道地药材国家重点实验室培育基地, 北京 100700
6 中国科学院西北生态环境资源研究院甘肃省遥感重点实验室, 甘肃 兰州 730000
7 中国科学院长春应用化学研究所吉林省中药化学与质谱重点实验室, 吉林 长春 130022
8 航天工程大学航天信息学院, 北京 101416
人参是传统中药材中的贵重品种, 具有较高的经济价值。 人参生长的地域性很强, 不同产地人参有效成分含量存在差异, 人参因“道地”与否, 会导致其质量、 医学效用和经济价值的差异, 因此人参产地识别的意义重大。 目前常通过磨粉提取等制备, 再采用化学或光学等多种手段检验人参产地, 但会造成样本破坏。 而基于外观性状或芦头特征的鉴别, 因主观性差异不能作为标准化的识别方法。 如何用高精度、 无损、 快速检测识别的方法, 对人参的产地进行识别分析, 是该研究的主要立足点。 通过采用高光谱成像技术, 对已知产地信息的人参样本, 通过获取从4002 500 nm的反射光谱, 经过基于白板的绝对和相对辐射校正处理, 构建了高光谱反射率数据集。 采用随机森林的机器学习方法, 构建了基于高光谱数据的全光谱人参产地识别模型, 并对不同尺度的地域划分规则分别开展了产地识别精度验证, 发现不同产地的人参光谱有明显区别。 其中东三省与否的产地识别精度, 可以达到98.2%。 同时利用随机森林基于决策树构建的优势, 获得了人参产地识别的光谱重要性结果, 为专用轻量化仪器研发指明特征光谱。 高光谱人参产地识别研究作为严格的无损检测方式, 将对人参等道地药材的产地识别、 药材图谱指纹认知和挖掘、 药材鉴定和质量评价等提供理论支撑和技术手段。
高光谱 随机森林 可解释性 人参 中药材 产地 Hyperspectral Random forest Interpretability Ginseng Traditional Chinese medicinal materials Origin 光谱学与光谱分析
2022, 42(4): 1217
无人机目标检测可用于反制无人机的场景, 为了便于算法在嵌入式设备部署通常需要采用轻量的模型。YOLOv4目标检测算法的轻量化版本YOLOv4-tiny具有较快的检测速度, 然而其网络结构较为简单, 检测精度偏低。为了进一步提升模型的检测精度, 提出了YOLO-L2模型。选用YOLOv4-tiny的主干网络进行特征提取, 并采用基于协调注意力机制的路径聚合网络对特征进行融合, 融合过程中使用一组可学习的系数进行加权; 在最深的特征层嵌入一个级联残差模块ResBlock-L2用来增大感受野并融合不同感受野特征; 最后提出了边框损失函数MEIoU来替换CIoU。改进后的算法检测效果更精准, 相比于YOLOv4-tiny, 在VOC数据集和自制的UAV-L数据集中mAP分别提高了3.19 %和3.95 %, 并且满足实时性的要求。
目标检测 特征融合 协调注意力 无人机 object detection feature fusion coordinate attention YOLOv4-tiny YOLOv4-tiny UAV MEIoU MEIoU
大连理工大学 机械工程学院，辽宁 大连 116024
该文提出一种基于压电纤维复合材料(MFC）的结构热变形物理模拟方法，建立了悬臂梁结构热变形与MFC驱动变形的相关性方程，并与有限元仿真进行对比验证。面向复合材料层合板以结构热变形模拟为目标，利用优化的方法反求出MFC的驱动电压，从而指导MFC驱动实验。结果表明，对于均质悬臂梁的弯曲变形，仿真结果与理论表达式一致；面向层合板的弯扭耦合变形、MFC驱动变形与热变形的测点位移误差均在5%内，验证了该文提出的物理模拟方法的有效性。
压电纤维复合材料 物理模拟 热变形 驱动变形 弯扭耦合 macro fiber composites physical simulation thermal deformation drive deformation bending-torsion coupling
1 电子科技大学 电子薄膜与集成器件国家重点实验室, 成都 610054
2 电子科技大学 广东电子信息工程研究院, 广东 东莞 523808
提出了一种应用于48 V-1 V系统的隔离型混合模式降压变换器,利用飞电容和变压器实现高转换比应用下的高转换效率。混合变换器结合了开关电容变换器和开关电感变换器,其中飞电容承担了部分电压降,实现了功率开关管电压应力的降低。由于开关节点处的电压摆幅较小,开关损耗随之减小;通过使用更低压的功率开关管,实现功率开关管导通损耗减小。在此基础上,隔离型混合模式降压变换器通过时序控制可以实现软开关,进而实现功率开关管开关损耗减小,使得整体效率提升。在隔离型混合模式降压变换器中,飞电容还具有隔直电容的作用,可以防止变压器偏磁。在典型应用下,即在48 V输入电压、1 V输出电压、500 kHz开关频率下,峰值效率为94.84%。
降压变换器 飞电容 高转换比 软开关 效率提升 buck converter flying capacitor high conversion ratio soft-switching efficiency improvement
1 1.中国电子科技南湖研究院, 嘉兴 314002
2 2.湖北江城实验室, 武汉 430205
3 3.华中科技大学 光学与电子信息学院, 武汉光电国家实验室, 武汉 430074
4 4.华中科技大学 材料科学与工程学院, 材料加工与模具技术国家重点实验室, 武汉 430074
二维过渡金属硫化合物是构建纳米电子器件的理想材料, 基于该材料体系开发用于信息存储和神经形态计算的忆阻器, 受到了学术界的广泛关注。受制于低成品率和低均一性问题, 二维过渡金属硫化合物忆阻器阵列鲜见报道。本研究采用化学气相沉积得到厘米级二维碲化钼薄膜, 并通过湿法转移和剥离工艺制备得到碲化钼忆阻器件。该碲化钼器件表现出优异的保持性(保持时间>500 s)、快速的阻变(SET时间~60 ns, RESET时间~280 ns)和较好的循环寿命(阻变2000圈后仍可正常工作)。该器件具有高成品率(96%)、低阻变循环间差异性(SET过程为6.6%, RESET过程为5.2%)和低器件间差异性(SET过程为19.9%, RESET过程为15.6%)。本工作成功制备出基于MoTe2的3×3忆阻器阵列。在此基础上, 将研制的MoTe2器件用于手写体识别, 实现了91.3%的识别率。最后, 通过对MoTe2器件高低阻态的电子输运机制进行拟合分析, 揭示了该器件阻变源于类金属导电细丝的通断过程。本项工作表明大尺寸二维过渡金属硫化合物在未来神经形态计算中具有巨大的应用潜力。
二维材料 碲化钼 忆阻器阵列 神经形态计算 two-dimensional material MoTe2 memristor array neuromorphic computing
