1 鹏城实验室，广东 深圳 518055
2 南方科技大学 电子与电气工程系，广东 深圳 518055
随着全球数据流量的不断增长，硅基光子集成电路已经成为高性能芯片内/芯片间光通信领域中一个极具发展潜力的研究方向。然而，由于本征硅的发光效率极低，硅基片上光源成为光子集成电路中最具挑战性的元器件。为了解决缺乏原生光源的问题，硅基集成的Ⅲ?Ⅴ族半导体激光器已经得到了广泛研究，该激光器提供了优越的光学和电学性能。值得注意的是，在Ⅲ?Ⅴ族半导体激光器中使用量子点作为增益介质已经引起了诸多关注，因为它具有多种优点，如对晶体缺陷的容忍度高、温度敏感度低、阈值电流密度低和反射灵敏度低等。使用量子点的激光增益区在光子集成方面相比量子阱有许多改进。增益带宽可以根据需要进行设计优化，并在整个近红外光范围内实现激射。量子态与周围材料的大能级分离使其获得了优异的高温性能和亚皮秒时间尺度的增益恢复。本文从量子点材料及量子点激光器、基于晶圆键合技术、基于倒装键合技术、基于直接外延生长技术等多个角度，综述了硅基Ⅲ?Ⅴ族半导体量子点激光器的最新研究进展，并对其未来前景和挑战进行了探讨。
硅光子学 片上量子点激光器 光子集成 silicon photonics on-chip quantum dot lasers photonic integration
南方科技大学电子与电气工程系，广东 深圳 518055
量子点是一种具有量子限域效应的半导体纳米晶，近年来，以其优异的光电特性得到了广泛关注。量子点具有发光效率高、发光波长可调、发光半峰宽窄、可溶液法低成本制备等优势，已被大量应用于显示领域，成为了新型显示的核心材料之一。微显示技术一般应用于有效显示区域对角线长度小于1 inch 的近眼显示场景中，近年来虚拟现实、增强现实等近眼显示场景的兴起，对高亮度、高像素密度、全彩色的微显示技术提出了更高的要求。本文将从量子点应用于高亮度、高像素密度的全彩微显示技术的角度出发，从光致发光和电致发光两条技术路线对现有的进展进行回顾和总结，最后对量子点应用于微显示技术面临的机遇和挑战进行展望。
量子点 微显示 光致发光 电致发光 quantum dot micro display photoluminescence electroluminescence
1 广东海洋大学 电子与信息工程学院, 广东 湛江524000
2 广东海洋大学深圳研究院 科技发展中心, 广东 深圳518120
3 南方科技大学工学院 电子与电气工程系, 广东 深圳518055
可见光通信(Visible light communication,VLC)作为无线通信领域中与无线射频通信互补的一种空间通信技术, 近年来吸引了众多研究人员的关注。除了通信链路的电路设计、调制模式之外, 调制带宽是照明光源能否实现高质量VLC的关键因素。区别于传统有机LED、聚合物LED及以GaN/InGaN为代表的无机LED等照明光源, 量子点LED(QLED)具备响应速度快、色纯度好、发光效率高、可同时用于光致发光和电致发光等优势, 是一种理想的用于可见光通信的固态光源器件。然而, 目前对QLED用于VLC的调制带宽机理研究较少, 尤其是针对多色QLED以及电致发光QLED。本文从量子点的光转换机制出发, 系统综述了不同QLED的调制机理, 并对光致发光和电致发光QLED调制带宽的限制因素进行了总结和分析, 为QLED在VLC中的应用提供了理论依据。
可见光通信 发光二极管 量子点 调制带宽 visible light communication light-emitting diode quantum dot modulation bandwidth
1 南方科技大学能源转换与存储技术教育部重点实验室, 广东 深圳 518055
2 南方科技大学电子与电气工程系广东省普通高校先进量子点显示与照明重点实验室,粤港澳光热电能材料与器件联合实验室,深圳市先进量子点显示与照明重点实验室, 广东 深圳 518055
3 香港科技大学先进显示与光电子技术国家重点实验室, 香港 999077
4 上海微系统与信息技术研究所, 上海 200050
5 上海微技术工业研究院, 上海 201800
提出并设计了一种基于无机硒化镉(CdSe)量子点(QD)材料作为增益介质的垂直腔面发射激光器(VCSEL)。该方案结合量子点发光二极管(QLEDs)与分布式反馈布拉格反射镜(DBR)形成电注入量子点垂直腔面发射激光器,并在其垂直衬底方向上结合了电流注入结构及光学微腔结构。通过数值模拟的方法,进行了DBR反射镜参数设计、器件腔长调整等,得到了优化的器件结构。时域有限差分法模拟结果表明,设计的两种腔长器件均可实现单纵模激射,微腔品质因子超过250000。本研究工作提出了一种实现量子点激光二极管的新方案,并通过理论模拟进行验证,展示了此方案的可行性;同时,本工作也为下一步的实验研究提供了理论分析模型及参数指导。
激光器 量子点 垂直腔面发射激光器 硒化镉 时域有限差分法 中国激光
2021, 48(19): 1901005
为应对侧信道能量信息泄漏检测中的多重 t检验问题, 提出了一种控制多重 t检验过程的错误识别率并提升检验效力的泄漏检测方案。在对多重假设检验问题进行分析的基础上引入错误识别率和检验效力作为多重 t检验过程中的控制参量。介绍了已有控制多重假设检验问题的方案, 结合泄漏检测过程, 通过提升检验阈值和调整检验水平的方法对已有控制方案进行了改进, 并进行了实验验证。验证结果表明该方案能在提升能量信息泄漏检测能力的同时将检验差错控制在一定范围内。
侧信道能量信息泄漏 多重 t检验 错误识别率 检验效力 side-channel power information leakage multiple t-test false discovery rate test effectiveness 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(4): 717
1 南方科技大学 电子与电气工程系, 广东 深圳 518055
2 香港理工大学 应用物理系, 香港 999077
量子点及其发光二极管器件在显示领域展现出极大的潜力。然而, 研究较为成熟的镉系量子点和钙钛矿纳米晶由于含有镉和铅等元素, 对环境和人类健康有着较大威胁, 限制了其更大规模的应用, 无镉无铅量子点及其发光二极管器件显示出更大的潜力。目前, 红光和绿光的研究进展较快, 而蓝光的报道较少, 器件性能也明显落后。本文总结了以磷化铟(InP)、硒化锌(ZnSe)和卤化铜基钙钛矿(Cs3Cu2I5)为代表的几种无镉无铅蓝光量子点材料及其发光二极管器件的研究进展, 分别从材料的结构设计、制备工艺以及器件的结构优化、性能表征等方面进行了总结和分析, 并对未来无镉无铅环保型蓝光量子点及其发光二极管器件的发展进行了展望, 从材料和器件两方面分别提出了可以继续探索和发展的方向。
环保型 蓝光 量子点 量子点发光二极管 environment-friendly blue emitting quantum dots quantum dot light-emitting diodes
北京交通大学 理学院, 光电子技术研究所, 发光与光信息教育部重点实验室, 北京 100044
非富勒烯受体（NFA)材料是现阶段非常受欢迎的有机光电材料之一。基于非富勒烯受体的有机体异质结（BHJ)太阳能电池发展迅速, 其单结能量转换效率（PCE)现已达到18%。有机半导体中单线态与三线态在磁场作用下的相互转换会影响其电子-空穴的解离与复合, 从而对光伏性能有一定的影响。此外, 三线态激子寿命和扩散距离较长, 三线态-电荷反应的几率较大, 增加光电流, 使得三线态材料对于光伏性能的提高具有一定的作用。因此, 本文主要从以下几个方面对非富勒烯有机太阳能电池进行叙述, 首先讨论了有机太阳能电池中电荷分离、重组及能量损失对开路电压的影响; 其次总结了有机太阳能电池磁场下自旋依赖的光物理过程及三线态材料在有机太阳能电池中的应用, 了解二者对提高光伏性能的影响; 最后对有机光伏性能的进一步提高以及有机半导体磁场下的自旋问题进行了展望。
非富勒烯有机太阳能电池 电荷分离与重组 能量损失 磁场效应 三线态受体材料 non-fullerene organic solar cells charge separation and recombination energy losses magnetic field effects triplet acceptor materials
1 哈尔滨工业大学 材料科学与工程学院 特种陶瓷研究所
2 哈尔滨工业大学 先进结构功能一体化材料与绿色制造技术工信部重点实验室, 哈尔滨 150001
高熵陶瓷是一种新兴的近等摩尔多组元单相固溶体陶瓷材料, 特别是过渡金属碳化物、过渡金属硼化物等过渡金属非氧化物高熵陶瓷体系, 其具有超高硬度、低热导和抗腐蚀等优异的理化性能, 在航空航天、核能和高速切削加工等极端环境有着广阔的应用前景。目前, 高熵陶瓷材料研究尚处于起步阶段, 主要集中在成分设计、制备方法、单相形成能力和力学性能评价等方面, 设计依据和理论方面的研究还相对较少。本文从高熵效应和高熵合金出发, 综述了过渡金属非氧化物高熵陶瓷的制备、表征和理论研究进展, 同时介绍了部分相关的高熵陶瓷涂层研究现状, 总结并展望了非氧化物高熵陶瓷的未来前景和发展方向。
高熵陶瓷 非氧化物 制备工艺 显微组织 性能 综述 high-entropy ceramic non-oxide ceramic fabrication process microstructure performance review
1 重庆京东方光电科技有限公司，重庆 400700
2 重庆大学 物理学院，重庆 400044
3 中国科学院 重庆绿色智能技术研究院，重庆 400714
薄膜晶体管(Thin film transistor，TFT)的栅极在截面方向上是一个台阶，栅极绝缘层(Gate Insulator，GI)和源漏极(Source和Data电极，SD电极)依次覆盖于台阶之上，覆盖程度以台阶覆盖率(台阶处GI层水平厚度与竖直厚度的比值)进行衡量。本文结合重庆京东方的HADS产品工艺制程，探究了栅极厚度、坡度角对GI层的台阶覆盖率的影响。同时，在覆盖率的基础上研究了台阶处和非台阶处的SD膜层刻蚀程度差异。结合量产中的不良，分析栅极坡度角、覆盖率、栅极腐蚀等相关不良的关系，并提出相应的良率提升措施。实验结果表明：坡度角是影响GI覆盖率的关键因素，且栅极坡度角与GI覆盖率呈负线性关系。当栅极厚度在280~500 nm范围变化时，栅极坡度角每增加10°，GI层台阶覆盖率下降约20%。SD膜层覆盖在台阶上，因台阶的存在造成此处的SD层减薄，最终导致该处的SD膜层刻蚀程度加大。如果栅极坡度角偏大，会导致台阶处GI层减薄或者产生微裂纹，工艺制程中的腐蚀介质会透过减薄的GI层进而腐蚀栅极；此外，偏大的栅极坡度角会导致台阶处的SD电极有断线的风险。通过刻蚀液种类变更、刻蚀液成分微调、刻蚀工艺的优化可以降低栅极坡度角，规避上述良率风险。此外，对于栅极腐蚀型不良，也可以通过调整GI层的成膜参数来提升覆盖率。对于SD电极断线风险，可尝试增加光刻胶粘附力、台阶处SD线加宽等措施规避风险。
薄膜晶体管 栅极坡度角 台阶覆盖率 信号线断线 栅极腐蚀 thin film transistor gate profile step coverage data line open gate corrosion
