徐顺 1,2,*陈冰 3
作者单位
摘要
1 浙江经济职业技术学院 汽车技术学院,杭州 310018
2 浙江理工大学 机械工程学院,杭州 310018
3 浙江大学 信息与电子工程学院,杭州 310027
设计并制备了一种基于忆阻器结构且具有可编程特性的Ge基光控晶体管,它由两个结构为Ni/Ge/GeOx/Al2O3∶HfO2/Pd的忆阻器背对背组成,共用阻变层GeOx/Al2O3∶HfO2、衬底Ge和底电极Ni,阻变层的设计是实现光控晶体管功能的关键。两个顶电极Pd作为光控晶体管源漏极,中间区域作为栅极接受外加光源的栅控。探究了Ge基忆阻器光电响应特性,并实现光控晶体管基于光源栅控的输出与转移特性。进一步地,探究了器件的物理机制并验证设计的科学性和可行性。该光控晶体管具有非易失性与标准CMOS工艺兼容性等优势,能有效简化器件制备工艺、降低制造成本,可为下一代光电芯片研发提供参考。
 忆阻器 光控晶体管 光电特性 器件物理 氧空位缺陷态 能带结构 非平衡载流子 Ge memristor phototransistor photoelectric characteristic device physics oxygen vacancy defect energy band structure non-equilibrium carriers 
半导体光电
2023, 44(4): 543
作者单位
摘要
北京石油化工学院新材料与化工学院, 北京 102617
本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算了不同Al掺杂浓度β-Ga2O3(即(AlxGa1-x)2O3)的晶体结构、电荷密度分布、能带结构、态密度和光学性质, 并对本征β-Ga2O3和不同Al掺杂浓度的β-Ga2O3的计算结果进行了分析对比。结果表明, 随着Al掺杂浓度的增加, (AlxGa1-x)2O3的晶格常数和键长均单调减小, 而带隙逐渐增大。β-Ga2O3导带底上方存在主要由Ga 4s和Al 3p轨道组成的中间带, Al掺杂在此中间带引入杂质能级, 从而导致带隙增加。同时, Al的引入使态密度向高能侧偏移了近3 eV, 也导致了带隙的增加。根据光学性质的计算结果, 在掺杂Al后, 介电函数的虚部和吸收系数均观察到明显的蓝移现象。这是由价带顶中的O 2p态和导带底中的Ga 4s态之间的跃迁产生的。并且, 随着Al掺杂浓度的增加, 蓝移现象加剧。本文研究可为基于(AlxGa1-x)2O3光电器件的设计提供思路和理论指导。
第一性原理 掺杂 Al掺杂β-Ga2O3 能带结构 电子结构 光学性质 first-principle doping Al-doped β-Ga2O3 band structure electronic structure optical property 
人工晶体学报
2023, 52(9): 1674
Author Affiliations
Abstract
1 New Materials and New Energies, Shen Zhen Technology University, Shenzhen 518118, China
2 Analysis and Testing Center, Shen Zhen Technology University, Shenzhen 518118, China
Two-dimensional transition metal dichalcogenides (TMDs) have intriguing physic properties and offer an exciting platform to explore many features that are important for future devices. In this work, we synthesized monolayer WS2 as an example to study the optical response with hydrostatic pressure. The Raman results show a continuous tuning of the lattice vibrations that is induced by hydrostatic pressure. We further demonstrate an efficient pressure-induced change of the band structure and carrier dynamics via transient absorption measurements. We found that two time constants can be attributed to the capture process of two kinds of defect states, with the pressure increasing from 0.55 GPa to 2.91 GPa, both of capture processes were accelerated, and there is an inflection point within the pressure range of 1.56 GPa to 1.89 GPa. Our findings provide valuable information for the design of future optoelectronic devices.
two-dimensional transition metal dichalcogenides hydrostatic pressure carrier dynamics band structure ultrafast spectroscopy 
Journal of Semiconductors
2023, 44(8): 082001
杨帆 1许并社 1,2,3董海亮 1,2张爱琴 1[ ... ]贾志刚 1,2
作者单位
摘要
1 太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室, 太原 030024
2 山西浙大新材料与化工研究院, 太原 030000
3 陕西科技大学材料原子·分子科学研究所, 西安 710021
本文设计了纳米线核壳AlGaN/GaN异质结构, 研究了势垒层厚度、Al组分、掺杂浓度对平面和纳米线异质结构中二维电子气(2DEG)浓度的影响规律。结果表明, 随着势垒层厚度的逐渐增大, 两种结构中2DEG浓度增速逐渐减缓, 当达到40 nm后, 由于表面态电子完全发射, 2DEG浓度逐渐稳定不变。随着Al组分的增加, 极化效应逐渐增强, 使得两种结构在异质界面处的2DEG浓度都逐渐增加。当掺杂浓度逐渐提高时, 两者在异质界面处电势差增大, 势阱加深, 束缚电子能力加强, 最终导致2DEG浓度逐渐增加, 当掺杂浓度增加到2.0×1018 cm-3后, 2DEG面密度达到最大值。与平面结构相比, 纳米线结构可以实现更高的Al组分, 在高Al组分之下, 2DEG面密度最高可达5.13×1013 cm-2, 相比于平面结构有较大的提高。
纳米线结构 平面结构 二维电子气浓度 异质结构 能带结构 AlGaN/GaN AlGaN/GaN nanowire structure planar structure two-dimensional electron gas concentration heterostructure band structure 
人工晶体学报
2023, 52(6): 1136
乔鹏飞 1,*刘康 1代兵 1刘本建 1[ ... ]朱嘉琦 1,2
作者单位
摘要
1 特种环境复合材料技术国家级重点实验室(哈尔滨工业大学), 哈尔滨 150001
2 微系统与微结构制造教育部重点实验室(哈尔滨工业大学), 哈尔滨 150001
5G 通信、能源互联网、新能源汽车、量子技术等高精尖领域对半导体的性能提出了新的更高的要求。第四代半导体金刚石因具有优异的物理化学性能被誉为“终极半导体”, 被认为是制备下一代高功率、高频、高温及低功率损耗电子器件最理想的材料。而浅n型掺杂的技术瓶颈一定程度阻碍了金刚石半导体应用的发展。表面终端研究为金刚石功能化的发展提供了新的策略, 金刚石通过表面终端实现了场效应晶体管、肖特基二极管、日盲紫外探测器、电子发射器件和近表面色心调控等重要应用, 而表面终端发挥作用的机理与其能带结构特点密不可分。本文综述了几种常见终端的能带研究方法, 分析其能带的结构特点, 结合特点介绍其发挥作用的机理, 并进行了总结和展望。
金刚石 表面终端 能带结构 二维空穴气 肖特基结 紫外探测 diamond surface terminal energy band structure two-dimensional hole gas Schottky junction ultraviolet detection 
人工晶体学报
2023, 52(6): 945
Jiajia Tao 1†Guang Zeng 1†Xiaoxi Li 1Yang Gu 1[ ... ]Hongliang Lu 1,2,**
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of ASIC and System, Shanghai Institute of Intelligent Electronics & Systems, School of Microelectronics, Fudan University, Shanghai 200433, China
2 Jiashan Fudan Institute, Jiaxing 314100, China
In this work, we reported a high-performance-based ultraviolet-visible (UV-VIS) photodetector based on a TiO2@GaOxNy-Ag heterostructure. Ag particles were introduced into TiO2@GaOxNy to enhance the visible light detection performance of the heterojunction device. At 380 nm, the responsivity and detectivity of TiO2@GaOxNy-Ag were 0.94 A/W and 4.79 × 109 Jones, respectively, and they increased to 2.86 A/W and 7.96 × 1010 Jones at 580 nm. The rise and fall times of the response were 0.19/0.23 and 0.50/0.57 s, respectively. Uniquely, at 580 nm, the responsivity of fabricated devices is one to four orders of magnitude higher than that of the photodetectors based on TiO2, Ga2O3, and other heterojunctions. The excellent optoelectronic characteristics of the TiO2@GaOxNy-Ag heterojunction device could be mainly attributed to the synergistic effect of the type-Ⅱ band structure of the metal–semiconductor–metal heterojunction and the plasmon resonance effect of Ag, which not only effectively promotes the separation of photogenerated carriers but also reduces the recombination rate. It is further illuminated by finite difference time domain method (FDTD) simulation and photoelectric measurements. The TiO2@GaOxNy-Ag arrays with high-efficiency detection are suitable candidates for applications in energy-saving communication, imaging, and sensing networks.
TiO2@GaOxNy-Ag ultraviolet-visible photodetector type-Ⅱ band structure plasmon resonance effect 
Journal of Semiconductors
2023, 44(7): 072806
作者单位
摘要
北京邮电大学理学院,北京 100876
给出了一种计算二维色散介质光子晶体能带结构的方法,研究二维色散介质光子晶体的特性。考虑色散光子晶体,即介电常数ε=εω与频率ω相关,求解一个非线性特征值问题得到能带结构。首先,基于光子晶体电磁波传播的控制方程组推导出变分形式,对离散以后的非线性问题选择合适的解作为初始值,基于牛顿法对不同的波矢k值求解该非线性问题,获得色散关系ωk,从而得到光子晶体的能带结构分布。基于数值方法,求解了几种不同的色散介质光子晶体在横电(TE)、横磁(TM)模式下的能带结构,数值结果表明该方法是有效的。
色散光子晶体 能带结构 有限元方法 光子带隙 牛顿法 
激光与光电子学进展
2023, 60(9): 0926001
Author Affiliations
Abstract
1 Cornell University, Department of Physics, Ithaca, New York, United States
2 Cornell University, School of Applied and Engineering Physics, Ithaca, New York, United States
On-demand modification of the electronic band structures of high-mobility two-dimensional (2D) materials is of great interest for various applications that require rapid tuning of electrical and optical responses of solid-state devices. Although electrically tunable superlattice (SL) potentials have been proposed for band structure engineering of the Dirac electrons in graphene, the ultimate goal of engineering emergent quasiparticle excitations that can hybridize with light has not been achieved. We show that an extreme modulation of one-dimensional (1D) SL potentials in monolayer graphene produces ladder-like electronic energy levels near the Fermi surface, resulting in optical conductivity dominated by intersubband transitions (ISBTs). A specific and experimentally realizable platform comprising hBN-encapsulated graphene on top of a 1D periodic metagate and a second unpatterned gate is shown to produce strongly modulated electrostatic potentials. We find that Dirac electrons with large momenta perpendicular to the modulation direction are waveguided via total internal reflections off the electrostatic potential, resulting in flat subbands with nearly equispaced energy levels. The predicted ultrastrong coupling of surface plasmons to electrically controlled ISBTs is responsible for emergent polaritonic quasiparticles that can be optically probed. Our study opens an avenue for exploring emergent polaritons in 2D materials with gate-tunable electronic band structures.
band structure engineering two-dimensional materials polaritons plasmons intersubband transitions 
Advanced Photonics
2023, 5(2): 026004
作者单位
摘要
江西理工大学信息工程学院,赣州341000
MoTe2由于其类石墨烯的堆叠方式和丰富的相结构而引起科研人员的广泛研究,特别是合适的禁带宽度使其在光电器件领域有着光明的应用前景。基于非平衡格林函数密度泛函理论,通过第一性原理计算方法,研究了不同原子空位缺陷对单层2HMoTe2光电效应的影响。结果表明:不同空位缺陷下2HMoTe2器件的光电流函数与唯象理论相符合。光子能量在1.0~2.8 eV时,2Te空位缺陷对单层2HMoTe2的光电流有显著提升,特别是在光子能量2.6 eV时获得所有器件的最大光电流。利用能带结构发现不同原子空位缺陷都导致单层2HMoTe2的价带向高能级处偏移,而导带向低能级处偏移,减小了带隙,在线性偏振光的照射下有利于电子从价带跃迁到导带形成光电流。同时发现1Te空位缺陷和Mo空位缺陷的单层2HMoTe2在远离费米能级处具有相似的能带结构,从而导致在光子能量大于1.6 eV时,1Te空位和Mo空位器件的光电流随光子能量的变化拥有相同的变化趋势。这些计算结果可以用于指导MoTe2光电器件的设计。
光电器件 光电效应 第一性原理 能带结构 空位缺陷 2HMoTe2 2HMoTe2 optoelectronic device photogalvanic effect firstprinciple band structure vacancy defect 
人工晶体学报
2022, 51(12): 2048
作者单位
摘要
南京邮电大学 电子与光学工程学院、微电子学院, 南京 210023
传统的硅压阻式压力传感器存在易受温度影响、断裂韧性较差以及传感节点有限等缺点,因此设计了一种悬浮型阵列结构的石墨烯压力传感器。首先分析了该传感器的结构与原理,然后研究了应变对石墨烯能带结构的影响。最后,建立了顶板-支柱结构的压强放大模型和挠度放大模型。理论与仿真结果表明,压强的放大系数与半径比满足负指数关系,随着支柱底面半径的不断减小,放大系数趋于定值;在集中压力模型中,最大挠度与半径比近似满足线性关系,最大挠度与压强呈三分之一幂次关系。
悬浮型石墨烯 压力传感阵列 能带结构 放大模型 suspended graphene pressure sensor array band structure amplification model 
微电子学
2022, 52(3): 449

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