Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
In this work, a two-step metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method was applied for growing β-Ga2O3 film on c-plane sapphire. Optimized buffer layer growth temperature (TB) was found at 700 °C and the β-Ga2O3 film with full width at half maximum (FWHM) of 0.66° was achieved. A metal?semiconductor?metal (MSM) solar-blind photodetector (PD) was fabricated based on the β-Ga2O3 film. Ultrahigh responsivity of 1422 A/W @ 254 nm and photo-to-dark current ratio (PDCR) of 106 at 10 V bias were obtained. The detectivity of 2.5 × 1015 Jones proved that the photodetector has outstanding performance in detecting weak signals. Moreover, the photodetector exhibited superior wavelength selectivity with rejection ratio (R250 nm/R400 nm) of 105. These results indicate that the two-step method is a promising approach for preparation of high-quality β-Ga2O3 films for high-performance solar-blind photodetectors.
MOCVD two-step growth β-Ga2O3 solar-blind photodetector responsivity Journal of Semiconductors
2024, 45(2): 022502
1 东华理工大学 信息工程学院，江西南昌33003
2 东华理工大学 软件学院，江西南昌330013
3 江西省核地学数据科学与系统工程技术研究中心，江西南昌001
为了获得高性能和低成本的氧化锌（ZnO）基紫外光探测器，使用Ga掺杂ZnO（ZnO∶Ga）作为光敏层，采用水热法合成了不同Ga掺杂浓度ZnO∶Ga微米棒，Ga与Zn的原子比分别为0%（未掺杂），0.5%，1%，2%和4%。使用X射线衍射仪（XRD）测试所有样品的晶体结构，发现它们都为六方纤锌矿结构的ZnO。采用扫描电子显微镜（SEM）观察它们的形貌，都呈现棒状结构。进一步，制备叉指图案氟掺杂的氧化锡（FTO）导电玻璃基底，将不同Ga掺杂浓度ZnO∶Ga微米棒分别涂覆在FTO上，得到5种简单结构的紫外光探测器，系统研究了它们的性能。结果表明：所有ZnO∶Ga微米棒紫外光探测器对365 nm紫外光表现出良好的响应。其中，1% Ga掺杂ZnO∶Ga微米棒紫外光探测器性能最佳，经计算，在365 nm波长处，它的响应度、增益和比探测率分别为13.13 A/W （5 V），44.63 （5 V），3.31×1012 Jones，响应时间和衰减时间分别为12.3 s和36.4 s。说明在ZnO微米棒中进行合适Ga掺杂能有效提高紫外光探测器的性能。该研究有助于基于ZnO∶Ga材料的紫外光探测器及相关器件发展。
紫外光探测器 镓掺杂氧化锌 微米棒 水热法 响应度 ultraviolet photodetector Ga-doped ZnO microrods hydrothermal method responsivity
Author Affiliations
Abstract
Shandong Provincial Key Laboratory of Preparation and Measurement of Building Materials, University of Jinan, Jinan 250022, P. R. China
With the rapid development of modern industries, the high-temperature piezoelectric sensors that can work in extreme environments are in great demand. In this work, langasite (La3Ga5SiO, LGS), as a high-temperature piezoelectric crystal with stable electro-elastic performance, is used as core element, and air and porous Al2O3 are selected as backing layers respectively to prepare two kinds of high-temperature acoustic emission (AE) sensors. The detection sensitivities at 25–500∘C are analyzed by the ball falling test and Hsu–Nielsen experiment. Under the condition of 25–500∘C, the received amplitude signals by both sensors are maintained above 90dB stimulated by the ZrO2 ceramic ball dropping. In the Hsu–Nielsen experiment, as the temperature rising from 25∘C to 500∘C, the signal amplitude of sensor with air backing layer decays from 447mV to 365mV, while the signal amplitude varies from 270mV to 203mV for the sensor with porous Al2O3 backing layer. Significantly, compared with the bandwidth of the air-backing sensor (37–183kHz), the sensor with porous Al2O3 backing layer broadens bandwidth to 28–273kHz. These results show that both these AE sensors have strong and stable response ability to AE signals at high-temperature of 500∘C. Therefore, piezoelectric AE sensor based on LGS has great potential application in the field of high-temperature structural health monitoring.
La3Ga5SiO14 acoustic emission sensor sensitivity structural health monitoring Journal of Advanced Dielectrics
2024, 14(1): 2342001
1 广州医科大学生物医学工程学院，广东 广州 511436
2 宁波大学信息科学与工程学院光+X交叉科学与技术研究院，浙江 宁波 315211
近红外光源对生物组织具有穿透力强、无损检测、信噪比高等特点，广泛应用于成分检测、安防监控、生物医学等领域。但是目前缺乏高效率、便携化的近红外光源，这成为了限制智能检测技术发展的关键。与传统的近红外光源相比，荧光粉转换的近红外LED光源（NIR pc-LED）具有便携、高效的特点。本研究采用工艺简单、绿色环保的水热法合成了Li3Na3Ga2F12∶Cr3+近红外宽带荧光粉，并通过控制保温温度、保温时间等参数，确定了荧光材料的最佳合成方案，研究了氟化物颗粒尺寸、形貌演化，以及Cr3+掺杂浓度对Li3Na3Ga2F12∶Cr3+发光性能的影响。Li3Na3Ga2F12∶Cr3+材料能够实现630~980 nm范围宽带发射，半峰全宽（FWHM）为110 nm，峰值为766 nm，其内量子效率高达74%。结合商用蓝光LED，成功封装了近红外宽带LED光源，其在50 mA驱动电流下的近红外光输出功率是10.32 mW，光电转换效率达到5.1%。最后通过鸡胸肉下的静脉近红外成像以及夜视成像演示，验证了该近红外宽带LED光源在医疗以及食品检测等成像领域中的应用可行性。
绿色合成 宽带近红外发光 Li3Na3Ga2F12∶Cr3+ LED器件 激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0316004
河南师范大学红外光谱测量与应用河南省重点实验室, 河南 新乡 453007
多光谱辐射测温技术获取真实温度时, 目标发射率信息是温度求解的关键。 一般解决的方法是基于发射率与波长或温度之间的函数关系建立发射率假设模型。 然而, 当假设模型与实际情况存在偏差时, 会造成较大的温度测量误差。 因此, 消除目标未知发射率的干扰, 减少对发射率模型的依赖, 增加测温算法的通用性, 是多光谱辐射测温技术亟需解决的难题。 提出了改进的粒子群与遗传混合优化算法（HPSOGA）, 算法的核心思想是将多波长辐射测温问题转化为约束优化问题。 首先根据约束条件所设置的范围, 在可行域内生成若干个群, 每个种群对应一组满足条件的光谱发射率, 然后通过HPSOGA算法不断地进化、 迭代操作, 最终寻得最优适应度值的对应解。 该算法实现了在不需要假设发射率模型的情况下, 同时反演出目标的光谱发射率和真实温度。 通过对六种典型的发射率模型进行仿真, 验证了新算法对不同分布趋势的光谱发射率反演的适应性。 结果表明, 在真温800和900 K的情况下, 反演温度的平均相对误差小于0.73%。 最后, 将该算法应用于火箭发动机羽焰温度测量数据的处理。 结果表明, 当设计温度为2 490 K时, 反演温度的相对误差均小于0.65%。 仿真与实验均表明, 新算法可求解出满足一定精度要求的发射率和真温。 因此, 提出的HPSOGA算法是可靠的、 有效的, 为多光谱辐射测温技术测量目标真实温度提供了一种新的思路。
多光谱辐射测温 发射率 粒子群算法 遗传算法 Multispectral radiometric thermometry Emissivity PSO GA 光谱学与光谱分析
2023, 43(12): 3659
Author Affiliations
Abstract
Department of Electronic and Computer Engineering, Hong Kong University of Science and Technology, Clear Water Bay, Kowloon, Hong Kong, China
β-Ga2O3 Schottky barrier diodes have undergone rapid progress in research and development for power electronic applications. This paper reviews state-of-the-art β-Ga2O3 rectifier technologies, including advanced diode architectures that have enabled lower reverse leakage current via the reduced-surface-field effect. Characteristic device properties including on-resistance, breakdown voltage, rectification ratio, dynamic switching, and nonideal effects are summarized for the different devices. Notable results on the high-temperature resilience of β-Ga2O3 Schottky diodes, together with the enabling thermal packaging solutions, are also presented.
β-Ga2O3 Schottky diodes power device edge termination nickel oxide Journal of Semiconductors
2023, 44(9): 091605
1 西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710021
2 中国兵器工业试验测试研究院, 陕西 华阴 714200
针对红外靶标模拟装置中的温控系统过度依赖专家经验, 且控制精度低等问题, 设计了一种基于改进GA算法优化的模糊PID红外模拟靶标温度控制方法。系统通过具有自适应交叉及变异概率的改进GA算法, 将模糊PID的量化因子和比例因子作为优化变量, 自适应调整PID参数, 快速确定温度控制单元的最优解。在Simulink建立温控系统仿真模型并进行仿真验证。仿真结果显示, 相较于模糊PID, 改进GA算法优化的模糊PID调节时间减少34.84%, 超调量减少63.75%, 稳态误差减少66.67%, 表明改进GA算法优化的模糊PID能提高系统的控制性能。
红外模拟 温度控制 模糊PID GA算法 交叉概率 变异概率 infrared simulation temperature control fuzzy PID GA algorithm crossover probability mutation probability
1 淮阴工学院 数理学院， 江苏 淮安 223003
2 东南大学 生物科学与医学工程学院， 江苏 南京 210096
绿光光源可广泛应用于固态照明、可见光通信、电子显示、光遗传学等领域。相比于蓝光LED，高性能低维绿色发光器件的设计与制备受限于绿光效率低（Green gap）和高注入电流下效率下降（Efficiency droop）两个主要问题的困扰。本文采用化学气相沉积方法（CVD）生长镓掺杂的氧化锌微米线（ZnO∶Ga MW），结合p型InGaN衬底制备了n‐ZnO∶Ga MW/p‐InGaN异质结发光二极管。该器件的输出波长为540 nm，半峰宽约为32 nm，在相对较大的注入电流下，器件发光峰位、半峰宽等发光特征参数没有明显的变化，且相对外量子效率（REQE）在较大电流下呈现出相对较小的下降，体现了较高的发光稳定性。此外，利用金纳米薄膜改善了ZnO∶Ga微米线与InGaN衬底间的接触，实现了结区界面的优化，成功提高了发光二极管的发光强度。实验结果表明，采用n‐ZnO∶Ga微米线结合p‐InGaN衬底构筑的异质结可用于制备高稳定性高亮度的微型绿光发光二极管。
绿光发光二极管 金纳米薄膜 镓掺杂氧化锌微米线 铟镓氮 相对外量子效率 green LED Au nano-film Ga doped ZnO microwire InGaN relative external quantum efficiency（REQE）
1 江苏大学农业工程学院, 江苏 镇江 212013
3 石河子大学机械电气工程学院, 新疆 石河子 832003
农业生物质能已逐步成为我国现代工业主要清洁能源之一。 利用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术实现秸秆炭热值(CV)精准预测。 针对传统X自变量特征提取方法在LIBS定量分析秸秆炭CV过程中缺陷问题, 提出了一种XY双变量特征提取法。 研究首先分析了秸秆炭CV与各元素含量之间相关性, 选取与CV相关性极显著(p<0.01)的Y型特征变量, 其主要获取了以炭单质、 芳香环和羧基等形式存在的C, O, H和Na元素的分析线展宽波段; 同时通过筛选偏最小二乘回归(PLSR)模型回归系数阈值获取与CV相关的X型特征变量, 当阈值为4×10-5时模型交互验证均方根误差(RMSECV)降至最低值, 其所对应的变量主要为参与农作物生理生长的Ca, Cr, Mg和K元素的分析线光谱线。 基于所提取XY双特征变量构建遗传算法优化及自适应增强的人工神经网络(GA-BP-Adaboost)模型, 当变异概率、 交叉概率和相对误差率(RE)分别设为0.1, 0.95和0.01时, 最优模型预测平均相对误差(AREP)和预测相对标准误差(RSDP)分别为2.39%和2.97%, 相比于XY-PLSR模型效果分别较低了0.82%和0.91%。 结果表明: XY双变量特征提取法结合GA-BP-Adaboost模型可以为生物质炭在工业使用过程中CV精确定量预测分析提供方法依据。
秸秆炭 热值 激光诱导击穿光谱 XY双变量特征提取法 自适应增强的人工神经网络模型 Straw charcoal Calorific value LIBS XY bivariate feature extraction GA-BP-AdaBoost 光谱学与光谱分析
2022, 42(11): 3435
