浙江大学材料科学与工程学院硅及先进半导体材料全国重点实验室，浙江 杭州 310027
硅基光电集成技术充分发挥了光互连的低功耗、快速响应和低信号间串扰等优势，是突破当前电互连集成电路发展瓶颈的重要方案之一。其中，硅基含稀土离子光波导放大器作为核心器件，对实现高功率、低损耗的片上光互连具有关键作用。本文系统综述了硅基光波导放大器的研究进展，重点分析了3个主要研究方向：硅基异质集成Ⅲ-V族半导体光波导放大器、硅基非线性拉曼光放大器，以及硅基含稀土离子光波导放大器。特别聚焦硅基含稀土离子光波导放大器，详细探讨了其增益材料、波导结构和集成平台的发展历程，并阐述了该器件在提供光增益及促进单片硅光集成方面的优势与挑战。稀土离子光波导放大器是推动硅基光电集成实用化的关键，其发展将为后摩尔时代的光计算、数据中心等高新技术提供重要的技术支撑。
硅基光电集成 光波导放大器 稀土离子掺杂 光增益 光学学报（网络版）
2025, 2(13): 1304001
西安电子科技大学微电子学院，宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室，西安710071
将隧穿氧化层钝化接触（TOPCon）结构引入背接触太阳电池结构，制备得到隧穿氧化层钝化接触背接触（TBC）太阳电池，能够有效抑制电子、空穴的复合，提高光电转换效率。本文重点关注p型TBC太阳电池的发射极制备工艺，深入研究了p型硅片上n型隧穿氧化钝化接触结构（n-TOPCon）的制备工艺和钝化性能，通过实验研究了隧穿氧化层生长过程中氧化时间对氧化层厚度的影响，并研究不同厚度的隧穿氧化层对发射极n-TOPCon结构钝化性能的影响。实验结果表明，在氧化温度为600 ℃，氧化时间1 200 s时，隧穿氧化层厚度达到1.52 nm，可以获得最佳的钝化性能，此时隐开路电压达到733 mV，对应的暗饱和电流密度J0为4.41 fA/cm2。之后研究了不同磷扩散温度和不同磷源流量下发射极n-TOPCon的掺杂分布曲线和钝化性能。当扩散温度达到870 ℃时，n-TOPCon结构的隐开路电压可提升至736 mV，随着扩散温度的继续增加，n-TOPCon结构的隐开路电压开始降低。最后研究了在扩散温度相同的情况下，n-TOPCon结构钝化性能与N2-POCl3流量的关系，通过实验发现，随着扩散N2-POCl3流量的增加，n-TOPCon结构钝化性能出现先提升后下降的情况，根据测试结果，当N2-POCl3流量为3 000 sccm时，n-TOPCon结构的隐开路电压可提升至740 mV。
p型TBC电池 磷扩散 LPCVD 掺杂 钝化性能 p-type TBC cell phosphorus diffusion LPCVD doping passivation performance
北京邮电大学 电子工程学院 信息光子学与光通信全国重点实验室，北京 100876
为了降低光载无线通信（radio over fiber，RoF）系统的复杂性和商用成本，本文设计了具有双高斯掺杂吸收层的改进型单行载流子（modified uni-traveling carrier，MUTC）光探测。该探测器工作在1 310 nm波段，通过电场调控实现了高速大功率输出，可直接驱动天线发射信号。在-8 V偏压下，直径为20 μm的光探测器可实现30.9 GHz的3 dB带宽，0.82 A/W的响应度，在15 GHz、20 GHz下的峰值射频（radio frequency，RF）输出功率分别为34.8 dBm、34.4 dBm。
1 310 nm波段 双高斯掺杂吸收层 改进型单行载流子（MUTC）光探测器 大功率 1 310 nm wavelength double Gaussian-doping absorption layer modified uni-traveling carrier (MUTC) photodiode high-power
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, 山西 太原 030024
2 山西浙大新材料与化工研究院科研项目, 山西 太原 030001
3 陕西科技大学 原子与分子科学研究所, 陕西 西安 710021
由于GaN基紫外VCSEL中的空穴注入层p型掺杂效率较低，导致多量子阱中不能实现有效空穴注入，这极大地降低了紫外VCSEL的光电性能。本文设计了一种基于AlGaN的UV VCSEL中使用渐变HIL和EBL结构。该结构能够提高空穴注入效率，使空穴注入层中的空穴浓度增加，也能够使电子阻挡层和空穴注入层界面处的空穴势垒高度降低，从而利于空穴注入。使用商用软件PICS3D构建了该结构，并对能带结构以及载流子浓度等进行了模拟和理论分析。通过空穴注入层Al组分渐变引入极化掺杂增加空穴浓度从而提高空穴注入效率。在此基础上电子阻挡层渐变消除了空穴注入层和电子阻挡层界面的空穴突变势垒，使价带更平滑。这提高了多量子阱中的受激辐射复合速率，增强了激光功率。因此，渐变的p型层设计可以提升紫外VCSEL的光电性能。
紫外VCSEL AlGaN 极化掺杂 电子阻挡层 空穴注入效率 UV VCSEL AlGaN polarisation doping electron barrier layer (EBL) hole injection efficiency
1 海南科技职业大学医药学院，海口 570100
2 白城师范学院化学学院，白城 137000
以静电纺丝技术制备TiO2∶Sm3+纳米纤维，结合原位水热法，在葡萄糖酸钠作用下，合成Bi/TiO2∶Sm3+复合纤维。利用XRD和XPS表征样品的物相和组成，利用SEM和TEM观察样品的微观形貌，利用紫外-可见漫反射光谱和瞬态光电流等分析样品的光电性能。结果表明，Sm3+进入TiO2晶格，占据Ti4+的位置，造成TiO2晶格膨胀，引起晶格畸变。稀土掺杂引入的晶格缺陷能够提高TiO2的费米能级，增加表面能量壁垒，使光生电子和空穴在表面的复合概率降低；金属Bi通过表面等离子体共振效应，结合稀土元素丰富的能级结构和4f电子跃迁特性，对TiO2进行双重修饰改性，进一步提高了TiO2的光催化活性和稳定性。可见光照5 h，Bi/TiO2∶Sm3+复合纤维对洛美沙星的降解效果最佳，达到97.37%，分别是Sm3+∶TiO2和Bi/TiO2的1.7和1.3倍。
Bi/TiO2∶Sm3+复合纤维 洛美沙星 表面等离子体共振 稀土离子掺杂 可见光催化活性 Bi/TiO2∶Sm3+ composite fibe lomofloxacin surface plasmon resonance rare earth ion doping visible light photocatalytic activity
上饶师范学院化学与环境科学学院，上饶 334001
本文以十六烷基三甲基溴化铵为络合剂，采用水热法合成CaMoO4基质及CaMoO4∶xDy3+（x=0.01~0.05）和CaMoO4∶0.03Dy3+/ySm3+（y=0.01~0.05）系列荧光粉，研究了Dy3+单掺、Dy3+/Sm3+共掺杂对样品结构、形貌及发光性能的影响。研究结果表明，Dy3+单掺、Dy3+/Sm3+共掺杂均未改变CaMoO4的四方晶相结构，但晶胞参数均有所下降；所有样品的微观形貌均为椭球形。在353 nm的光激发下，CaMoO4∶xDy3+荧光粉的最强发射峰位于575 nm处，属于Dy3+的4F9/2→6H13/2电偶极跃迁，且其最佳掺杂摩尔浓度为x=0.03；在298 nm光激发下，CaMoO4∶0.03Dy3+/ySm3+荧光粉中Sm3+荧光猝灭摩尔浓度为y=0.03，通过CaMoO4基质能量传递得到稀土Dy3+和Sm3+的本征发射，同时观察到Dy3+向Sm3+能量传递；在405 nm的光激发下，CaMoO4∶0.03Dy3+/ySm3+（y=0.01~0.05）的CIE色坐标由青色区变到白光区，且CaMoO4∶0.03Dy3+/ySm3+（y=0.03~0.05）荧光粉表现出白光发射。因此，Dy3+/Sm3+共掺杂CaMoO4荧光粉是一种具有潜在应用价值的单一基质白光LED荧光粉。
Dy3+掺杂 Dy3+/Sm3+共掺杂 水热法 发光性能 白光荧光粉 CaMoO4 CaMoO4 Dy3+ doping Dy3+/Sm3+ co-doping hydrothermal method luminescent property white phosphor
通过高温固相法在空气气氛下合成了SrAl2O4∶x%Tb3+（SAO∶Tb，x=0.3，0.5，1.0，2.0，3.0）、SrAl2O4∶1.0%Tb3+，y%Dy3+（SAO∶Tb/Dy，y=0，0.5，1.0，3.0，5.0）系列余辉发光材料。XRD图谱和SEM照片显示已经获得纯相系列样品。SAO∶Tb的激发光谱、发射光谱及余辉衰减曲线证明当Tb3+掺杂浓度为x=1.0时余辉性能最佳。在SrAl2O4∶1.0%Tb3+基础上进行了Dy3+共掺杂实验，样品具有更好的余辉性能。SAO∶Tb/Dy系列样品的激发和发射光谱强度变化说明在此材料中可能存在能量传递（ET）过程。余辉衰减曲线进一步验证了Dy3+共掺杂后，材料的陷阱数目增多。对比共掺杂Dy3+的热释发光曲线强度进一步说明了材料中陷阱数目由于Dy3+的掺入而增加，同时，共掺Dy3+后，陷阱1和陷阱2的能级差缩小，从而更易释放更多电子。通过对灯具表面温度分析，结合热释发光曲线，Dy3+掺入后，SAO∶Tb荧光粉陷阱2的电子释放温度由117 ℃减小到97 ℃，使其所有被俘获的电子均能依靠吸收灯具热量释放，从而将部分热辐射转换为可见光，因此，SAO∶Tb/Dy荧光粉不仅在制备方面可脱离还原气氛，在降低照明能耗、减小灯源热辐射方面也有潜在应用价值。
荧光粉 光致发光 Tb3+掺杂 Dy3+掺杂 长余辉 余辉机理模型 phosphor photoluminescence Tb3+ doping Dy3+ doping long afterglow afterglow mechanism model
具有铁电和铁磁性质的二维多铁材料在下一代存储和自旋电子器件中具有重要应用。单层TiOCl2具有潜在的铁电性，但因Ti离子具有3d0电子结构而表现出较弱的磁性，为了提升铁磁性，本文对V和Cr原子掺杂的单层TiOCl2进行多铁性能的第一性原理研究。结果表明，V离子双位点掺杂时，更容易形成相距较远的结构分布，电子结构呈现反铁磁耦合，并保持系统的较高铁电极化强度。Cr离子双位点掺杂时，通过对自旋电荷密度和Bader电荷的分析，发现两个Cr离子会形成Cr—O—Cr的最近邻铁磁耦合，单层TiOCl2实现较强铁磁性和高铁电极化的共存，带隙也因掺杂Cr呈现减小的趋势，这些发现为实现TiOCl2单层的多铁性行为提供了参考。
二维多铁材料 磁性 铁电性 V掺杂 Cr掺杂 2D multiferroic material TiOCl2 TiOCl2 magnetic ferroelectric V doping Cr doping
运用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，研究了Si掺杂锐钛矿相TiO2（A-TiO2）的电子结构和光学性质，以及应变对Si掺杂体系光学性质的调控。研究结果表明：Si掺杂形成的两种替位式缺陷中，SiTi缺陷不能有效改善TiO2的光学性能，而SiO缺陷的引入提高了掺杂体系对可见光区和红外光区光子的吸收，并且其光学吸收谱的吸收边发生了红移；光学性质的改变与掺杂体系的电子结构密切相关，SiTi缺陷对TiO2电子结构的影响较小，而SiO缺陷引入的杂质能级属于浅受主能级，该杂质能级的出现使掺杂体系的复介电函数在低能区有了很大的提升，促进了SiO体系对低能区光子的吸收和光电转换效率，使SiO体系的光催化特性有所增强。此外，光学性质还与SiO的掺杂浓度有关，在108个原子的TiO2超晶胞中均匀掺杂4个SiO，体系的光学性质最好，此时对应的掺杂浓度为3.7%。2%拉伸应变进一步增大了该体系对可见光区和红外光区光子的吸收，因此在2%拉伸应变下，SiO均匀掺杂浓度为3.7%的体系具有更好的光电转换效率和光催化活性。
Si掺杂 应变 光学性能 电子结构 第一性原理计算 TiO2 TiO2 Si doping strain optical property electronic structure first-principles calculation
1 北方工业大学机械与材料工程学院，北京 100144
2 北方工业大学理学院，北京 100144
3 北京科技大学新材料技术研究院，北京 100083
CsPbX3中的毒性元素Pb限制了其在太阳能电池领域的广泛应用，采用Pd金属元素掺杂替代Pb是降低毒性的一种有效方案，同时还可调控其光电性能。本工作采用第一性原理计算方法，对能带结构、态密度、电子局域函数进行计算，分析了Pd掺杂对CsPbX3（X=Cl，Br，I）结构和电子性质的影响。结果表明，Pd掺杂能形成稳定的结构，带隙值随Pd浓度增加而降低，特别是<100>取向的掺杂对带隙值的降低最明显。Pd与Pb和X的d-p杂化增强了电子局域化，形成局部势阱，提升了材料的光吸收和光电转换效率，尤其在600 nm以上可见光区域。本工作对于新型钙钛矿太阳能电池材料的设计与制备，具有一定的理论指导意义。
Pd掺杂 第一性原理计算 光电性能 电子结构 钙钛矿 太阳能电池 Pd doping CsPbX3 CsPbX3 first-principles calculation optoelectronic property electronic structure perovskite solar cell
