Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Fabrication Technologies for Integrated Circuits, Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
2 Frontier institute of Chip and System, Fudan University, Shanghai 200433, China
3 College of Electronic Science and Technology, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
4 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
The performance and reliability of ferroelectric thin films at temperatures around a few Kelvin are critical for their application in cryo-electronics. In this work, TiN/Hf0.5Zr0.5O2/TiN capacitors that are free from the wake-up effect are investigated systematically from room temperature (300 K) to cryogenic temperature (30 K). We observe a consistent decrease in permittivity (εr) and a progressive increase in coercive electric field (Ec) as temperatures decrease. Our investigation reveals exceptional stability in the double remnant polarization (2Pr) of our ferroelectric thin films across a wide temperature range. Specifically, at 30 K, a 2Pr of 36 μC/cm2 under an applied electric field of 3.0 MV/cm is achieved. Moreover, we observed a reduced fatigue effect at 30 K in comparison to 300 K. The stable ferroelectric properties and endurance characteristics demonstrate the feasibility of utilizing HfO2 based ferroelectric thin films for cryo-electronics applications.
hafnia-zirconia solid solution ferroelectricity cryogenic temperature wake-up effect Journal of Semiconductors
2024, 45(3): 032301
强激光与粒子束
2024, 36(4): 043022
1 南昌航空大学轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室，江西 南昌 330063
2 南昌航空大学工程训练中心，江西 南昌 330063
3 江西宝航新材料有限公司，江西 南昌 330200
采用激光选区熔化成形了Inconel 625合金试样，研究了激光功率和扫描速度对合金孔隙的影响，制备了存在大尺寸圆形孔隙缺陷（key-hole模式下）、小尺寸圆形孔隙缺陷（conduction模式下）和不规则孔隙缺陷的拉伸试样，通过815 ℃高温拉伸试验探讨了孔隙类型对合金抗拉强度及塑性的影响。结果表明：孔隙类型对合金815 ℃高温抗拉强度及塑性有较大影响。其中，不规则孔隙缺陷试样的高温抗拉强度为374 MPa，塑性为5%；大尺寸圆形孔隙缺陷试样的高温抗拉强度为364 MPa，塑性为31%；小尺寸圆形孔隙缺陷试样的高温抗拉强度为363 MPa，塑性为37%。当不规则孔隙向小尺寸圆形孔隙转变时，高温抗拉强度约降低3%；当大尺寸圆形孔隙向小尺寸圆形孔隙转变时，高温塑性约提升19%。在各类815 ℃高温拉伸试样断口纵截面中均发现了大量的沿晶界扩展的高温失塑裂纹，这是合金失塑的主要原因。孔隙缺陷处的位错塞积造成较大的应力集中，阻挡了位错滑移和合金的塑性变形，使合金更易发生断裂。
激光技术 激光选区熔化 Inconel 625合金 孔隙缺陷 高温失塑行为 中国激光
2024, 51(10): 1002323
Author Affiliations
Abstract
1 School of Physics, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China
2 School of Computer and Electronic Information / School of Artificial Intelligence, Nanjing Normal University, Nanjing 210023, China
3 School of Optoelectronic Engineering and Instrumentation Science, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China
In this paper, a cost-effective and miniaturized instrument is proposed, which is based on a tunable modulated grating Y-branch (MG-Y) laser for rapid temperature measurement using a Fabry-Perot interferometer (FPI) sensor. The FPI sensor with a 1 463-μm cavity length is a short segment of a capillary tube sandwiched by two sections of single-mode fibers (SMFs). This system has a broad tunable range (1 527 nm–1 567 nm) with a wavelength interval of 8 pm and a tuning rate of 100 Hz. Temperature sensing experiments are carried out to investigate the performance of the system by demodulating the absolute cavity length of the FPI sensor using a cross-correlation algorithm. Experimental results show that the sensor can reach the response time as short as 94 ms with the sensitivity of 802 pm/℃. Benefiting from the homemade and integrated essential electrical circuits, the entire system has the small size, low cost, and practical application potential to be used in the harsh environment for rapid temperature measurement.
MG-Y laser interrogator rapid temperature measurement cross-correlation algorithm Photonic Sensors
2024, 14(1): 240125
1 苏州大学光电科学与工程学院，江苏 苏州 215006
2 江苏省先进光学制造技术重点实验室暨教育部现代光学技术重点实验室，江苏 苏州 215006
3 浙江大学信息与电子工程学院，浙江 杭州 310027
自适应温度调控器件以其智能开关特性而逐渐成为研究焦点，但是一方面其特殊的光谱要求使得器件设计过程复杂且周期冗长，另一方面器件热控性能亟待提高以满足更加严苛的应用场景。针对以上问题，提出一种深度生成神经网络模型来执行上述复杂的优化任务，该网络模型的更新不依赖于数据集，而是将生成神经网络与传输矩阵方法（TMM）相结合，通过TMM返回的梯度信息指导产生符合预期的多层膜结构，并自动优化膜层厚度和材料种类。作为网络优化能力的验证和演示，本课题组使用该方法设计了一种基于二氧化钒的自适应热控器件，实现了高温太阳吸收比低于0.2、高温发射率高于0.9、发射率差值大于0.8的优异性能。与传统的优化算法相比，生成神经网络以高自由度和更快的速度寻找最优解，与普通神经网络相比，全局优化网络考虑整体的优化目标，通过全局搜索寻找全局最优解，设计结果也证明了该方法在复杂设计任务中的实用性。
薄膜 多层膜 神经网络 自适应温度调控 二氧化钒
1 杭州医学院医学影像学院，浙江 杭州 310053
2 云南大学物理与天文学院云南省高校光电子器件工程重点实验室，云南 昆明 650500
3 中国科学院上海硅酸盐研究所人工晶体研究中心，上海 201899
采用高功率半导体激光端面泵浦技术，在均一浓度Nd∶YAG中心轴沿泵浦光通光方向可产生温度梯度，引起热透镜效应，降低激光输出功率与光束质量。本文结合静态热场数值仿真，建立Nd∶YAG在方形平顶光泵浦条件下的热源方程，研究渐变浓度Nd∶YAG在高功率激光泵浦下的温度分布。当初始泵浦功率为1000 W、泵浦脉宽时间为46 μs、重复频率为1 kHz时，均一浓度Nd∶YAG的吸收系数为5.8 cm-1，其中心轴沿通光方向的温度由185 ℃逐次下降到2、4、6、8 mm处的106、51、29、26 ℃；相应地，每经过2 mm，温度下降率分别为39.5、27.5、11.0、1.5 ℃/mm。与此相对应，本文构建出一款渐变浓度Nd∶YAG整体式结构，每段厚度均为1 mm，总长度为4 mm。将4段Nd∶YAG的吸收系数依次调控为1.5、2.1、3.3、9.7 cm-1，则沿泵浦光通光方向的中心轴温度基本维持在86.5 ℃，在渐变浓度Nd∶YAG中实现沿泵浦光传输方向的温度均匀分布。
均一浓度Nd∶YAG 渐变浓度Nd∶YAG 数值仿真 温度分布
深圳信息职业技术学院 信息与通信学院， 广东 深圳 518172
温度是表征物理化学性质的最基本参数之一，精确的温度测量对于现代科学技术发展起着至关重要的作用。传统基于稀土离子热耦合能级对（TCLs）能量传递的荧光温度传感器因TCLs之间能量差的限制存在测温灵敏度低及信号区分困难等问题。为寻求更优的解决方案，本研究探索了氧空位缺陷发光在荧光温度传感器领域的应用前景。本文通过高温固相法合成了BaMgSiO4陶瓷，由于在高温烧结过程中有少量Ba2+和Mg2+蒸发，陶瓷中会产生氧空位以保持材料电中性。这些氧空位所形成的缺陷能级在332 nm紫外光激发下，发射出372，400，527 nm三种波长的发射光。这三种发射光强度对温度有着不同的敏感性，使得其能够良好应用于荧光温度传感领域。其中，I372和I527组成的温度传感系统相对测温灵敏度在298 K时为2.90%·K-1，高于传统TCLs荧光温度传感器的测温灵敏度，突破了TCLs温度传感器的灵敏度天花板。另外，由于372 nm和527 nm波长相差较大，使得BaMgSiO4陶瓷有着室温下绿光发射到458 K高温下蓝光发射的显著变化，实现了温度监控可视化。因此，BaMgSiO4陶瓷因其独特的氧空位缺陷发光特性，为开发荧光温度传感器提供了一种高精度和可视化的新选择，为荧光温度探测技术提供了一条新思路。
氧空位缺陷发光 荧光温度传感材料 能量传递 可视化 luminescence from oxygen vacancy defects fluorescence temperature sensors energy transfer visualization
1 华中科技大学光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
2 湖北大学微电子学院，湖北 武汉 430062
3 江苏科技大学理学院，江苏 镇江 212003
获得13.5 nm极紫外光刻光源的主流方案为激光激发等离子体，即利用高功率、高重复频率、高光束质量的短脉冲CO2激光与液滴锡靶作用产生极紫外光。高功率CO2激光由振荡器产生的高重复频率CO2种子经多级放大产生，所以功率放大器是驱动光源系统的核心器件之一。建立了射频激励快轴流CO2激光放大器的六温度模型，可以模拟计算放大过程中稳态与瞬态的能量分布情况、光强变化情况、增益系数等。以此模型为适应度函数，采用遗传算法对自研射频激励快轴流CO2激光放大器的腔压和CO2、N2、He气体体积比进行全局优化，优化结果为80 mbar（1 bar=100 kPa）和V（CO2）∶V（N2）∶V（He）=12.2%∶15.3%∶72.5%。在波长10.6 μm种子光注入功率110 W的情况下，放大器的激光输出功率从2504 W 提高到3422 W，验证了该方法的可行性和有效性。
激光技术 极紫外 CO2激光放大 六温度模型 遗传算法
