1 南京理工大学材料科学与工程学院 新型显示材料与器件工信部重点实验室， 江苏 南京 210094
2 广西大学 物理科学与工程技术学院， 广西 南宁 530004
量子点作为一种理想的发光材料，一直以来引起了科学家和工业界的广泛关注，推动了生物成像、照明、显示等领域的发展。随着生态环境保护的意识逐渐增强，磷化铟量子点（InP QDs）作为镉基量子点的最好替代者之一，受到了广泛的关注：一方面，InP QDs具有与镉基量子点相媲美的发光和光电性质；另一方面，其发光光谱范围可覆盖整个可见光区，且合成工艺与镉基量子点共通。然而，因为InP QDs与传统镉基量子点相比，在元素价态、核壳晶格匹配性、反应动力学过程等方面具有特殊性，其合成化学的发展还不成熟，限制了其光电应用的研究进程。本文结合量子点显示的发展现状和未来需求，针对InP QDs体系进行了综述，通过分析其研究现状，分析其发展问题和挑战，并对其进行了展望，期望为量子点及其电致发光器件的进一步探索研究提供一些启示和帮助，推动无镉、低毒、高色纯度量子点体系的发展。
量子点 磷化铟 QLEDs 高色纯度 显示 quantum dots indium phosphide QLEDs high-colour purity displays
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 发光学及应用国家重点实验室， 吉林长春130033
为了实现在8寸化学机械抛光设备上进行小尺寸镀铜InP晶圆的减薄抛光工作，提高设备的兼容性，缩减工艺步骤，减少过多操作导致InP晶圆出现裂纹暗伤和表面颗粒增加等问题，自制特殊模具，使小尺寸InP晶圆在8寸化学机械抛光设备上进行加工，再根据InP晶圆易碎的缺陷问题，通过调整设备的抛光头压力、转速和抛光垫的转速等相关工艺参数，使其满足后续键合工艺的相关需求。实验结果表明：在使用特殊模具下，当抛光头的压力调整为20.684 kPa、抛光头与抛光垫的转速分别为：93 r/min和87 r/min时，InP晶圆的表面粗糙度达到：Ra≤1 nm；表面铜层的去除速率达到3 857×10-10/min；后续与8寸晶圆的键合避免键合位置出现空洞等缺陷，实现2寸InP晶圆在8寸设备上的CMP工艺，大大降低了CMP工艺成本，同时避免晶圆在转移过程中出现表面颗粒度增加和划伤的情况，实现了InP晶圆与Si晶圆的异质键合及Cu互连工艺。
化学机械抛光 磷化铟 去除速率 键合 表面粗糙度 chemical mechanical polishing InP removal rate bonding surface roughness
1 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
3 上海科技大学 物质科学与技术学院，上海 201210
4 上海量子科学研究中心，上海 201315
5 复旦大学 应用表面物理国家重点实验室和物理学系，上海 200438
InP基InGaAs/InP雪崩光电二极管（APD）对近红外光具有高敏感度，使其成为微弱信号和单光子探测的理想光电器件。然而随着先进器件结构越来越复杂，厚度尺寸从量子点到几微米不等，性能越来越受材料中晶格缺陷的影响和工艺条件的制约。采用固态源分子束外延（MBE）技术分别在As和P气氛保护下对InP衬底进行脱氧处理并外延生长晶格匹配的In0.53Ga0.47As薄膜和APD结构材料。实验结果表明，As脱氧在MBE材料质量方面比P脱氧具有明显的优势，可获得陡直明锐的异质结界面，降低载流子浓度，提高霍尔迁移率，延长少子寿命，并抑制器件中点缺陷或杂质缺陷引起的暗电流。因此，As脱氧可以有效提高MBE材料的质量，这项工作优化了InP衬底InGaAs/InP外延生长参数和器件制造条件。
分子束外延 P/As切换 异质界面扩散 铟镓砷/磷化铟雪崩光电二极管 molecular beam epitaxy P/As exchange heterointerface diffusion InGaAs/InP APD
江苏大学物理与电子工程学院，江苏镇江 212000
太赫兹技术被称为“改变未来世界十大技术之一”，对基础科学研究、国民经济发展和**建设具有重要意义，尤其在未来 6G通信方面举足轻重。太赫兹波源是整个太赫兹技术研究的基础，也是太赫兹应用系统的核心部件。近年来，共振隧穿二极管 (RTD)型太赫兹波源因体积小，质量轻，易于集成，室温工作，功耗低等特点受到广泛关注，为太赫兹波推广应用开辟了新的途径。通过文献分析，本文从器件材料技术、主要工艺及器件性能等方面对 InP基与 GaN基 RTD太赫兹振荡器的发展进行评述，并探讨了 InP基与 GaN基 RTD太赫兹振荡器件的研究方向。
共振隧穿二级管 太赫兹波源 磷化铟 氮化镓 Resonant Tunneling Diode terahertz source indium phosphide gallium nitride 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(5): 579
1 中国农业大学烟台研究院, 山东 烟台 264003中国农业大学智慧农业系统集成研究教育部重点实验室, 北京 100083
2 中国农业大学智慧农业系统集成研究教育部重点实验室, 北京 100083中国农业大学农业农村部农业信息获取技术重点实验室, 北京 100083
3 中国农业大学烟台研究院, 山东 烟台 264003中国农业大学农业农村部农业信息获取技术重点实验室, 北京 100083
土壤磷素是植物最重要养分之一。 磷素在土壤中动态性强, 检测困难, 在可见-近红外光谱范围没有明显吸收波段, 因此研究基于其他光谱手段的磷素快速检测方法对于发展精细农业和智慧农业具有重要意义。 拉曼光谱具有受水分干扰小, 样本预处理小、 与红外光谱信息互补等特点, 国内外很多学者尝试了应用拉曼光谱对土壤磷素的检测。 但是, 拉曼信号弱, 稳定性差, 制约了拉曼光谱在土壤检测方面的应用。 为进一步弄清拉曼光谱与磷素的定量关系, 采用水溶性磷（KH2PO4）为研究对象, 研究了不同磷浓度的KH2PO4溶液对拉曼光谱产生的影响。 采用移动平均（MA）、 MA+基线校正（BL）、 MA+标准正态变量（SNV）、 MA+多元散射校正（MSC）对原始光谱（RS）进行预处理, 分析了低浓度（0.02~5 g·L-1）与高浓度（5.21~93.87 g·L-1）区间KH2PO4拉曼光谱的变异特性及其与磷浓度之间的关系, 建立了磷浓度含量的预测模型。 结果表明: （1）低浓度区间与高浓度区间光谱的变异系数具有显著差异, 高浓度区间光谱的离散程度较大; （2）低浓度区间的拉曼光谱未检测到明显的拉曼波峰, 浓度变化展现了明显的基线变化。 偏最小二乘（PLSR）模型决定系数R2=0.28~0.36; （3）高浓度区间的拉曼光谱在863与1 070 cm-1处检测到明显的拉曼波峰, PLSR建模结果为R2=0.65~0.7。 MA+SNV、 MA+MSC处理比MA单独处理模型预测精度高, 说明磷酸根的拉曼特征峰为模型主要贡献因子; （4）使用全浓度区间PLSR建模可增加PLSR模型精度（R2=0.73~0.89）。 使用RS建模的精度最高, 说明基线漂移对PLSR结果具有积极作用; （5）通过PLSR回归系数, 选取645、 863、 1 070和1 412 cm-1四点波段建立多元线性回归（MLR）模型, 决定系数R2接近1。 说明特征峰选取可以滤除背景光干扰, 抽取有效磷酸根浓度信号。 （6）由以上结果可知, 利用拉曼光谱定量检测水溶性磷的含量是可行的, 降低背景光干扰、 提高拉曼信号的稳定性的同时, 开发特征波段选择方法、 提高模型可重复性及抗干扰能力是高分辨率拉曼光谱检测技术的关键。
拉曼光谱 土壤磷素 光谱分析 变异系数 回归系数 Raman spectroscopy Soil phosphorus Spectral analysis Coefficient of variation Regression coefficient 光谱学与光谱分析
2023, 43(12): 3871
1 西北农林科技大学葡萄酒学院, 陕西 杨凌 712100 西北农林科技大学宁夏贺兰山东麓葡萄酒试验示范站, 宁夏 永宁 750104
2 西北农林科技大学葡萄酒学院, 陕西 杨凌 712100
研究旨在明确“赤霞珠（Cabernet Sauvignon, Vitis Vinifera L.）”葡萄健康叶片和缺磷胁迫不同时期下的光谱信号特征变化, 构建基于光谱技术的“赤霞珠”葡萄叶片缺磷胁迫快速无损诊断模型, 为葡萄园病害防治与管理提供理论参考和技术支持。 以酿酒葡萄“赤霞珠”葡萄叶片为研究对象, 分别采集了正常、 缺磷胁迫初期和末期葡萄叶的VIS/NIR反射率信息。 对比Savitzky-Golay卷积平滑（S-G Smoothing）、 移动平均平滑（MAS）、 标准正态变换（SNV）和多元散射校正（MSC）4种预处理及组合方法对于去除葡萄叶光谱信号中随机噪声的能力, 确定最佳预处理方法。 采用连续投影法（SPA）筛选与“赤霞珠”葡萄叶缺磷胁迫相关的光谱特征变量, 分别构建基于线性核函数（Linear）、 多项式核函数（Poly）、 径向基核函数（RBF）和二层神经网络核函数（Sigmoid）的支持向量机（SVM）模型, 以灵敏度（SEN）和准确率（CCR）为依据评估模型诊断性能, 形成基于VIS/NIR光谱的“赤霞珠”葡萄叶片缺磷胁迫快速无损诊断方法。 S-G Smoothing预处理后的光谱信号的信噪比为110.58, 以其为校正集构建的缺磷胁迫诊断模型最佳, 因此确定其为最佳的预处理方法。 采用主成分分析（PCA）计算样本光谱贡献率, 以95%置信空间为依据检测数据集中的异常样本, 最终发现并剔除了22的离群点。 通过SPA筛选出402.6、 404.6、 409、 411.5、 539.4、 691.9、 729.9、 838.7、 1 011.9、 1 017.5和1 020.5 nm等11个反映“赤霞珠”葡萄叶缺磷胁迫的光谱特征波段, 作为缺磷胁迫快速无损诊断模型的输入变量。 通过对比分析上述4种核函数SVM的诊断结果, 以Linear为核函数构建的“赤霞珠”葡萄叶缺磷胁迫诊断模型能力最佳, 对正常叶片诊断的SEN为81.08%, CCR为100%; 对缺磷胁迫早期叶片诊断的SEN为100%, CCR为84.78%; 对缺磷胁迫末期叶片诊断的SEN为100%, CCR为100%。 该研究建立了基于VIS/NIR光谱的“赤霞珠”葡萄叶片缺磷胁迫快速无损诊断方法, 能够满足葡萄园病害防治与智能化管理的生产需求, 为酿酒葡萄智慧农业发展提供了技术参考。
酿酒葡萄 缺磷胁迫 可见光/近红外光谱 无损诊断 支持向量机 Enological grape Phosphate deficiency VIS/NIR spectroscopy Nondestructive diagnosis SVM 光谱学与光谱分析
2023, 43(12): 3719
1 西北农林科技大学， 黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室， 陕西 杨凌 712100
2 贵州大学生命科学学院， 贵州 贵阳 550025
3 西北农林科技大学草业与草原学院， 陕西 杨凌 712100
4 绍妍
5 西北农林科技大学， 黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室， 陕西 杨凌 712100中国科学院水利部水土保持研究所, 陕西 杨凌 712100
探讨草地群落光谱特征与养分含量的关系， 可为采用高光谱技术诊断草地群落营养状况， 对推进快速无损检测技术应用于草地施肥管理具有重要意义。 以黄土丘陵区典型草地群落， 白羊草（Bothriochloa ischaemum）群落为研究对象， 设置4个氮添加（0、 25、 50和100 kg N·ha-1·yr-1）和4个磷添加(0、 20、 40和80 kg P2O5·ha-1·yr-1)处理。 基于群落冠层光谱和群落氮磷养分含量测定， 结合红边区域内一阶导数处理， 在植被指数、 特征波段和红边参数组成的18个光谱特征参数中， 采用逐步回归方法（SWR）筛选出对白羊草群落氮磷含量及氮磷比敏感的光谱特征参数， 并建立反演模型对草地群落地上部分全氮含量和地上部分全磷含量及其比值进行估测。 结果表明: 白羊草群落氮磷含量随施氮量增加而增加， 氮磷比随施磷量增加而减少; 氮磷添加下光谱反射率在可见光波段与施肥量成反比， 近红外波段与施肥量成正比， 红边区域内一阶导数的“双峰现象”受氮磷添加影响显著; 一些对草地群落氮磷含量较敏感的光谱特征对氮磷含量及氮磷比估测起重要作用， 其中三波段光谱指数(TBSI), R910和红边幅值(AMP)对氮含量的估测模型有极大贡献（R2=0.87, F=18.8***）， 而磷含量估测中差值植被指数(DVI), 修正红边简比率指数(mSR705), R430, R660和AMP对模型贡献明显（R2=0.91, F=20.51***）， Slope725对氮磷比的估测模型贡献最大（R2=0.54, F=5.14***）。 该研究运用高光谱技术实现对白羊草群落养分含量的快速精准估测， 在氮磷含量及其比值与光谱特征参数存在显著相关性的基础上， 成功筛选出建立模型精度最高的参数组合， 为大面积监测氮磷添加后草地养分含量方法和参数选择奠定了基础。
一阶导数 红边参数 植被指数 逐步回归 氮磷添加 First derivative Red edge parameters Vegetation index Stepwise regression N and P addition 光谱学与光谱分析
2023, 43(5): 1612
1 沈阳农业大学信息与电气工程学院， 辽宁 沈阳 110866
2 沈阳农业大学信息与电气工程学院， 辽宁 沈阳 110866 辽宁省农业信息化工程技术研究中心， 辽宁 沈阳 110866
为了快速、 准确的检测北方寒地水稻叶片的磷素含量， 分析水稻的长势情况， 为精准施肥以及稻田的科学管理提供依据， 以北方寒地水稻为研究对象， 以小区实验为基础， 使用海洋光学HR 2000+光谱仪获取水稻叶片高光谱反射率数据， 采用钒钼黄比色法对水稻叶片磷素含量进行测定。 采用SG平滑与多元散射校正（MSC）两种方法对水稻叶片高光谱数据进行预处理， 并将预处理后的光谱数据使用连续投影法（SPA）与无信息变量消除法（UVE）两种算法进行特征选择。 采用SPA算法筛选得到的特征共有11个， 其中位于可见光波段处的有6个， 分别为411、 420、 428、 442、 467和689 nm; 近红外波段处有5个， 分别为797、 850、 866、 965和976 nm; UVE算法筛选得到的特征共47个， 均位于可见光波段范围内， 分布在405~603 nm之间。 分别将这两种方法筛选出的特征波段的反射率作为输入， 构建极限学习机（ELM）， BP神经网络以及狼群算法优化的BP神经网络（WPA-BP）三种水稻叶片磷素含量反演模型并加以分析。 结果表明: 以UVE算法筛选的特征反射率为输入量构建的三种模型的验证集R2在0.705 2~0.724 5之间， RMSE在0.017 4~0.020 4之间; 在相同的反演模型的条件下， 使用SPA算法筛选的特征反射率为输入量构建的模型预测效果更好， 三种模型的验证集R2在0.726 4~0.829 3之间， RMSE在0.018 0~0.021 1之间; 另外， 在利用这两种算法筛选到的特征进行建模时， 对比三种模型的预测结果发现， 经过狼群算法优化后的BP神经网络模型的精度明显高于极限学习机和BP神经网络， 其验证集的决定系数R2为0.803 4， RMSE为0.018 0。 鉴于此， 结合连续投影算法和狼群算法优化后的BP神经网络模型在北方寒地水稻叶片磷素含量高光谱反演中具有一定的优势， 可作为水稻叶片磷素含量的检测以及精准定量施肥的参考和借鉴。
水稻 高光谱数据 磷素含量 狼群算法 反演模型 Rice Hyperspectral data Phosphorus content Wolf pack algorithm Inversion model 光谱学与光谱分析
2023, 43(5): 1442
1 中国科学院大学, 北京 100049
2 中国科学院 微电子研究所, 北京 100029
设计了一种中心频率为75 GHz的单级MMIC功率放大器, 基于0.8 μm InP DHBT器件制造, 该器件ft/fmax为171/250 GHz。电路采用两层共基堆叠(CB Stack)结构, 其中下层共基偏置采用基极直接接地, 输入端发射极采用-0.96 V负压供电的方式, 偏置电压Vc2为4 V。为了提高输出功率, 上下两层器件进行了四指并联设计。此外, 采用同样器件设计了另外一款下层共射的传统Stack结构电路。通过大信号仿真对CB Stack与国际上部分先进工艺下InP基的传统Stack结构电路性能进行对比, CB Stack结构在增益和峰值PAE上都比传统Stack有更好的表现。
功率放大器 磷化铟 PA InP DHBT DHBT MMIC MMIC
