期刊基本信息
创刊：
1976年 • 双月刊
名称：
半导体光电
英文：
Semiconductor Optoelectronics
主管单位：
中国电子科技集团公司
主办单位：
重庆光电技术研究所
主编：
蒋志伟
ISSN：
1001-5868
刊号：
CN 50-1092/TN
电话：
023-62806174
邮箱：
地址：
重庆市南坪花园路14号44所内
邮编：
400060
定价：
20元
半导体光电 第36卷 第4期
介绍了聚光太阳电池的电特性和热特性; 综述了聚光硅太阳电池的特点和研究进展, 包括背结聚光硅电池、激光刻槽埋栅聚光硅电池和其他具有传统n+/p/p+结构的聚光硅电池; 总结了聚光多结太阳电池的研究现状、效率的损失机理以及实现超高效电池的途径。从目前的研究进展可以看出, 研发新结构、超高效的聚光太阳电池以降低光伏发电成本的前景一片光明。
聚光太阳电池 聚光硅电池 聚光多结电池 损失机 concentrator solar cells silicon concentrator solar cells multi-junction concentrator solar cells loss mechanism 纳米级自开关二极管是一种通过破坏器件表面对称性来实现整流特性的纳米级新型晶体管。首先通过建立In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As纳米级自开关二极管的二维器件模型, 采用蒙特卡罗方法, 模拟了自开关器件的电子输运特性, 根据该器件模型研究了在不同几何结构参数条件下的自开关器件的电学特性, 并对影响器件电学特性的结构参数进行了仿真分析。结果表明, 器件的I-V特性强烈地受到导电沟道宽度、沟槽宽度、沟道长度和表面态密度的影响, 通过优化器件的结构参数可使器件获得更优越的整流特性。
纳米级自开关器件 蒙特卡罗 结构参数 整流特性 nanoscale self-switching diode (NSSD) Monte Carlo geometry parameter I-V characteristic 布里渊掺铒光纤激光器(BEFL)是一种利用非线性效应——布里渊散射来实现多波长输出的激光器, 波长间隔大约为0.088nm(11GHz)。研究了一种多波长布里渊掺铒光纤激光器线形结构, 通过引入反馈实现多波长输出。在布里渊泵浦功率为11mW, 980nm泵浦功率为12mW时获得了波长间隔为0.08nm 的34个波长的激光输出以及1525~1570nm可调谐范围。并通过调节980nm抽运光功率以及布里渊泵浦光波长, 实现了可调谐的多波长输出。 还研究了980nm抽运光功率对产生的斯托克斯光波数的影响。
光纤激光器 受激布里渊散射 多波长 掺铒光纤放大器 fiber laser stimulated Brillouin scattering (SBS) multi-wavelength EDFA 线列红外探测器的非均匀性会导致获取的红外图像含带固定噪声, 这将严重影响图像的观测识别。提出一种基于双边滤波约束的局部恒定统计校正方法。该方法在恒定统计的非均匀校正方法的基础上, 根据场景特性, 对响应信号采用双边滤波方法进行滤波分析, 并在统计结果中加以约束限制, 可有效地解决原图像的非均匀性, 并且避免了恒定统计算法中的“鬼影”与拖尾等问题。实验结果表明提出的算法校正效果明显, 收敛速度快, 易于工程化实现, 可以大幅度提高线列红外成像系统的观测质量。
线列红外探测器 红外成像系统 非均匀性校正 恒定统计校正 双边滤波 linear array IR detector IR imaging system non-uniform correction constant statistics bilateral filter 为实现CCD相机高清图像数据的处理, 设计了一种基于FPGA的高速桥接平台, 提出硬件模块的实现方案。在FPGA内部, 使用Verilog HDL对底层电路进行描述; 详细阐述了基于FPGA的SATAⅡ接口管理实现方案, 给出主机端上电初始化模块和设备端上电初始化模块的状态机设计; 说明利用DRP (Dynamic Reconfiguration Port)使SATAⅡ接口向下兼容SATAⅠ接口的实现方法, 设计了速度协商状态机。最后在实验平台上通过板级调试, 固态硬盘和主机成功通讯, 满足SATAⅡ接口的速度要求, 可以用作高清图像处理算法的移植平台。
高速桥接 硬件 速度协商 通讯 FPGA FPGA high speed bridge hardware speed negotiation communication 基于传输矩阵法计算了完美电导体双层亚波长金属栅的透射谱, 分析了其透射抑制现象, 并结合场分布特点建立了等效的矩形腔模型, 获得了透射抑制发生时的结构参数及波长的依赖关系。结果表明, 透射抑制现象与组成的单栅厚度无关, 不依赖于单栅的波导模式, 主要取决于两栅间隔内的倏逝模耦合,场分布表明此时第二层栅的狭缝入口处为零场分布。基于完美电导体的矩形腔模型, 给出了场分布的解析解, 并进一步计算出与透射谱上透射抑制线较为吻合的结果。
亚波长金属栅 透射谱 透射抑制 等效模型 sub-wavelength metal gratings transmittance transmission suppression equivalent model 以量子点电致发光器件(QLED)中能级分布和载流子浓度的关系为理论基础, 研究了QLED发光层能级变化与驱动电压的关系, 建立了数学模型。以CdSe/ZnS核壳结构量子点为发光层, 计算了器件正常发光时的阈值电压, 分析了电流密度与量子点中电子准费米能级与空穴准费米能级之差的关系。结果表明, 当驱动电压大于9.8V时, CdSe/ZnS中电子的准费米能级与空穴的准费米能级之差大于1.03eV, 量子点电致发光器件正常发光; 理论模型证实由于电子在发光层与电子传输层界面的大量积聚, 导致淬灭发生, 降低发光效率。
量子点 电致发光器件 阈值电压 费米能级 quantum dot electroluminescence devices threshold voltage fermi level 利用单个LED芯片的照度公式推导出LED方形阵列的照度公式和光斑的散射角公式, 利用推导出的公式研究了LED方形阵列的照度峰值和光斑散射角随芯片数、方形阵列的结构参数以及目标距离的变化关系。得出了这三种情况下照度峰值和光斑散射角的变化规律。这些规律为利用LED方形阵列来实现照明设计提供了定量的理论依据。
发光二极管 方形阵列 照度 发散角 LED square array illumination divergence angle 电荷耦合器件(CCD)的高敏感性使其易受到激光脉冲的干扰甚至损伤。在理论分析了影响MOS结构光生电荷量因素的基础上, 数值仿真了MOS器件的光生电荷量以及响应电压和电流随激光脉宽和平均功率变化的关系; 实验研究了CCD对不同参数激光脉冲的光电响应特性。数值仿真表明, MOS器件的光生电荷量以及峰值响应电压和电流随激光脉冲的平均功率和脉宽的增大而增大, 并且响应电压和电流有拖尾现象。实验结果显示, 脉冲越短, CCD的响应阈值越低。研究结论对超短脉冲激光在光电成像方面的应用具有一定的意义。
MOS器件 超短脉冲 激光辐照 响应阈值 MOS device ultrashort laser radiation effect response threshold 采用条形Al掩模在Si(111)衬底上进行了GaN薄膜侧向外延的研究。结果显示, 当掩模条垂直于Si衬底[11-2]方向, 也即GaN[10-10]方向时, GaN无法通过侧向生长合并得到表面平整的薄膜; 当掩模条平行于Si衬底[11-2]方向, 也即GaN [10-10]方向时, GaN侧向外延速度较快, 有利于合并得到平整的薄膜。同时, 研究表明, 升高温度和降低生长气压都有利于侧向生长。通过优化生长工艺, 在条形Al掩模Si(111)衬底上得到了连续完整的GaN薄膜。原子力显微镜测试显示, 窗口区域生长的GaN 薄膜位错密度约为1×109/cm2, 而侧向生长的GaN薄膜位错密度降低到了5×107/cm2以下。
侧向外延过生长 氮化镓 硅 ELOG GaN Si MOCVD MOCVD 研究位错的电学特性对于研究器件可靠性具有重要意义。文章利用拉曼散射技术在室温条件下研究了n型4H-SiC材料中位错电学特性。结果表明: 螺型位错(TSD)、刃型位错(TED)的电子浓度均高于无位错区, 且TSD电子浓度高于TED。结合位错结构分析认为: TED中心的半原子面存在不饱和Si键, 该键通过吸附电子使其饱和并达到稳定状态, 因此TED中心俘获了比无位错区更多的电子; TSD结构中, 位错区域原子间的拉应力导致该区域Si原子电负性增高, 因而俘获电子形成比无位错区高的电子分布。
螺型位错(TSD) 刃型位错(TED) 电学特性 拉曼散射 threading screw dislocation (TSD) threading edge dislocation (TED) electrical properties Raman scattering 采用金属有机化学气相沉积技术生长了GaN基多量子阱(MQW)蓝光发光二极管外延片, 并采用高分辨率X射线衍射仪(HRXRD)和光致光谱仪(PL)表征晶体质量和光学性能, 其他的光电性能由制成芯片后测试获得, 目的是研究外延片p型AlGaN电子阻挡层Mg掺杂的优化条件。结果表明, 在生长p型AlGaN电子阻挡层的Cp2Mg流量为300cm3/min时, 蓝光发光二极管获得最小正向电压VF, 而且在此掺杂流量下的多量子阱蓝光发光二极管芯片发光强度明显高于其他流量的样品。因此可以通过优化AlGaN电子阻挡层的掺杂浓度, 来显著提高多量子阱蓝光发光二极管的电学性能和光学性能。
p型AlGaN Mg掺杂 正向电压 MOCVD MOCVD p-AlGaN Mg-doping forward voltage 采用第一性原理的贋势平面波方法, 对比研究了未掺杂和掺杂过渡金属Tc、非金属P及Tc-P共掺杂的单层MoS2的电子结构和光学性质。计算结果表明: 掺杂改变了费米面附近的电子结构, 使得导带向低能方向偏移, 并且带隙由K点转化为Γ点, 形成Γ点的直接带隙半导体。掺杂P使带隙值变小, 形成p型半导体; 掺杂Tc使带隙变宽, 形成n型半导体; Tc-P共掺杂,由于p型和n型半导体相互调制, 使得单层MoS2转变为性能更优的本征半导体;掺杂使光跃迁强度减小,且向低能方向偏移。
电子结构 光学性质 第一性原理 掺杂 electronic structures optical properties first-principles doping MoS2 MoS2 采用有限元分析方法对制冷封装CCD工作在低温时光窗外表面温度过低产生露珠的现象进行了研究, 分析了光窗与芯片表面(冷端)不同距离时光窗的最低温度以及内部填充不同气体时光窗的最低温度。通过有限元分析得到了光窗不产生露珠时的最优封装设计结构。
有限元分析 制冷封装 露珠 封装设计 finite element analysis cooling package dewdrop package design 基于扭臂式静电驱动结构的基本模型, 在忽略和考虑空气阻尼作用的两种情况下, 分别采用能量法和力电耦合分析方法得到扭臂式静电驱动器的pull-in电压。通过对比两种情况下的pull-in电压, 得出了驱动结构参数变化时空气阻尼作用对pull-in电压的影响。结果表明, 在一定范围内, 随着上电极长度、上电极宽度的增加以及上下电极之间间距的减小, 空气阻尼作用对pull-in电压的影响逐步增大; 并且当上电极宽度增大或者上下电极之间间距减小到一定程度时, 空气阻尼作用力甚至可以与驱动的静电力达到同一数量级, 此时必须考虑空气阻尼作用的影响。
扭臂式静电驱动 能量法 力电耦合方法 pull-in电压 空气阻尼 torsion electrostatic micro-actuator energy method electro-mechanical coupling method Pull-in voltage air damping Au在Si表面的成膜质量对金属辅助化学刻蚀法制备硅纳米线至关重要。以Ti、Cr作为浸润层, 可显著改善Au在硅表面的成岛趋势, 获得优质的Au膜并大幅度减少Au的使用量。同时, 针对加入Ti、Cr后对Au辅助化学刻蚀影响的研究表明, Cr在刻蚀液中是稳定的, 因此阻碍了Au催化刻蚀反应, 而Ti与反应溶液快速反应, 不影响Au对Si衬底化学刻蚀的催化作用。基于以上工作, 以PS球为模板沉积制备Ti/Au(3nm/20nm)优质膜, 使用金属辅助化学刻蚀, 制备了有序的Si纳米线阵列。
Au膜 金属辅助化学刻蚀 Si纳米线 浸润层 低成本 Au film metal-assisted chemical etching(MACE) Si nanowires wetting layer low-cost 从理论上分析了带光窗外壳的三种制作方式在成型变形上的不同, 并对各自进行了强冲击应力模拟分析, 最后通过锤击试验对理论分析进行验证, 实验结果与结论分析一致, 得出金属钎焊管帽抵抗外力的效果最好, 高温管帽次之, 高频管帽相对较差。
模拟分析 钎焊 锤击试验 simulation soldering pendulum-type impact testing 以InP/InGaAsP脊形波导结构为研究对象, 采用有限元算法(FEM), 系统地仿真分析了在固定芯层厚度的情况下, 不同脊高和脊宽条件下脊形波导的单模特性和偏振特性。在芯层厚度一定的情况下, 脊宽越窄, 刻蚀深度越浅, 波导的传输模式越接近单模。在深刻蚀情况下, 脊波导模双折射系数受到脊宽的影响较大, 波导的偏振不敏感性较差; 在浅刻蚀情况下, 模双折射系数(Δn=nTE-nTM)受到脊宽和脊高的影响较为微弱, 稳定在1.2×10-3。相关仿真和分析为基于InP/InGaAsP脊波导的光电子器件的结构设计提供了一定的理论支持。
InP/InGaAsP脊波导 单模条件 偏振特性 模双折射系数 光电子器件 InP/InGaAsP rib waveguide single-mode condition polarization sensitivity properties mode birefringence index optoelectronic device 为了解决表面增强拉曼散射(SERS)衬底的吸附性差、稳定性低以及灵敏度不高的问题, 设计了一种沉积银纳米粒子的石墨烯泡沫镍SERS衬底, 并进行了实验研究。利用化学气相沉积法在泡沫镍衬底上生长石墨烯, 并通过溶液沉积的方法将合成的银纳米粒子沉积在石墨烯泡沫镍衬底表面, 烘干后制备成石墨烯泡沫镍修饰银纳米粒子的新型SERS衬底。采用罗丹明6G(R6G)对SERS衬底进行拉曼实验研究, 结果表明石墨烯能够较好地淬灭SERS衬底的背景荧光; 泡沫镍的独特三维结构能够增大衬底对检测分子的吸附; 同时, 银纳米粒子也可大幅增强衬底的SERS活性。而修饰了银纳米粒子的石墨烯泡沫镍新型衬底同时具有以上优异特性, 是一种具有很大应用潜力的新型SERS衬底。
表面增强拉曼散射 泡沫镍 石墨烯 银纳米粒子 surface-enhanced Raman scattering nickel foam graphene silver nanoparticles 针对光通信系统日益发展的需要, 提出了一种的基于有限域准循环低密度奇偶校验(QC-LDPC)码的构造方法。该构造方法简单易行, 可以有效避免四环的出现, 具有良好的围长特性, 同时能够自由地选择码长码率。仿真分析表明: 通过该构造方法所构造的码率为93.7%的QC-LDPC(3780,3540)码的纠错性能优于利用随机构造方法所构造的SCG-LDPC(3969,3720)码和已广泛用于ITU-T G.975中的RS(255,239)码和ITU-T G.975.1 中的LDPC(32640,30592)码, 因而其更适合于光通信系统。
准循环奇偶校验码 有限域 净编码增益(NCG) 光通信系统 QC-LDPC codes finite field net coding gain optical communication systems 提出了一套针对无线节点空间定位的修正算法。首先提出了一种抽样后求点估计的方法, 消除了GPS信息误差造成的影响, 然后通过分治法的策略来选取锚节点, 保证锚节点的可靠性, 普通节点可以通过锚节点与本身进行定位求概率分布, 继而修正拓扑, 最后通过一个竞争机制来进行有序的网络拓扑坐标修正。实际测试达到了预期的效果。通过该算法, 可以在较低功耗下将无线传感网络的定位精度提高, 使得无线传感网络能够适应高定位精度的要求。
无线传感网络 定位算法 锚节点 分治法 WSN localization algorithm anchor node divide-and-conquer method 推导了高速准线性光传输系统中信道内四波混频、信道内交叉相位调制等非线性效应方程, 并根据方程进行计算机建模, 从而实现高速准线性光传输系统的数值模拟。最后通过搭建仿真传输链路, 比较了准分布式色散补偿方案和集总色散补偿方案的优劣, 并对不同速率的准线性光传输系统的性能进行了分析, 得到各非线性相互作用随速率变化的关系。
高速准线性 仿真 非线性效应 信道内四波混频 信道内交叉相位调制 high-speed quasi-linear optical transmission simulation nonlinear effects intra-channel four-wave mixing intra-channel cross phase modulation 在无线Ad Hoc网络中, 为了提高链路质量和通信的稳定性, 提出一种基于AODV路由协议的链路中断预测和最短路径修复机制(LIFSR-AODV)。通过检测网络中的链接质量, 预测和避免链路中断的发生, 降低了本地修复过程中控制包的开销和传输延迟。同时, 在修复过程中能够通过删除链路中的多余节点来缩短路径长度。通过在IEEE 802.15.4 Matlab模拟器下仿真, 验证此路由机制能够提高AODV路由协议的性能和链路的稳定性。
路由中断预测 本地修复 AODV协议 无线传感器网络 routing interruption forecast local repair AODV protocol wireless sensor network 运动目标在图像拼接时, 易产生重影现象。在对SURF算法进行改善的基础上, 提出了自适应去除重影的拼接算法。利用增强的单通道图像对其特征点进行提取、匹配, 再利用帧差法确定出运动目标在图像重叠区域的位置; 取运动目标区域的中心点作为参考点, 采用改进的加权融合算法求取加权系数, 以增大权值差异。实验表明所提方法能较好地解决运动目标对图像拼接的干扰问题, 与最优拼接缝多频率融合算法相比,融合质量、清晰度以及拼接的实时性得到了提高。
图像配准 Zadeh-X变换 图像融合 自适应消除 SURF SURF image registration Zadeh-X image fusion adaptive ghosting cancelling 从优化算法、硬件结构和模拟结果入手, 通过对CMOS图像传感器暗光环境下模数转换电路的优化设计, 提出了一种暗光环境下性能提升的大动态范围非线性模数转换器的设计。在模拟电路模块完成了暗光优化图像处理算法, 使暗光环境下光电转换数字码密度增大, 在不增加额外芯片面积和功耗的同时, 提高了CMOS图像传感器的暗光图像性能。
暗光优化 非线性模数转换器 大动态范围 CMOS图像传感器 low illumination optimization nonlinear ADC wide dynamic range CMOS image sensors 针对传统光流算法只能对某种特定光照变化有效的问题, 提出一种能改善不同光照变化条件下的光流鲁棒求解方法。所提出的方法利用改进census变换和图像纹理信息加权和构建光流模型中数据项。数据项中不同分量的权重根据两帧图像SIFT点对应灰度差动态选择, 以满足不同亮度变化的图像, 自适应地选择相应的数据项。改进census变换包含了变换窗口内完整的相对灰度大小信息; 对两个不同的窗口, 较传统census变换有更高的区分度。以Middlebury和KITTI数据库对所控算法进行测试, 实验结果证实了所提出方法对不同仿真光照变化和野外真实光照环境下图像鲁棒光流求解的有效性。
光流 光照变化 图像纹理 改进census变换 optical flow illumination variation image texture improved census transformation 结合基于深度图像的手势分割不易受光照、背景变化等诸多因素影响的特点, 提出一种基于隐马尔可夫模型(HMM)的动态手势轨迹识别方法。首先采用Kinect传感器获取手势的运动轨迹, 利用模板匹配定标起始点, 速度变化确定结束点, 然后对轨迹进行高斯滤波预处理操作, 再对手势轨迹进行方向角的特征提取, 最后利用多观察值序列的Baum-Welch算法对HMM进行轨迹样本的训练, 并用Viterbi算法求取最大概率序列的方法来实现轨迹识别。实验表明, 该方法的实时性高、鲁棒性强, 并成功运用到电视的遥控模块中。
手势轨迹 方向角 隐马尔科夫模型 最大概率序列 Kinect Kinect gesture trajectory direction angle HMM maximum probability sequence 为了实现微米尺度扑翼微飞行器的加工, 运用了加工材料范围广的紫外激光切割技术, 以及碳纤维预浸料的真空袋高温高压固化工艺, 通过合理安排工艺流程, 实现了一种适于微米尺度复杂机械结构、可采用材料广泛且可以小批量快速加工的加工技术。并将其应用于扑翼微飞行器的加工, 得到了一个翼展3cm, 最小尺寸为80μm的飞行器样机。
紫外激光 非硅微加工 碳纤维加工 扑翼微飞行器 UV laser non-silicon micromachining technology carbon fiber processing flapping-wing micro air vehicle 基于中科院上海微系统研究所自主研发的相变存储器芯片, 设计并实现了国内首个以相变存储器为存储介质的SD卡系统。本系统由多接口SoC芯片、6.375Mbits相变存储器芯片以及外围控制电路等构成。系统通过SD/MMC接口与上位机进行数据通信, 并使用FAT文件系统进行管理。该SD卡系统容量为256kb, 读取速度为2Mb/s, 写入速度为0.5Mb/s。
相变存储器 SD卡 多接口SoC芯片 坏块管理 地址映射表 phase change random access memory SD memory card multi-interface SoC chip bad block management address mapping table 逆变器的输出滤波对于电网安全工作尤为重要。首先对并网逆变器的滤波器进行研究, 导出了LCL滤波器的传递函数, 分析了不同参数变化对传递函数的影响。其次基于电路模型、传递函数及谐波分量的特点, 介绍了LCL滤波器的设计方法并给出了消振措施。最后根据并网控制系统, 建立光伏并网系统的仿真模型, 对系统输出进行仿真, 得到较好的仿真数据, 实验证明了这种LCL滤波器设计方法的优越性。
并网逆变器 滤波 LCL滤波器 参数设计 阻尼法 grid-connected Inverter filtering LCL filter parameter design damping method Lanczos方法是求解大尺度逆问题的一种有效方法, 这种方法的特点是可以把大尺度问题转化为小尺度问题, 而且可以把解严格限制在Krylov子空间, 只是它存在的半收敛性问题需要进一步克服。为了确保算法的有效性、稳定性和精确性, Lanczos混合法(Lanczos-hybrid)试图通过正则参数的适当选取来解决这个问题。文章在Hansen提出的正则化参数选取的NCP方法基础上, 设计了一种新的算法NCB, 即利用Burg功率谱代替NCP中的经典周期图谱, 较好地克服了Lanczos 的半收敛性问题, 降低了解对迭代次数的敏感性, 得到了大尺度反卷积病态问题的稳定解; 并以超声RF信号为例进行仿真, 结果表明, NCB的成像效果比GCV要好。
信号处理 反卷积 病态问题 Lanczos双对角化 NCB方法 signal processing deconvolution ill-posed problems Lanczos bidiagonalization NCB algorithm