中国科学院半导体研究所全固态光源实验室

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刘伟平书记带队对半导体所领导班子进行换届考核

半导体所研制出锑化物带间级联激光器

半导体所发表关于二维材料层数相关的光学性质及其在厚度确定方面的综述论文

中科院半导体所研制出GaN基紫外激光器

半导体所在高质量InAs(Sb)/GaSb核壳异质结垂直纳米线阵列外延生长研究方面取得重要进展

中国科学院半导体研究所推出600W 激光清洗机
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  全固态光源实验室始建于2004年,包括高功率全固态激光器及其应用研究两部分。经过几年的努力,已经形成了一支结构合理、具有较强科研实力和创新能力的人才队伍,拥有优秀的学科带头人和一支高效的科研团队以及大量精良的仪器设备。在高功率、高亮度激光器研究,高功率调Q、锁模激光器研究,非线性频率变换以及高功率全固态激光器的工业应用等方面开展了有一定影响的研究工作,与国内多个大学和研究所建立了长期稳定的合作关系。

  近年来,全固态光源实验室在高功率全固态激光器方面获得了系列重大进展,研制的全固态激光器在国内率先突破3kW、4kW、6kW、8kW和10kW。目前在kW~10kW级高功率全固态激光器的高光束质量研究、高稳定性控制、工程化设计、光纤耦合等一系列重要技术上积累了丰富的经验,整体技术处于国内领先水平,某些指标已达到国际先进水平,极大的带动了国内在该学科水平的迅速提升,对国内该领域的发展具有重大的影响。


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发布时间:2017/3/15 16:21:03

 2月24日,中科院党组副书记、副院长刘伟平带队对半导体所领导班子进行换届考核。考核大会结束后,刘伟平与半导体所院士、党政正职进行了谈话,并视察了半导体材料科学重点实验室和光电子器件国家工程研究中心。

考核组由人事局局长李和风,北京分院分党组常务副书记、副院长马扬等一行15人组成。半导体所领导班子成员、院士、党委委员、纪委委员、管理部门负责人、副高级及以上专业技术人员以及各类职工和离退休人员代表共200余人参加换届考核大会。考核大会由马扬主持。

会上,半导体所所长李树深代表本届领导班子作述职报告。报告从研究所总体概况、“一三五”规划进展、人才队伍建设、财务收支情况、党建和创新文化建设、基建园区建设、问题和建议等七个方面全面而系统地总结了所长任期目标完成情况,分析了工作中存在的问题和面临的挑战,并对研究所今后工作提出了建议和设想。

 北京分院监察审计处副处长王健代表考核组宣读了《所长任期经济责任审计结果公告》。

马扬书记介绍了所领导班子换届考核以及民主推荐新一届领导班子的相关要求。考核组现场发放了民主测评问卷,参会人员按照规定,认真填写了测评表和推荐表,对所领导班子进行了民主测评并推荐了新一届领导班子人选。会后,考核组分成6个小组与部分参会代表进行了分组谈话。

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发布时间:2017/3/15 16:11:55

锑化物带间级联激光器是基于量子效应和能带工程的新型半导体激光器,由杨瑞青教授首次提出,是通过导带和价带之间跃迁实现电子和空穴的辐射复合,每个有源区通过类似量子级联结构串联方式连接。它结合了传统半导体带间跃迁激光器和基于子带间跃迁的量子级联激光器的优势,如载流子注入均匀,量子效率高、波长易调节、阈值电流密度和功率消耗低等优点。因此锑化物带间级联激光器在环境监控、医疗诊断以及物联网中信息收集等领域具有重要的应用前景,但其结构复杂,外延层数多,这使得其材料生长难度很大。从报道来看,目前仅有美国俄克拉荷马大学、德国Wurzberg大学、英国圣安德鲁斯大学、Sotera公司等研制成功带间级联激光器。

半导体所半导体材料科学重点实验室马文全研究员小组通过与美国俄克拉荷马大学杨瑞青教授课题组合作,采用杨瑞青教授设计的结构,利用分子束外延生长技术,解决了锑化物材料生长窗口窄、多层结构的应变和界面控制等难题,成功研制出锑化物带间级联激光器。器件从78 K到169 K实现连续激射,脉冲激射最高温度达到249 K;78 K温度下,对应的激射波长为4.27微米,阈值电流密度小于70 A/cm2;169 K温度下,对应的激射波长为4.63微米,阈值电流密度约为306 A/cm2。图1为激光器材料的X射线双晶衍射谱,图2为激光器在78 K温度下的激射光谱。相信通过努力性能将会有更多突破。


图1. 锑化物带间级联激光器的XRD谱

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发布时间:2017/1/11 19:43:40

  二维材料的平面内化学键非常强,而两层以上二维材料的层间相互作用则非常弱,一般为范德瓦尔斯相互作用。这使得二维材料可以通过机械剥离方法从其相应体材料制备而成。多层二维材料可能有多种层间堆垛方式,例如石墨烯存在AB,ABC甚至转角的堆垛方式。二维材料按照晶格结果或堆垛方式又可以划分为各向同性(以石墨烯,TMDs,h-BN为代表)和各向异性(以ReS2和黑磷为代表)二维材料。两种或多种性质相似的二维材料还可以形成二维合金材料(以TMDs合金为代表),甚至还可以通过人为方式按照一定序列将不同二维材料采用水平或垂直方式组装形成二维异质结构。以上所有这些材料和结构的能带结构和光学性质都会随着层数或者厚度的改变而显著地发生改变,并且厚度是不连续的。

  二维材料的光学性质随层数的变化规律可以通过各种光学方法探测,例如光学衬度谱,瑞利散射,拉曼光谱,光吸收谱,光致发光谱和二次谐波产生等。随着二维材料层数的增加,这些光谱的峰位、强度、线宽或者线型可能会发生显著改变,或者出现一些新的光学特征。利用这些光谱特征信息随层数的变化规律,可以对二维材料的厚度甚至堆垛方式等进行鉴别。

  最近,中国科学院半导体研究所谭平恒研究组受《Advanced Functional Materials》邀请,撰写了关于二维材料层数相关的光学性质及其在厚度确定方面的综述论文,已经在线发表于《Advanced Functional Materials》(http://dx.doi.org/10.1002/adfm.201604468)。李晓莉、韩文鹏和吴江斌为该论文的共同贡献第一作者。在该综述文章中,作者系统地介绍了如何利用光学衬度谱确定石墨烯薄膜的层数,阐述了合理选择显微物镜数值孔径和衬底二氧化硅厚度得重要性;介绍了利用瑞利散射衬度可以清晰地分辨CVD制备石墨烯薄膜的不同层数;接着重点介绍了利用二维材料的高频和低频拉曼谱和衬底材料的拉曼光谱来确定二维材料的层数;然后介绍了光吸收谱,光致发光谱和二次谐波产生等方法确定二维材料的层数。

  该综述详细地回顾了六种常见光学技术所探测的几种典型二维材料所具有的层数相关的物理性质,并且论述了如何利用这些物理性质快速无损地检测二维材料薄片的厚度。这种方法可以扩展到由微机械剥离法、化学气相沉积方法生产或转移制备以及其它方法制备的二维材料薄片,并在二维材  >> ... 阅读全文 ... 

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发布时间:2016/12/22 19:56:38

  2016年12月14日,中科院半导体所集成光电子学国家重点实验室赵德刚研究员的团队研制出GaN基紫外激光器。GaN被称为第三代半导体,在光电子学和微电子学领域有广泛的应用,其中GaN基紫外激光器在紫外固化、紫外杀菌等领域有重要的应用价值,也是国际上的研究热点。GaN基紫外激光器技术难度很大,目前国际上仅有日本的日亚公司等极少数单位有产品或研究报道。紫外激光器的研制成功也是我国在GaN基蓝光和绿光激光器突破之后取得的又一重要进展。

  赵德刚研究员带领的团队长期致力于GaN基光电子材料和器件研究,对材料生长机理、材料物理和器件物理有自己的理解和认识,发现和解决了一系列激光器的关键问题:掌握了InGaN量子阱局域态调控和缺陷抑制方法,提高了发光效率;阐明了碳杂质的补偿机制,获得了高质量的p-GaN材料;设计出优化的器件结构,减小了吸收损耗和电子泄漏;利用变程跳跃的物理机制,实现了良好的p-GaN欧姆接触;解决了同质外延中衬底翘曲的难题,采用MOCVD生长出高质量的器件结构。在此基础上,与中科院苏州纳米所进行工艺合作,最终实现了GaN紫外激光器的室温电注入激射。条宽为10 μm、腔长为600 μm的激光器阈值电流密度为1.6-2.0 kA/cm2,激射波长为392-395 nm,连续激射输出光功率可达80 mW。图1为紫外激光器的激射光谱,图2为P-I曲线,图3为紫外激光器激射时照到复印纸上形成的蓝色荧光光斑(紫外光人眼看不见,紫外激光照到复印纸上会发出蓝色荧光)。

  该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、科学挑战计划、中科院百人计划等多个项目的支持。


图1 GaN基紫外激光器激射光谱

图2 GaN基紫外激光器的P-I曲线
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发布时间:2016/12/22 19:50:00

  准一维半导体纳米线凭借其优越、独特的电学、光学、力学等特性,在材料、信息与通讯、能源、生物与医学等重要领域展现出广阔的应用前景。尤其是,基于半导体纳米线的晶体管具有尺寸小、理论截止频率高等优点,为未来在微处理器芯片上实现超大规模集成电路开拓了新的方向。在III-V族半导体材料中,InAs具有小的电子有效质量、高的电子迁移率和较大的朗德g因子,是研制高性能场效应电子器件以及量子器件的理想材料;而GaSb具有最高的空穴迁移率,是研制高速p型半导体场效应晶体管的理想材料。此外,InAs、GaSb都有较窄的带隙,且两种材料之间具有II类能带结构和极小的晶格失配度(~0.6%),将这两种半导体材料相结合有可能制备出高质量的核壳异质结纳米线,为许多新型高性能纳米线器件的制备(如:亚阈值摆幅低于CMOS理论极限的低功耗隧穿场效应晶体管)和量子物理的研究提供平台。特别是,为实现与当代CMOS工艺相兼容,及真正实现纳米线器件的集成化,基于Si基的高质量InAs/GaSb核壳异质结纳米线阵列的可控生长将具有更重要的现实意义。


图1. (a) InAs、(b) InAs/GaSb核壳异质结纳米线阵列SEM形貌图和(c)直径统计。


图2. 不同Sb组分对InAs(Sb)纳米线晶格质量的影响。


图3. (a) 单根纳米线背栅场效应晶体管示意图;(b-d) InAsSb核和GaSb壳厚分别为~6nm和~13nm的核壳异质结纳米线FET的转移特性曲线。

  最近,半导体研究所  >> ... 阅读全文 ... 

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发布时间:2016/12/9 9:52:13

  传统工业清洗方法包括机械摩擦清洗法、化学腐蚀清洗法、液体固体喷射清洗法和高频超声清洗法,尽管它们在工业清洗行业得到了广泛的应用,但在我国环境保护法规要求越来越严格和高精密器件应用越来越广泛的情况下,传统清洗方法的应用受到了很大的限制。机械方法清洁度高,但易损伤基材。化学腐蚀清洗方法属于无应力清洗,但污染较重,特别是当污垢成分复杂时,必须选用多种清洗剂反复清洗才能满足表面清洁度的要求。液体固体喷射清洗灵活度较高,但相对成本较高,需要消耗大量的水及固体掺杂物,后期废液处理工作也较复杂。高频超声波清洗法尽管清洗效果不错,但对附着力强的亚微米级污粒的清洗无能为力,清洗槽的尺寸限制了被清洗工件尺寸范围,而且清洗后的干燥亦是一大难题。激光清洗是一种高效、绿色清洗技术,相对于化学清洗,其不需任何化学药剂和清洗液;相对于机械清洗,其无研磨、无应力、无耗材,对基体损伤极小(文物字画清洗);激光可利用光纤传输引导,清洗不易达到的部位,适用范围广(核管道清洗)。适用对象也比较广泛,除锈、除漆、除泥污、晶片表面处理;清洁度高(能清除纳米级以下污染微粒),该技术国际已应用于各领域(模具清洗,战机涂层清洗),而国内刚刚起步。下图清洗机主机和清洗效果图:

  清洗机主机

  清洗效果

  联 系 人: 张志研

  联系电话:010-82305433/13401199255

  邮 箱: zyzhang@semi.ac.cn

 

  来源:中国科学院半导体研究所

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