光電子學的案例
基于第三代半導體材料的壓電電子學和壓電光電子學
【引言】
以氮化鎵，碳化硅和氧化鋅等為代表的第三代半導體材料已經在消費電子，5G通訊，電動汽車，光電通信等諸多新興領域得到廣泛應用。這些寬禁帶材料同時也具有非中心對稱的晶體結構，因而表現出顯著的壓電特性。然而這些材料中壓電極化電荷和半導體特性的耦合過程長期以來被忽略。
針對壓電半導體中極化電荷和半導體特性耦合過程的研究和應用，佐治亞理工學院及中國科學院北京納米能源與系統研究所的王中林院士分別于2007年和2010年首次提出壓電電子學和壓電光電子學的基本概念和原理，并建立了壓電電子學和壓電光電子學這兩大新興學科。在壓電電子學效應中，壓電半導體材料受機械作用產生的極化電荷對金屬-半導體肖特基結或p-n結界面處的載流子傳輸過程進行有效調制，實現了將外部機械信號轉變為壓電電子學器件（例如晶體管，邏輯電路等）中的門控信號。在壓電光電子電子學效應中，壓電半導體材料受機械作用產生的極化電荷對光生載流子的產生，復合，分離以及輸運的過程進行有效調制，實現了將外部機械信號轉變為壓電光電子學器件（例如光電探測器，發光二極管等）中的門控信號。
壓電電子學和壓電光電子學不僅提供了豐富的基礎研究機會，并在人機交互、微納機電器件、傳感和自驅動系統，人工智能等領域也具有廣闊的應用前景，由此激發了科研人員在這個領域的研究興趣。近年來對于壓電電子學和壓電光電子學的基礎及應用研究取得了快速地發展。多種功能材料中的壓電電子學和壓電光電子學的基本效應得到了系統深入地研究，相關的理論體系得以建立，諸多壓電電子學和壓電光電子學器件也被設計研發。為增進研究者們對壓電電子學與壓電光電子學的理解以推進其實際應用，王中林院士組織領域內研究者在2018年12月的美國材料學會會刊（MRS Bulletin）上撰寫了主題為“壓電電子學和壓電光電子學”的專刊。
展開 Ansys | 什么是光電子學？
光電子學（optoelectronic或optronics）絕不僅僅是光子學的一個子領域，而是光學和電子學交叉領域的關鍵學科，推動著通信、成像、傳感和能源等領域的創新發展。盡管光電子學位于兩個物理領域的交叉地帶，但同時又具有其獨特的器件體系，主要涉及光的發射或探測。
就此而言，光電器件（optoelectronic devices）要么使用光信號并將其轉換為電輸出，要么采用電輸入并將其轉換為光信號。光電器件也可以歸類為能量轉
這類器件對于許多高科技行業都至關重要，包括汽車、軍事和國防、航空航天、能源、醫療、消費類電子和電信行業。
當今的一些主要光電組件包括：
光電二極管
激光二極管
發光二極管（LED）和micro-LED
光敏電阻
太陽能電池（光伏器件）
光纖電纜
光電晶體管
光電探測器
在這些行業中，光電器件廣泛應用于各種領域，包括：
攝像頭
醫療成像/醫療傳感器（內窺鏡等）
醫療診斷（心率監測器等）
激光雷達和其他汽車傳感器
顯示器
遠程制導系統
激光
日常電子產品，從智能手機和智能手表到LED照明、咖啡機和現代家用電器
光敏開關設備
激光打印機
“光電子學”與“電子學和光學”
傳統的半導體電子學和光學系統，使用電子來傳輸電磁信息信號。光電子學與傳統電子學有所不同，因為它還包含來自光的信息，涵蓋紫外線、可見光和紅外波長。
不同于對光進行被動調制的純光學系統（如反射鏡、透鏡和濾光片），光電器件會主動地轉換光信號和電信號，從而為攝像頭、光纖、激光和光電探測器等技術提供支持。這些器件能夠更直接地與穿過光學元件的光波的電磁場相互作用，例如與偏振相互作用。
展開 ：異型和同型異質結光電二極管中的壓電光電子學效應
【引言】
近年來，壓電光電子學效應廣泛被用于各類半導體光電器件的性能調制，包括：太陽能電池、發光二極管、光電二極管和光探測器等。然而，關于壓電光電子學效應在不同器件結構和材料體系的半導體光電器件中的調制作用機制研究還鮮見報道。更重要的是，壓電光電子學效應不僅會產生使器件性能增強的作用，還可能會產生使器件性能削弱的作用，極大地限制了壓電光電子學效應能夠達到的器件性能增強的最大幅度。
【成果簡介】
近日，在西安交通大學電子與信息工程學院微電子學院賀永寧教授和彭文博博士講師的指導下，潘子健和李芳沛等研究成員以異型和同型異質結光電二極管為研究對象，通過對比壓電光電子學效應在兩種異質結光電二極管器件中的性能調制作用，系統地研究了不同器件結構對壓電光電子學效應的影響。研究結果表明，壓電光電子學效應能使p-n異型異質結光電二極管器件的性能增強約150%，而僅能使n-n同型異質結光電二極管器件的性能增強約55%。通過系統地分析壓電電荷對兩種器件能帶結構的調制作用，發現：壓電光電子學效應在p-n異型異質結光電二極管器件中引入了兩種增強器件性能的正效應，而其在n-n同型異質結光電二極管器件中不僅引入了一種增強器件性能的正效應，還引入了兩種削弱器件性能的負效應，因此壓電光電子學效應對前者的性能增強作用更顯著。此外，有限元仿真結果表明壓電光電子學效應對p-p同型異質結光電二極管器件性能的調制作用與其對n-n同型異質結光電二極管器件性能的調制作用類似。
展開 光電子技術的發展及態勢分析
光電子技術科學是光電信息產業的支柱與基礎，涉及光電子學、光學、電子學、計算機技術等前沿學科理論，是多學科相互滲透、相互交叉而形成的高新技術學科。
光子學也可稱光電子學，它是研究以光子作為信息載體和能量載體的科學，主要研究光子是如何產生及其運動和轉化的規律。所謂光子技術，主要是研究光子的產生、傳輸、控制和探測的科學技術。現在光子學和光子技術在信息、能源、材料、航空航天、生命科學和環境科學技術中的廣泛應用，必將促進光子產業的迅猛發展。光電子學是指光波波段，即紅外線、可見光、紫外線和軟X射線（頻率范圍3×1011Hz~3×1016Hz或波長范圍1mm~10nm）波段的電子學。光電子技術在經過80年代與其相關技術相互交叉滲透之后，90年代，其技術和應用取得了飛速發展，在社會信息化中起著越來越重要的作用。光電子技術研究熱點是在光通信領域，這對全球的信息高速公路的建設以及國家經濟和科技持續發展起著舉足輕重的推動作用。國內外正掀起一股光子學和光子產業的熱潮。光電子技術是光學技術和電子學技術的融合，靠光子和電子的共同行為來執行其功能，是世紀之交繼微電子技術之后迅速興起的一個高科技領域，在當今信息時代愈發占有重要的關鍵地位。它圍繞著光信號的產生、傳輸、處理和接收，涵蓋了新材料（新型發光感光材料，非線性光學材料，襯底材料、傳輸材料和人工材料的微結構等）、微加工和微機電、器件和系統集成等一系列從基礎到應用的各個領域。光電子技術科學是光電信息產業的支柱與基礎，涉及光電子學、光學、電子學、計算機技術等前沿學科理論，是多學科相互滲透、相互交叉而形成的高新技術學科。光電子技術是繼微電子技術之后近30年來迅猛發展的綜合性高新技術。1962年半導體激光器的誕生是近代科學技術史上一個重大事件。
展開 
什么是集成光學？
集成光學是在光電子學和微電子學基礎上，采用集成方法研究和發展光學器件和混合光學電子學器件系統的一門新的學科。集成光學的理論基礎是光學和光電子學，涉及波動光學與信息光學、非線性光學、半導體光電子學、晶體光學、薄膜光學、導波光學、耦合模與參量作用理論、薄膜光波導器件和體系等多方面的現代光學內容；其工藝基礎則主要是薄膜技術和微電子工藝技術。集成光學的應用領域非常廣泛，除了光纖通信、光纖傳感技術、光學信息處理、光計算機與光存儲等之外，還有其他領域，如材料科學研究、光學儀器、光譜研究等。
一、集成光學優點
1.與離散光學器件系統的比較
離散光學器件是將體型光學器件固定在大型的平臺或光具座上，構成光學系統。該系統的大小大約是1m2的數量級，光束的粗細大約為1cm的程度。除了體積龐大之外，組裝、調整也比較困難。集成光學系統具有如下優點：
①.光波在光波導中傳播，光波容易控制和保持其能量。
②.集成化帶來的穩固定位。如上所述，集成光學期待在同一塊襯底上制作若干個器件，因而不存在離散光學器件所具有的組裝問題，這樣就可以保持穩定的組合，從而它對振動和溫度等環境因素的適應性也比較強。
③.器件尺寸和相互作用長度縮短；相關的電子器件的工作電壓也較低。
④.功率密度高。沿波導傳輸的光被限制在狹小的局部空間，導致較高的光功率密度，容易達到必要的器件工作閾值和利用非線性光學效應工作。
⑤.集成光學器件一般集成在厘米尺度的襯底上，其體積小，重量輕。
2.與集成電路的比較
光集成的優點可以分為兩個方面，其一是用集成光學體系（集成光路）代替集成電子體系（集成電路）；其二則與導光波的光學纖維和介質平面光波導代替電線或者同軸電纜傳輸信號有關。
在集成光路上，各光學元件形成在一個晶片襯底上，用襯底內部或表面上形成的光波導連接起來。
展開 什么是集成光學？
集成光學是在光電子學和微電子學基礎上，采用集成方法研究和發展光學器件和混合光學電子學器件系統的一門新的學科。集成光學的理論基礎是光學和光電子學，涉及波動光學與信息光學、非線性光學、半導體光電子學、晶體光學、薄膜光學、導波光學、耦合模與參量作用理論、薄膜光波導器件和體系等多方面的現代光學內容；其工藝基礎則主要是薄膜技術和微電子工藝技術。集成光學的應用領域非常廣泛，除了光纖通信、光纖傳感技術、光學信息處理、光計算機與光存儲等之外，還有其他領域，如材料科學研究、光學儀器、光譜研究等。
一、集成光學優點
1.與離散光學器件系統的比較
離散光學器件是將體型光學器件固定在大型的平臺或光具座上，構成光學系統。該系統的大小大約是1m2的數量級，光束的粗細大約為1cm的程度。除了體積龐大之外，組裝、調整也比較困難。集成光學系統具有如下優點：
①.光波在光波導中傳播，光波容易控制和保持其能量。
②.集成化帶來的穩固定位。如上所述，集成光學期待在同一塊襯底上制作若干個器件，因而不存在離散光學器件所具有的組裝問題，這樣就可以保持穩定的組合，從而它對振動和溫度等環境因素的適應性也比較強。
③.器件尺寸和相互作用長度縮短；相關的電子器件的工作電壓也較低。
④.功率密度高。沿波導傳輸的光被限制在狹小的局部空間，導致較高的光功率密度，容易達到必要的器件工作閾值和利用非線性光學效應工作。
⑤.集成光學器件一般集成在厘米尺度的襯底上，其體積小，重量輕。
2.與集成電路的比較
光集成的優點可以分為兩個方面，其一是用集成光學體系（集成光路）代替集成電子體系（集成電路）；其二則與導光波的光學纖維和介質平面光波導代替電線或者同軸電纜傳輸信號有關。
在集成光路上，各光學元件形成在一個晶片襯底上，用襯底內部或表面上形成的光波導連接起來。
展開 白光干涉儀(光學3D表面輪廓儀)只能測同質材料嗎？
白光干涉儀由光源、分光器、干涉儀和探測器等部分組成。儀器基于干涉現象原理工作：當兩束或多束光線相互疊加時，會發生干涉現象。白光干涉儀利用這種干涉現象來測量光的相位差，從而獲得材料的相關參數。
光源發出的白光通過分光器被分成兩束光線，分別經過不同的光路。然后，這兩束光線再次相遇并疊加在一起，形成干涉圖樣。通過干涉圖樣的變化，我們可以得到材料的相關信息。
白光干涉儀只能測同質材料嗎？答案是否定的。在實際應用中，白光干涉儀的測量對象可以是各種類型的材料，例如金屬、陶瓷、塑料等。無論是同質材料還是非同質材料的測量，白光干涉儀的干涉圖樣分析和計算方法都可以提供準確而詳細的測量結果：
1、同質材料具有相似的光學特性，因此可以采用簡化的分析方法。利用干涉儀圖樣的分析，可以直接獲得相關參數（如膜層厚度、表面粗糙度、膜層折射率等），從而得到準確的測量結果。
2、對于非同質材料，由于其光學特性的差異性，分析方法相對更為復雜，通常需要借助計算機模擬和計算等手段來精確測量參數。
無論是研究材料性質、表面形貌，還是進行質量控制和判別等方面，白光干涉儀都具有廣泛的應用前景。
SuperViewW1白光干涉儀能夠以優于納米級的分辨率，測試各類表面并自動聚焦測量工件獲取2D，3D表面粗糙度、輪廓等一百余項參數。無論是研究材料性質、表面形貌，還是進行質量控制和判別等方面，又或者是測量薄膜、涂層的厚度、光學膜的質量、光學器件的性能等，在材料科學、光電子學、微電子學等領域都扮演著重要的角色。除主要用于測量表面形貌或測量表面輪廓外，具有的測量晶圓翹曲度功能，非常適合晶圓，太陽能電池和玻璃面板的翹曲度測量，應變測量以及表面形貌測量。
展開 激光技術運用普及，半導體激光體備受關注
異質結（DH）平面條形激光器的基本結構
由于限制層的帶隙比有源層寬，施加正向偏壓后， P層的空穴和N層的電子注入有源層。P層帶隙寬，導帶的能態比有源層高，對注入電子形成了勢壘，注入到有源層的電子不可能擴散到P層。同理， 注入到有源層的空穴也不可能擴散到N層。這樣，注入到有源層的電子和空穴被限制在厚0.1~0.3 μm的有源層內形成粒子數反轉分布，這時只要很小的外加電流，就可以使電子和空穴濃度增大而提高效益。
另一方面，有源層的折射率比限制層高，產生的激光被限制在有源區內，因而電/光轉換效率很高，輸出激光的閾值電流很低，很小的散熱體就可以在室溫連續工作。
a) 雙異質結構； (b) 能帶
(c) 折射率分布； (d) 光功率分布
半導體激光器的應用
01
在激光光譜學中的應用
激光光譜是以激光為光源的光譜技術，主要用于分子光譜、等離子物理、高階諧波產生的科學應用及大氣污染的監測和癌癥的診斷等。而選用半導體激光器作為激光光譜學的光源中有較多優勢，它體積小，輸入能量低，壽命長，可協調性強且價格低廉。例如圖即為“SPECDILASV—763—OXY"VCSEL所探測的氧氣的吸收光譜(半導體激光器的工作溫度為Top=10℃,Iset=4.6mA,加32Hz,10.6mV的鋸齒波,256次平均)。可以看出,通過改變工作電流很容易地得到氧氣的兩個吸收峰,無模式跳躍。
展開 北京大學閻云研究員與唐本忠院士合作《Nat. Commun.》：在團簇誘導的圓偏振熒光上取得新進展
圓偏振發光(CPL)在光電子學、非線性光學、三維顯示、生物探針和數據記錄等領域中具有重要的意義；然而尚未有基于純有機CTE體系的CPL材料的報道。在以往的CTE相關研究中，其簇生色團往往以無序的方式團聚在一起而不表達手性，這限制了簇發光材料在該領域的應用。
基于利用自組裝調控CTE材料結構進而調控CTE發光的思想，北京大學化學院閻云研究員與香港中文大學（深圳）唐本忠院士合作，通過固相分子自組裝手段實現了簇生色團的2維超分子排布，構筑出了首例基于純有機CTE體系的圓偏振發射。
該團隊選擇具有分子手性的陽離子α-聚-L-賴氨酸(PLL)和油酸陰離子(OL)，在水溶液中通過靜電組裝得到交聯的囊泡，通過離心并施加溫和的機械壓力，得到了層狀堆積的固體膜材料。PLL和OL上的富電子基團(羧基，酰胺和氨基)的聚集產出了CTE熒光，從囊泡到薄膜，該熒光由波長依賴變為了非波長依賴，預示了空間規則排布的形成。
圖a,c,d分別顯示了PLL-OL靜電組裝乳液的宏觀與微觀形貌，及其波長依賴發光；圖e,f,g則為壓力誘導下薄膜的形成，其宏觀性狀與非波長依賴發光光譜
進一步地結構分析表明，OL離子排列形成雙分子層，而PLL通過靜電組裝在OL形成的雙層界面上方折疊排列，這同時導致了富電子（O和N原子）的陣列排布。通過透射電子顯微鏡可以看到清晰的間隔為0.355 nm的條紋結構。
PLL-OL薄膜的結構表征
規則排布的富電子一方面是簇生色團，另一方面也構成了氨基分子的手性。
展開 Ansys Lumerical | 光子 PDK 合作代工廠速覽
相關文章：2024 press release
光 IO 設計
面向共封裝光學器件和In-Package光 I/O 應用的垂直光纖—芯片耦合系統設計。相關文章：2024 press release, 2025 press release, 2025 news release, Generic Example
光子集成電路優化
AI驅動的光子集成電路優化。相關文章：2025 press release
如需獲取上述解決方案的 TSMC COUPE ? 參考流程， 請聯系臺積電。
深圳市摩爾芯創科技有限公司（MoorEDA Technology Limited）專注于為硅基光電子、電力電子、高科技半導體等行業提供先進的電子設計自動化（EDA）和計算機輔助工程（CAE）協同解決方案；提供從光學、光電子學、電磁場、結構、流體、多物理場耦合等全面的工業軟件應用解決方案和咨詢服務。
展開 武漢世紀威和——值得信賴的品牌
公司具備由多名光電子學博士和碩士組成的專業技術研發團隊，從事產品的適應性開發。
公司具備多年生產管理經驗和質量控制經驗的專業生產管理團隊，從事公司的生產管理運作。公司已通過ISO9001質量管理體系認證。
公司系列產品通過DIN檢測，產品符合EN379、ANSI.Z87.1標準。并已通過CE認證及國家LA認證。
威和將以專業的自動變光電焊面罩生產制造的經驗，向客戶提供優質的產品及服務！
Nature：石墨烯氮微諧振器中的柵極可調諧頻梳
引言
光學頻率梳以不連續的等間隔頻率發射光脈沖，是現代頻率計量學，精密光譜學，天文觀測，超快光學和量子信息的基礎。但是，無論是在微腔還是纖維腔中決定結構的激光腔內的色散通常難以用電場調諧。這種電動控制可以將光學梳齒和光電子相連，使得一個諧振器中的各種梳狀輸出具有快速和方便的可調性。由于其卓越的費米-狄拉克可調性和超快的載流子遷移率，石墨烯具有復雜的光色散，可通過柵極電壓進行調整。這帶來了光電子技術的進步，如調制器，光電探測器和可控等離子體激元。
成果簡介
近日，來自成都電子科技大學的姚佰承（通訊作者）的團隊在Nature發表了題為Gate-tunable frequency combs in graphene–nitride microresonators的文章，通過將柵極可調光導與氮化硅光子微諧振器耦合，從而通過改變費米能級來調制其二階和更高階色散來證明石墨烯基光學頻率梳的門控腔內可調諧性。他們實現了雙層離子凝膠門控晶體管，以在單電壓電平控制下調節石墨烯0.45-0.65電子伏特范圍內的費米能級。他們進一步證明了從周期性孤子晶體到具有缺陷的晶體的電壓可調諧轉換，這種結合了單原子層納米科學和超快光電子的異質石墨烯微腔將有助于提高我們對動態頻率梳和超快光學的理解。
圖文導讀
圖1：柵極可調石墨烯氮化物異質微腔的概念設計與實現
a: GMR的示意結構，氮化硅用灰色表示；
b: 石墨烯-氮化物異質波導的電場分布；
c: 光學顯微照片顯示母線波導（紅色箭頭），環形諧振器和Au/Ti金屬化圖案；
d: 根據其費米能級計算石墨烯的速度色散和三階色散。
展開 南科大郭傳飛課題組：仿生電子皮膚研究取得重要進展
近期，南方科技大學材料科學與工程系副教授郭傳飛課題組在仿生微結構柔性電子皮膚領域取得重要進展，研究成果發布在《Advanced Functional Materials》、《Small》、《Advanced Electronic Materials》等國際期刊上。
郭傳飛課題組的主要研究方向是基于薄膜材料的微納米加工方法、柔性透明電極的制備、納米結構薄膜的生長，以及這些材料在新型光電子學、生物醫學和納米能源領域的應用。
郭傳飛
觸覺是生物體表感受器受壓力或牽引力作用而引起的，它是生物體從外界環境獲得信息的重要手段之一。電子皮膚的研究具有重要意義。例如：穿戴假肢可以幫助肢體殘疾人士實現某些操作需求，但市場上的產品尚不具備觸覺功能，因此假肢也無法幫助他們實現感知。柔性觸覺傳感器（電子皮膚）是一種將觸覺信號轉換電信號的電子器件，在可穿戴電子設備、健康監測、運動監測、智能假肢、人機交互、以及人工智能等領域有著巨大的應用前景。研究已經證明微結構能有效提高柔性觸覺傳感器的性能，例如微金字塔、微柱結構、微球等已經被用于制備超靈敏的柔性觸覺傳感器。然而這些微結構通常通過傳統的光刻技術、化學刻蝕方法，制備過程復雜、耗時、價格昂貴。制備低成本、簡易、高性能的柔性觸覺傳感器成為當前的一大挑戰。
為了降低制備成本、提高器件傳感性能，郭傳飛課題組從荷葉的超疏水性來源于其表面的微納米結構中受到啟發，用自然材料作為模板來制備表面微結構。取大自然中的植物作為原始模板、復寫出植物表面的微結構并噴涂柔性銀納米線電極，構建電容型觸覺傳感器（Adv. Electron.
展開 直播：Ansys Lumerical 光子電路5倍提速，板塊全面升級，展示新功能
其旗下的Lumerical軟件系列被廣泛應用于半導體、光通信、生物醫學、光電子學、能源等領域。
Lumerical軟件系列包括FDTD、MODE、DEVICE和INTERCONNECT四個主要工具，每個工具都有其獨特的優勢和適用領域。
FDTD工具是一款全三維電磁波模擬器，可用于設計和分析二維和三維結構的光學和電子器件。
MODE工具是一款光波導模擬器，用于設計和優化波導結構。
DEVICE工具是一款半導體器件仿真器，可用于設計和分析太陽能電池、激光二極管、光檢測器等器件。
INTERCONNECT工具是一款光電子器件集成仿真器，可用于設計和分析復雜的光電子器件系統。
展開 鐳昱半導體 | 獲千萬美元Pre-A輪融資，用于擴產標準全彩色Micro LED
莊博士師從香港科技大學劉紀美教授，劉教授在光電子學領域享譽世界。莊博士從事Micro-LED、GaN技術、半導體制造和先進材料的研究和開發超過15年，在國際期刊上發表了30多篇論文，60項專利，并獲得很多獎項。
除了AR智能眼鏡，Raysolve開發的這種全彩色Micro-LED微型顯示器還將被廣泛用于平視顯示器（“HUD”），3D 打印和無掩模光刻等領域。本輪融資完成后，該公司將繼續加大研發投入以開發顛覆性技術，繼續發揮技術優勢，開拓重點市場，成為微顯示行業的全球領導者。
- END -
推薦閱讀
點擊圖片即可閱讀全文
更多商務合作，歡迎與小編聯絡！
掃碼請備注：姓名+公司+職位
我是CINNO最強小編, 恭候您多時啦！
CINNO于2012年底創立于上海，是致力于推動國內電子信息與科技產業發展的國內獨立第三方專業產業咨詢服務平臺。公司創辦九年來，始終圍繞泛半導體產業鏈，在多維度為企業、政府、投資者提供權威而專業的咨詢服務，包括但不限于產業資訊、市場咨詢、盡職調查、項目可研、管理咨詢、投融資等方面，覆蓋企業成長周期各階段核心利益訴求點，在顯示、半導體、消費電子、智能制造及關鍵零組件等細分領域，積累了數百家大陸、臺灣、日本、韓國、歐美等高科技核心優質企業客戶。
展開 