光電子學(xué)與光學(xué)工程的案例
基于第三代半導(dǎo)體材料的壓電電子學(xué)和壓電光電子學(xué)
【引言】
以氮化鎵，碳化硅和氧化鋅等為代表的第三代半導(dǎo)體材料已經(jīng)在消費(fèi)電子，5G通訊，電動(dòng)汽車，光電通信等諸多新興領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。這些寬禁帶材料同時(shí)也具有非中心對(duì)稱的晶體結(jié)構(gòu)，因而表現(xiàn)出顯著的壓電特性。然而這些材料中壓電極化電荷和半導(dǎo)體特性的耦合過(guò)程長(zhǎng)期以來(lái)被忽略。
針對(duì)壓電半導(dǎo)體中極化電荷和半導(dǎo)體特性耦合過(guò)程的研究和應(yīng)用，佐治亞理工學(xué)院及中國(guó)科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)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(xué)和壓電光電子學(xué)的基本概念和原理，并建立了壓電電子學(xué)和壓電光電子學(xué)這兩大新興學(xué)科。在壓電電子學(xué)效應(yīng)中，壓電半導(dǎo)體材料受機(jī)械作用產(chǎn)生的極化電荷對(duì)金屬-半導(dǎo)體肖特基結(jié)或p-n結(jié)界面處的載流子傳輸過(guò)程進(jìn)行有效調(diào)制，實(shí)現(xiàn)了將外部機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閴弘?em>電子學(xué)器件（例如晶體管，邏輯電路等）中的門控信號(hào)。在壓電光電子電子學(xué)效應(yīng)中，壓電半導(dǎo)體材料受機(jī)械作用產(chǎn)生的極化電荷對(duì)光生載流子的產(chǎn)生，復(fù)合，分離以及輸運(yùn)的過(guò)程進(jìn)行有效調(diào)制，實(shí)現(xiàn)了將外部機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閴弘?em>光電子學(xué)器件（例如光電探測(cè)器，發(fā)光二極管等）中的門控信號(hào)。
壓電電子學(xué)和壓電光電子學(xué)不僅提供了豐富的基礎(chǔ)研究機(jī)會(huì)，并在人機(jī)交互、微納機(jī)電器件、傳感和自驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，人工智能等領(lǐng)域也具有廣闊的應(yīng)用前景，由此激發(fā)了科研人員在這個(gè)領(lǐng)域的研究興趣。近年來(lái)對(duì)于壓電電子學(xué)和壓電光電子學(xué)的基礎(chǔ)及應(yīng)用研究取得了快速地發(fā)展。多種功能材料中的壓電電子學(xué)和壓電光電子學(xué)的基本效應(yīng)得到了系統(tǒng)深入地研究，相關(guān)的理論體系得以建立，諸多壓電電子學(xué)和壓電光電子學(xué)器件也被設(shè)計(jì)研發(fā)。為增進(jìn)研究者們對(duì)壓電電子學(xué)與壓電光電子學(xué)的理解以推進(jìn)其實(shí)際應(yīng)用，王中林院士組織領(lǐng)域內(nèi)研究者在2018年12月的美國(guó)材料學(xué)會(huì)會(huì)刊（MRS Bulletin）上撰寫了主題為“壓電電子學(xué)和壓電光電子學(xué)”的專刊。
展開 Ei&ISTP檢索的IEEE光學(xué)與光電子（SOPO2011）國(guó)際會(huì)議征文 tf
（SOPO2011) Ei&ISTP Indexed
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The International Symposium on Photonics and Optoelectronics (SOPO 2011)
IEEE光學(xué)與光電子國(guó)際會(huì)議
Ei & ISTP Indexed
CALL FOR PAPERS
http://www.sopoconf.org/2011
Wuhan, China May 16-18, 2011
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The International Symposium on Photonics and Optoelectronics (SOPO 2011) will be held from 16th to 18th, May in Wuhan, China.
展開 Ansys | 什么是光電子學(xué)？
光電子學(xué)（optoelectronic或optronics）絕不僅僅是光子學(xué)的一個(gè)子領(lǐng)域，而是光學(xué)和電子學(xué)交叉領(lǐng)域的關(guān)鍵學(xué)科，推動(dòng)著通信、成像、傳感和能源等領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展。盡管光電子學(xué)位于兩個(gè)物理領(lǐng)域的交叉地帶，但同時(shí)又具有其獨(dú)特的器件體系，主要涉及光的發(fā)射或探測(cè)。
就此而言，光電器件（optoelectronic devices）要么使用光信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電輸出，要么采用電輸入并將其轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。光電器件也可以歸類為能量轉(zhuǎn)
這類器件對(duì)于許多高科技行業(yè)都至關(guān)重要，包括汽車、軍事和國(guó)防、航空航天、能源、醫(yī)療、消費(fèi)類電子和電信行業(yè)。
當(dāng)今的一些主要光電組件包括：
光電二極管
激光二極管
發(fā)光二極管（LED）和micro-LED
光敏電阻
太陽(yáng)能電池（光伏器件）
光纖電纜
光電晶體管
光電探測(cè)器
在這些行業(yè)中，光電器件廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，包括：
攝像頭
醫(yī)療成像/醫(yī)療傳感器（內(nèi)窺鏡等）
醫(yī)療診斷（心率監(jiān)測(cè)器等）
激光雷達(dá)和其他汽車傳感器
顯示器
遠(yuǎn)程制導(dǎo)系統(tǒng)
激光
日常電子產(chǎn)品，從智能手機(jī)和智能手表到LED照明、咖啡機(jī)和現(xiàn)代家用電器
光敏開關(guān)設(shè)備
激光打印機(jī)
“光電子學(xué)”與“電子學(xué)和光學(xué)”
傳統(tǒng)的半導(dǎo)體電子學(xué)和光學(xué)系統(tǒng)，使用電子來(lái)傳輸電磁信息信號(hào)。光電子學(xué)與傳統(tǒng)電子學(xué)有所不同，因?yàn)樗€包含來(lái)自光的信息，涵蓋紫外線、可見(jiàn)光和紅外波長(zhǎng)。
不同于對(duì)光進(jìn)行被動(dòng)調(diào)制的純光學(xué)系統(tǒng)（如反射鏡、透鏡和濾光片），光電器件會(huì)主動(dòng)地轉(zhuǎn)換光信號(hào)和電信號(hào)，從而為攝像頭、光纖、激光和光電探測(cè)器等技術(shù)提供支持。這些器件能夠更直接地與穿過(guò)光學(xué)元件的光波的電磁場(chǎng)相互作用，例如與偏振相互作用。
展開 ：異型和同型異質(zhì)結(jié)光電二極管中的壓電光電子學(xué)效應(yīng)
【引言】
近年來(lái)，壓電光電子學(xué)效應(yīng)廣泛被用于各類半導(dǎo)體光電器件的性能調(diào)制，包括：太陽(yáng)能電池、發(fā)光二極管、光電二極管和光探測(cè)器等。然而，關(guān)于壓電光電子學(xué)效應(yīng)在不同器件結(jié)構(gòu)和材料體系的半導(dǎo)體光電器件中的調(diào)制作用機(jī)制研究還鮮見(jiàn)報(bào)道。更重要的是，壓電光電子學(xué)效應(yīng)不僅會(huì)產(chǎn)生使器件性能增強(qiáng)的作用，還可能會(huì)產(chǎn)生使器件性能削弱的作用，極大地限制了壓電光電子學(xué)效應(yīng)能夠達(dá)到的器件性能增強(qiáng)的最大幅度。
【成果簡(jiǎn)介】
近日，在西安交通大學(xué)電子與信息工程學(xué)院微電子學(xué)院賀永寧教授和彭文博博士講師的指導(dǎo)下，潘子健和李芳沛等研究成員以異型和同型異質(zhì)結(jié)光電二極管為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)比壓電光電子學(xué)效應(yīng)在兩種異質(zhì)結(jié)光電二極管器件中的性能調(diào)制作用，系統(tǒng)地研究了不同器件結(jié)構(gòu)對(duì)壓電光電子學(xué)效應(yīng)的影響。研究結(jié)果表明，壓電光電子學(xué)效應(yīng)能使p-n異型異質(zhì)結(jié)光電二極管器件的性能增強(qiáng)約150%，而僅能使n-n同型異質(zhì)結(jié)光電二極管器件的性能增強(qiáng)約55%。通過(guò)系統(tǒng)地分析壓電電荷對(duì)兩種器件能帶結(jié)構(gòu)的調(diào)制作用，發(fā)現(xiàn)：壓電光電子學(xué)效應(yīng)在p-n異型異質(zhì)結(jié)光電二極管器件中引入了兩種增強(qiáng)器件性能的正效應(yīng)，而其在n-n同型異質(zhì)結(jié)光電二極管器件中不僅引入了一種增強(qiáng)器件性能的正效應(yīng)，還引入了兩種削弱器件性能的負(fù)效應(yīng)，因此壓電光電子學(xué)效應(yīng)對(duì)前者的性能增強(qiáng)作用更顯著。此外，有限元仿真結(jié)果表明壓電光電子學(xué)效應(yīng)對(duì)p-p同型異質(zhì)結(jié)光電二極管器件性能的調(diào)制作用與其對(duì)n-n同型異質(zhì)結(jié)光電二極管器件性能的調(diào)制作用類似。
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