光電器件仿真的案例
免費線上研討會 | Ansys Lumerical 的光電器件仿真
為此，我們決定于2023年7月17日下午15：00-16：00，舉辦一場免費線上研討會，誠邀各位光電同行們積極參與、分享交流。
研討會大綱
1. Ansys Lumerical 軟件介紹
2. FDTD、CHARGE、INTERCONNECT 三大模塊介紹
3. Ansys Lumerical 光電器件設計流程
4. 光電器件設計實例:垂直光電探測器
5. 其他光電器件舉例
研討會信息
主題：Ansys Lumerical 的光電器件仿真
時間：2023年7月17日（15：00-16：00）
地點：騰訊會議（317-470-702）
主辦方：武漢宇熠科技有限公司
如您對本次研討會有興趣，可掃描下方二維碼報名（名額有限，額滿即止。）
（317-470-702）
另外，我們針對本次研討會創建了交流群，歡迎聯系工作人員申請進群！
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展開 基于Lumerical掌握光電器件仿真的全流程設計，從基礎原理講解到復雜器件設計
Ansys Lumerical作為業界領先的光子學解決方案，擁有完善的Component Level及Circuit Level仿真能力。FDTD被譽為微納光子器件仿真的黃金標準；MODE是面向平面光波導類器件開發的瑞士軍刀；CHARGE求解載流子的漂移擴散方程和泊松方程，能夠精確模擬半導體器件中的電學特性；HEAT則專注于器件熱效應的分析，能夠準確計算電致發熱或光吸收引起的溫升；INTERCONNECT作為線路級仿真工具，可對整個光子集成電路系統進行時域及頻域分析。
該內容涵蓋FDTD、MODE、CHARGE、HEAT、INTERCONNECT五大仿真工具，內容覆蓋基礎原理講解到復雜器件設計。無源環節不僅包括功率分束器、起偏器、偏振旋轉分束器、濾波器等多種無源光子器件，還包含常用的逆向設計算法，適用于硅基、鈮酸鋰等多種材料體系，可有效助力學員掌握無源光子器件設計技能。有源環節不僅包括電相移器、微環調制器、馬赫曾德行波調制器、垂直光電探測器、熱調諧波導等多種有源光子器件，還包含波分復用、PAM4收發等完整的PIC系統，可大大提升學員設計復雜光子集成電路系統的能力。
展開 應用在電氣絕緣領域的光電耦合器件
光電耦合器的輸入阻抗很小，只有幾百歐姆，而干擾源的阻抗較大，通常為105～106Ω。據分壓原理可知，即使干擾電壓的幅度較大，但饋送到光電耦合器輸入端的雜訊電壓會很小，只能形成很微弱的電流，由于沒有足夠的能量而不能使二極體發光，從而被抑制掉了。
光電耦合器的輸入回路與輸出回路之間沒有電氣聯系，也沒有共地；之間的分布電容極小，而絕緣電阻又很大，因此回路一邊的各種干擾雜訊都很難通過光電耦合器饋送到另一邊去，避免了共阻抗耦合的干擾信號的產生。
光電耦合器可起到很好的安全保障作用，即使當外部設備出現故障，甚至輸入信號線短接時，也不會損壞儀表。因為光耦合器件的輸入回路和輸出回路之間可以承受幾千伏的高壓。光電耦合器的回應速度極快，其回應延遲時間只有10μs左右，適于對回應速度要求很高的場合。
推薦一款由工采網代理的來自臺灣美祿的光耦合器，光耦 - MPC101X,MPC101X系列結合了砷化鋁鎵紅外發射二極管作為發射極，該發射極管光學耦合到塑料LSOP4封裝中的硅平面光電晶體管探測器，具有不同的鉛形成選項。MPC101X系列具有堅固的共面雙模子結構，具有最穩定的隔離特性。
光耦合器屬光電器件中之一環，系一發光及受光元件的組合體，借由光的傳輸達到導通的要求，為一理想的絕緣體，因此在許多電子電器產品上，皆采用此器件作為【高壓隔離】用途。發光器件通常為發光二極體，受光器件通常在低階產品為光二級管/光三級管/光晶閘管，高階產品為光耦合積體電路。
臺灣美祿在光耦合器領域頗有建樹，技術以及產品方面已經很完善，如果想了解更多光耦合器的技術資料，歡迎致電聯系：133 9280 5792(微信同號)
展開 汽車行業芯片光電器件AECQ102測試認證
汽車LED AEC-Q102認證
執行AEC-Q102 FAILURE MECHANISM BASED STRESS TEST QUALIFICATION FOR DISCRETE OPTOELECTRONIC SEMICONDUCTORS IN AUTOMOTIVE APPLICATIONS：車用分立光電半導體器件的基于失效機理的應力測試驗證
AEC-Q102認證對象
汽車電子所有內外使用的分立光電半導體元器件
LED
激光器
光電二極管
光敏三極管
AEC-Q102認證工作溫度等級
本標準規定的光電器件的最低工作溫度為-40℃，最高工作溫度由器件規格書確定
AEC-Q102測試項目(總共28項,并非所有項目都應用于所有器件)
各項參數測試：如光電性能測試、外觀、參數驗證、物理尺寸、熱阻等
環境應力實驗：按照軍用電子器件環境適應性標準和汽車電子通用環境適應性標準，執行器件的應力實驗，如高溫工作、高溫反偏、高溫高濕工作、高溫高濕反偏、溫度循環、功率溫度循環、間歇工作壽命、低溫工作壽命、脈沖工作、振動、沖擊、氣密性、凝露、硫化氫、混合氣體等
工藝質量評價：針對封裝、后續電子組裝工藝，以及使用可靠性進行的相應元器件工藝質量評價，如ESD、DPA、端子強度、耐焊接熱、可焊性、綁線拉力剪切力、芯片推力、晶須生長等。
華碧實驗室致力于LED上中下游產品提供創新的品質解決方案,通過AEC-Q102協助LED廠商找出實驗過程中因設計的不良而導致失效的原因，同時提供專業的磊晶、元件、模塊到LED燈具完整的分析服務，幫助LED廠商快速的找到失效問題點，并提供解決方案。
展開 
：n型單層分子晶體的自下而上生長應用于光電器件
【引言】
在20世紀70年代提出的單層功能分子在電介質表面上的自組裝是用于開發的分子器件的有前景的方法。半自發共軛分子的自組裝單層表現出低的遷移率，并且自組裝單層分子晶體難以按比例放大并僅限于在由羥基封端的基板上生長，這使得它們難以具有復雜的器件功能，特別是對于依賴于n型電子傳輸的器件，由于電子遭受嚴重的電荷俘獲在羥基封端的表面上。
【成果簡介】
近日，來自天津大學的胡文平（通訊作者）和中科院化學所的Jiang Lang（共同通訊作者）的團隊在Nat. Commun.上發表了題為Bottom-up growth of n-type monolayer molecular crystals on polymeric substrate for optoelectronic device applications，該團隊采用重力輔助的二維空間限制方法可以在無羥基聚合物表面上生長具有1.24cm2V-1s-1的高場效應遷移率和帶狀傳輸特性的n型單層分子晶體。他們使用這些單層分子晶體來實現高性能晶體、柵極/光可調諧橫向有機p-n二極管，實驗結果表明該方法可以實現各種更復雜的器件架構，用于器件物理學的基礎研究和一系列光電應用。
【圖文導讀】
圖1：CMUT分子結構示意圖和MMCs的制備過程
(a): CMUT的分子結構；
(b): 制備MMC的示意圖；
(d): 光學顯微鏡圖和處理的SiO2/Si襯底上的MMC的AFM圖。
展開 化學所在有機場效應光電功能集成器件方面取得新進展
為了驗證這一思想，科研人員首先以課題組前期發展的氯代吲哚[3,2-b]咔唑分子（CHICZ）有機半導體分子為例，通過多金膜掩模方法，構筑了基于CHICZ單晶的有機場效應波導器件，系統研究了在溝道電荷傳輸平行和垂直波導傳輸方向的電場對材料光波導性能的影響，證實柵極調控作用對晶體中光波導傳輸特性的有效調制，在平行和垂直方向獲得了分別高達70%和50%的調控幅度。同時，以入射激光作為場效應晶體管的另一個調控變量，實現了光信號傳輸對于晶體管電荷傳輸性能的調控，調控開關比達14800。這一研究結果證實了微觀層面有機半導體材料中的光電相互調制行為，可進一步拓展到更多其他有機高分子共軛材料體系，為有機光電子器件的有效集成提供了一種新思路。相關研究工作近期發表在Nat. Commun. 2018, 9, 4970, DOI: 10.1038/s41467-018-07269-9.
來源：化學所
展開 Advanced Materials綜述報道：MXene基電化學器件及光電催化劑的最新進展與挑戰
盡管MXene的特性研究和應用潛力的開發尚處于起步階段，對該類新興二維材料的重要進展，迫切需要對其進行詳細的總結并深入地討論其在光（電）催化劑及電化學器件領域研究過程中決定材料構效及應用的關鍵因素，這對探索合適的工藝以進一步提高其光（電）性能而言非常重要。
【成果簡介】
為了全面概述MXene基電化學器件及光電催化劑的最新進展，新加坡南洋理工大學王昕教授和Jia wei Chew助理教授（共同通訊）在Advanced Materials發表了題為“Clay-Inspired MXene-Based Electrochemical Devices and Photo-Electrocatalyst: State-of-the-Art Progresses and Challenges”的綜述文章，王侯博士為論文第一作者。該綜述主要從MXene材料的獨特價值和基本性質出發，然后總結了MXene單體, 功能化的MXene以及復合材料的合成路線，突出了其在超級電容器、電池（鋰離子電池，鋰-硫電池及其他堿金屬電池）、電催化和光催化的應用。最終提出了MXene在這些領域研究與應用的重要挑戰和發展前景，譬如(1)非酸刻蝕制備高質量、原子級別的MXene合成路線及其調控；(2)深入理解MXene表面及層間環境和發展混合低維度層級復合材料；(3) 開展MXene基材料在Li–S, Li–O2, Li–X (X = Se, Te, I2及Br2)電池領域的應用研究；(4) MXene基材料在光電催化領域的研究相對較少，非常值得深入開展MXene在產氫、產氧、氧還原、二氧化碳固定、環境修復、氨合成等領域的研究。
【圖文導讀】
圖 1. M3AX2, M3X2 and M3X2Tx 構型示意圖及利用氫氟酸刻蝕制備MXene的流程示意圖。
圖 2.
展開 Ansoft_ HFSS介紹
目標特性研究和RCS仿真
高速互連結構設計
隨著頻率的不斷提高和信息傳輸速度的不斷提高，互連結構的寄生效應對整個系統的性能影響已經成為制約設計成功的關鍵因素。MMIC、RFIC、或高速數字系統需要精確的互聯結構特性分析參數抽取、HFSS能夠自動和精確地提取高速互聯結構、片上無源不見及版圖寄生效應。
光電器件仿真設計
HFSS的應用頻率能夠達到光波波段、精確仿真光電器件的特性。
來自Ansoft中國
ACS Nano：南大繆峰教授課題組在二維材料異質結光電器件領域取得重要研究進展
【前言】
光電導效應是一種光照變化引起材料電導變化的基本物理現象。對于半導體材料，在吸收大于帶隙的入射光子能量后產生光生載流子，根據導致材料導電性的增強或減弱，光電導效應也相應分為正光電導和負光電導兩種效應。這兩種光電效應在低能耗、高頻率響應光電器件等領域展現了重要的應用前景，也受到了廣泛的研究關注。如果能夠在同一器件中同時實現正負兩種光電導效應，以及這兩種效應之間的高效調控，將有望為發展新型光電探測器、高性能光電存儲器等應用提供新的思路。
【成果簡介】
近日，南京大學物理學院繆峰教授課題組首次在基于浮柵的范德華異質結中同時觀察到正光電導和負光電導效應，并且實現了兩種效應之間的柵壓可控轉換。在這項工作中，課題組首先利用二維材料可控轉移技術制備了具有浮柵結構的范德華異質結（ReS2，hBN，MoS2分別作為溝道層，勢壘層，浮柵層）。這種異質結表現出超過107的高開關比、超過104s的阻態保持時間等優異的存儲性能，這來源于浮柵層對溝道層載流子濃度的有效調控。該工作發現光照也可以有效地控制溝道層與浮柵之間的載流子轉移。從而同樣實現對溝道載流子濃度的調控。通過控制載流子的轉移過程，有希望實現正負光電導之間的相互轉換。在實驗上，通過對具有浮柵結構的異質結分別施加正負脈沖柵壓，在撤去脈沖后，器件分別展示出了正光電導和負光電導效應，兩種效應之間可以通過柵壓調控來實現相互轉換。進一步的研究發現在不同功率的光照射下，器件可以保持在不同的電導狀態。基于這種負光電導效應，該課題組提出了一種多態光存儲器件模型，展現了該類器件在未來低功耗多態光電存儲領域的應用潛力。
展開 天津大學黃顯教授團隊《Small》：用于神經系統刺激與監測的植入式柔性多通道光電纖維器件
光纖作為一種常見的光導器件，已經被廣泛應用于通信、物理化學傳感等領域，高效地利用它的表面積或許就能實現更多功能的集成，然而它彎曲的表面使得與其他電子元件的集成極具挑戰性。在生物醫學領域，相比于分離式的光纖與電極系統，利用光纖自身與光纖表面進行刺激與感測，就能夠實現植入物尺寸最小、 對組織的損傷最小。
鑒于此，天津大學生物醫學柔性電子實驗室黃顯教授結合柔性電子技術的研究背景，提出了一種新型的用于多腦區光刺激與生理監測的多通道植入式柔性光遺傳器件。該器件以柔性光纖作為載體，將不同波長的光傳輸到特定的腦區，用于對特定神經元進行光調控，與此同時，該設計充分利用了光纖彎曲的表面，在光纖側壁集成了柔性電極陣列，用于探測神經元的動作電位監測神經元的活動（圖1a）。柔性電極陣列與柔性光纖的緊密結合經過了三次轉印（圖1b），這種利用柔性基底進行轉印的技術也可以用于其他柔性電子器件與曲面結構的完美貼合，文章中以柔性三電極電化學傳感器與光纖的集成作為例子進行了展示。該器件的功能和時序由無線電路控制，并由鋰電池供電，可以固定在自由活動的大鼠頭上同時不會影響大鼠的正常活動，器件柔性的特點也使得植入深度可以自由調節（圖1c-e）。
圖1. 多通道植入式柔性光遺傳器件的工作示意圖及器件結構圖
研究團隊對該器件的光學、電學等方面性能進行了體外的表征測試，并將該器件植入麻醉大鼠的四個腦區中（圖2a）。
展開 數字式環境光傳感器是一種將環境光強度轉換為?數字信號?的光電轉換器件-WH81120UF
數字式環境光傳感器（Digital Ambient Light Sensor, ALS）是一種將環境光強度轉換為?數字信號?的光電轉換器件，廣泛應用于手機、筆記本、智能家居等設備的自動亮度調節，以提升視覺舒適度并降低功耗。
四大核心工作原理：
一、光電轉換?：采用?光電二極管?或?光電晶體管?作為感光元件。當可見光（通常覆蓋380–780 nm）照射到半導體材料上時，光子激發電子-空穴對，產生與光照強度成正比的?微弱光電流??。
二、信號調理?：光電流經?跨阻放大器?（TIA）轉換為電壓，并通過?可編程增益放大器?（PGA）進行放大，以適配不同光照范圍?。
三、模數轉換?：放大后的模擬信號由?高精度ADC?（如16位Σ-Δ或SAR型）轉換為數字值?。
四、?數字輸出?：最終結果通過?I2C?或?SPI?等數字接口輸出，可直接由MCU讀取，無需外部ADC?。
由工采網代理的WH81120UF是一種光數轉換器，它結合了光電二極管、電流放大器、模擬電路和數字信號處理器。內置紅外線濾光片的環境光傳感器（ALS）提供與人眼響應相近的光譜；能準確捕捉周圍環境中的光變化，使產品更智能化。
WH81120UF采用緊湊型表面貼裝封裝，尺寸僅為2.0x2.0x0.7mm，非常適合空間有限的小型電子產品；電壓范圍：1.7V～3.6V，工作溫度范圍-40°C至+85°C，能在惡劣環境穩定運行；具有高分辨率的數字輸出和可編程動態范圍比率，支持I2C接口，以400kHz/s快速模式進行數據通信，提高了數據傳輸效率。
WH81120UF具有高/低閾值的可編程中斷功能。電源需要確保VDD旋轉率至少為0.5V/ms。WH81120UF具有電源復位功能。當VDD在室溫下低于1.4V時，集成電路將自動重置。
展開 
南京理工曾海波、徐曉寶、宋繼中AFM:α-δ晶相工程大幅提升鈣鈦礦光電器件穩定性
【團隊介紹】
新型顯示材料與器件工信部重點實驗室(暨南京理工大學光電材料與器件研究所)，2016年通過工信部認定正式成立，依托“材料學”與“光學工程”國家重點學科，從事光電(顯示、探測、能源)材料與器件領域的前沿基礎研究、工程技術開發及創新人才培養。實驗室現有教師16名，包括國家杰青1人，國家青千2人，省杰青1人，校青年教授5人。
重點實驗室在銻烯二維材料、全無機鈣鈦礦發光量子點等方面取得了一系列國際認可的創新性成果，建立了氧化鋅量子點藍色發光的間隙鋅缺陷態躍遷模型，發展了全無機鈣鈦礦量子點的紅綠藍三基色發光器件新體系，理論發起并實驗驗證了二維原子晶體“銻烯”，發表SCI論文300余篇，獲得國家發明專利32項。近年來主持國家杰出青年科學基金、國家重大科學研究計劃課題、國家國際科技合作專項等30余項科研項目。實驗室培養學生獲國家青千1人，省杰青1人，全國大學生“挑戰杯”特等獎1項、一等獎1項。
展開 Lumerical 單行載流子光電探測器仿真方法
綜述
在本例中，我們將研究混合硅基光電探測器的各項性能。單行載流子（uni-traveling carrier，UTC）光電探測器（PD）由InP/InGaAs制成，其通過漸變耦合的方式與硅波導相連。在本次仿真中，FDTD模塊將分析光電探測器的光學響應，CHARGE模塊將分析器件的電學特性。
背景
光電探測器的主要作用是將光信號轉換為電信號，以解碼出加載到光信道上編碼的信息。因此我們可以使用Lumerical的光學和電學求解器對此類器件進行精確模擬和優化。首先采用時域有限差分（FDTD）方法模擬了光電探測器的光學特性，計算光學吸收功率可以得出電子-空穴對的局部產生率。然后，將光學仿真求得的電子空穴對產生速率導入電學仿真（CHARGE）中用于求解的連續性方程。
對于高速光電二極管，通過將吸收層與收集層解耦，可以使用單行載流子（UTC）設計來優化渡越時間響應[1]。在傳統的PIN結構中，載流子是在本征區中光生的，在本征區中，強場將載流子分離以產生光電流。
展開 EastFDTD 光電領域的仿真案例
仿真案例涵蓋：
1. 激光發射過程（增益材料的應用）
2. 雙穩態現象仿真（非線性材料的應用）
3. 光子晶體色散曲線
4. Chiral材料應用
5. 本征模式計算
6. 電磁力計算
7. OLED出光效率計算
光電仿真案例.pdf
COMSOL光電和HFSS+CST天線仿真案例培訓
10.2 參數化掃描
10.3 數據后處理
10.4 工作列表設置
11 頻率選擇表面的仿真方法——掌握CST 頻率選擇表面仿真方法
實例操作：CST 有源可調諧頻率選擇表面仿真
v CST天線仿真總結：
1．CST天線仿真與HFSS的區別及優勢
2．CST天線仿真的步驟
3．CST天線仿真的技巧
時間地點：
Comsol光電培訓班：
2021年3月27日-3月28日 在線直播（授課兩天）
2021年4月10日-4月11日 在線直播（授課兩天）
天線設計仿真培訓班：
2021年4月10日——4月11日 在線直播（授課兩天）
2021年4月17日——4月18日 在線直播（授課兩天）
報名費用：
Comsol光電培訓班：
每人￥3900元（含報名費、培訓費、資料費）
優惠一：3月15日前匯款可享受200元優惠（僅限前八名）；
天線設計培訓班：
每人￥3900元（含報名費、培訓費、資料費）
優惠一：3月25日前匯款可享受200元優惠（僅限前八名）；
優惠二：
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