一、半导体pn结的过去现在和未来（论文文献综述）
吴九鹏[1]（2021）在《碳化硅MPS二极管的设计、工艺与建模研究》文中提出电能是当今人类消耗能源的主要形式,并且所占比例逐年上升。因此,对电能进行处理和变换的电力电子技术就显得越来越重要。半导体功率器件是电力电子技术的核心元件。近年来,基于碳化硅（SiC）材料的新一代功率器件异军突起,以其击穿电压高、导通电阻小、开关速度快等特点,逐渐得到了学术界和产业界的青睐。在碳化硅器件进步的过程中,高效的器件设计方法、稳定而低成本的流片工艺、器件在异常工况下的行为特征和可靠性,都需要进行细致的研究。而碳化硅二极管就是研究这些问题的绝佳平台。目前最流行的碳化硅二极管包括结势垒肖特基二极管（Junction Barrier Schottky diode,JBS diode）以及混合PiN结势垒肖特基二极管（Merged PiN Schottky diode,MPS diode）。它们在正向导通、反向阻断性能和浪涌、雪崩可靠性之间取得了较好的平衡。众多研究者针对MPS/JBS二极管的元胞设计和器件性能之间的关系做了深入的研究,并且已有多家厂商开发出了成熟的商业产品。但是目前针对碳化硅二极管的研究仍然存在一些不足之处,包括SiC MPS二极管中稳定可靠的P区欧姆接触工艺、芯片外延层参数的设计和提取、器件在浪涌等大功率电热耦合过程中的电学和热学行为的表征和结温信息的获取等,都存在众多值得优化的地方。针对这些问题,本文设计、流片完成了多种SiC MPS/JBS二极管,并针对制备完成的器件开展了系统的表征测试和建模分析的工作,主要包括:（1）SiC MPS/JBS二极管结构参数的设计与工艺开发;（2）对制备完成的SiC MPS/JBS二极管的静态、动态、浪涌可靠性的测试;（3）建立针对带有场限环终端的垂直型功率器件的外延参数提取方法;（4）建立针对浪涌过程的电热耦合结温计算模型。本文具有以下创新点:（1）通过设计、流片、测试具有两种元胞排布和多组尺寸参数的SiC MPS二极管,本文充分理解并掌握了SiC MPS二极管研发技术。本文同时从仿真和实际层面揭示了器件元胞设计、静态特性与浪涌可靠性之间的联系。根据电流和温度的不同,本文将SiC MPS二极管在浪涌过程中的电学行为简化为三个模态,并详细分析了各个模态的形成和转化机理,加深了对器件浪涌特性的理解。本文同时开发了一套基于注入型P+区的SiC MPS二极管流片工艺,最大限度地兼容了SiC JBS二极管的工艺流程。根据此工艺流程制备完成的器件具有稳定的电学特性,并在浪涌电流冲击等极端工况下展现出了媲美商业器件的高可靠性。（2）本文改进了芯片外延层参数的传统设计和提取方法。通过引入辅助函数并结合数值方法,本文提出了无需电子和空穴的碰撞电离系数相等的假设、直接处理二重积分形式的雪崩击穿判据并计算击穿电压的算法。基于该算法,本文给出了适用于4H-SiC材料、根据耐压设计目标确定最佳外延参数的拟合公式,方便了外延层设计。本文同时改进了提取芯片外延参数的传统C-V法。通过考虑场限环终端（Field limited rings,FLRs）对耗尽区几何形状和器件C-V特性的影响,优化后的外延参数反推算法相比于传统C-V法能计算出更准确的外延掺杂浓度和厚度,有助于对器件进行逆向工程分析。（3）本文基于传统RC热路模型,提出了适用于浪涌过程的分布式热源电热耦合结温计算模型。本模型通过改变热学支路的拓扑结构来模拟分布式热源,通过令电学支路和热学支路的参数先后发生改变来实现电学和热学过程的解耦。本模型可从器件的静态正向电学特性和热阻抗测试结果出发,无需实际进行浪涌测试,即可准确而快速地预测其在浪涌过程中的电学行为和内部各部分的结温变化。本模型考虑了热源分散在芯片各处而非集中在主结这一事实,也考虑了各层材料的热阻和热容参数随温度的变化,相对于传统方法更接近实际情况,具有更高的精度。本文提出的器件设计、工艺流片、建模分析等研究手段,为器件研究者提供了一套完整的方法论。这些手段能加快器件的设计和分析过程,加深器件研究者对器件工作机理的理解。可以预见,本文及其后续研究,将提供越来越多的针对功率器件的研究手段和机理模型,有助于提升功率器件研究工作的效率。
陶泉丽[2]（2021）在《多结太阳电池优化设计及制备》文中指出目前,光伏行业面临的主要问题依然是如何提高电池性能、降低电池成本。太阳电池作为光伏阵列的核心单元,提高电池光电转换效率以及减少材料使用量是有效降低成本的途径。多结太阳电池因其材料的吸收系数较大,光谱响应优良以及抗辐照特性好等优势广泛应用于空间动力源以及地面聚光光伏电站。电池的材料特性以及结构设计是影响太阳电池的电学性能、光谱响应的主要因素。本文的研究工作主要针对三结太阳电池展开,采取数值模拟的方法对电池各层材料匹配以及电池结构进行优化,基于优化的电池结构进行实验验证,并且分析了空间用三结太阳电池的辐照损伤情况。研究工作中取得的主要成果如下:1.GaInP/GaInAs/Ge三结电池结构设计及优化。依据多结太阳电池光电转换原理,建立电池理论效率与子电池结构参数的关系。首先对带隙组合为1.89eV/1.41eV/0.66eV 晶格匹配的 Ga0.51In0.49P/Ga0.99In0.01As/Ge 电池结构 A 进行优化。经计算在顶、中电池厚度分别为h1=1.74μm,h2=5.61μm时效率最高,为42.75%。此时短路电流密度Jsc为14.53 mA·cm-2,开路电压Voc为3.22V。为了获得更好的电流匹配,通过调整In组分更改带隙组合,从而获得更高的理论转换效率。在失配电池的体系中由于存在位错,顶中电池晶格匹配的结构更有利于提升电池质量,电池结构 B Ga0.34In0.66P/Ga0.81In0.19As/Ge 以及电池结构C Ga0.48In0.52P/Ga0.971n0.03As/Ge 理论效率较高且位错密度较低。B、C结构经过优化最佳理论效率分别为45.35%和43.27%,B点和C点顶中电池与底电池的晶格失配分别为1.26%和0.16%。2.失配位错对于多结太阳电池性能的影响。由于失配体系会在电池内部引入位错,首先分析了位错的产生及增值的机制,量化分析了位错密度对载流子寿命以及电学性能的影响。发现B、C结构位错密度分别在3.6×105 cm-2、2.9×104 cm-2以下时,理论效率高于晶格匹配结构。计算了不同失配度下的位错密度,结果分别为1.3×105 cm-2和1.6× 104 cm-2,B、C结构均有利于电池效率的提升。C结构由于晶格失配仅为0.16%,在实际生产中更容易生长出高质量的薄膜。3.高倍聚光三结太阳电池制备及性能研究。根据计算所得参数,生长电池的重要部分Ga0.48In0.52P/Ga0.97In0.03As/Ge外延片。连接顶中子电池隧穿结为N-AlInP/n-GaInP/p-AlGaAs/P-AlGaInP宽禁带多异质结结构,隧穿峰值电流密度可达443 A/cm2,满足聚光条件下使用。电池减反射膜采用TiO2/Al2O3双层膜结构,折射率为2.17/1.76。通过光刻版图溅射金属电极,电极宽度设置为5μm,高度为6 μm。将电池芯片与旁路二极管、接线端子贴放在覆铜陶瓷基板通过焊锡膏固定,即得到高倍聚光系统的接收模块。在AM1.5D（500倍聚光）的条件下,经I-V测试,电池模块效率可以达到40.77%。为了保证电池芯片的生产质量,针对批量生产的电池芯片进行测试,结果显示效率大于38%的芯片占比为99.3%,效率可超过40%的芯片占比为68.5%。4.空间太阳电池的辐照损伤研究。太阳电池在空间经高能粒子辐照情况下电池性能下降很快,服役寿命受到很大影响。在AM0辐照条件下采用1MeV电子对三结太阳电池进行辐照模拟,在电子注量为1 011 cm-2-1020 cm-2的范围内研究辐照对短路电流密度以及开路电压的影响。在注量为1×1015 cm-2和1×1016m-2时,主要对顶、中电池的光谱响应进行模拟。发现在1×1016 cm-2注量下光谱响应衰降明显,尤其是GaInAs中电池,且随着波长加大衰降程度也加剧。然后针对中电池GaInAs这种衰降特性进行了分析,一般认为GaAs材料比起InP材料的辐照损伤系数更大,所以GaInAs中电池的辐照损伤比GaInP顶电池更加严重,可以通过降低中电池基区厚度来提升抗辐照能力。5.Si衬底Ge薄膜的生长与表征。为了降低Ge材料在三结太阳电池中的使用量,在Si衬底上,采用石墨缓冲层法以及GeSi组分渐变缓冲层法使用磁控溅射设备生长了 Ge薄膜,并使用XRD和Raman以及SEM对薄膜进行表征,实验表明衬底温度和退火参数对Ge薄膜质量有很大的影响。分析了薄膜晶体质量受影响的因素以及薄膜晶化过程。依据布拉瓦的最低能量原理,解释了在退火过程中薄膜择优取向的成因。6.GaInP/GaInAs/GeSi三结太阳电池结构优化设计。由于Ge禁带宽度与Ⅲ-Ⅴ族化合物相差较大,为了寻求更好的带隙组合,可以以GezSi1-z为三结电池的底电池。首先对晶格最为匹配的Ga0.51In0.49P/Ga0.99In0.01As/Ge0.99Si0.01电池厚度进行优化,经计算在顶电池厚度h1=1.29 μm,中电池厚度h2=5.61μm处,理论效率最高,达到42.27%,短路电流密度为14.28 mA·cm-2,开路电压为3.23 V。为了进一步提高效率,通过调整材料组分改变禁带宽度。在顶、中电池晶格匹配的情况下,对于GaxIn1-xP/Ga1-yInyAs/GezSi1-z结构,最优的带隙组合为1.87/1.41/0.78eV,材料组分为x=0.50,y=0.01,z=0.84。在顶、中电池厚度分别为0.99 μm、5.32μm时理论效率最大,达到43.44%。此时短路电流密度Jsc为14.30 mA·cm-2,开路电压Voc为3.32 V。此时顶中电池与底电池的失配度为0.6%,理论位错密度为3×104 cm-2,量化分析了位错密度对电池电学性能的影响,此时Ga0.51In0.49P/Ga0.99In0.01As/Ge0.84Si0.16电池结构理论效率高于晶格匹配的GaInP/GaInAs/Ge电池。
何泽明[3]（2021）在《基于上转换和非成像光学器件的热辐射型能源利用研究》文中研究指明能源作为现代人类社会和经济发展的根本动力,是国民经济发展的重要保证。伴随着化石能源的大量开采和消耗,能源和环境危机已然成为国民关注的共同话题。社会发展面临着资源短缺、环境污染、气候变化等问题,这与当下的能源结构有着重要的关系。随着“十四五”规划的战略部署,在“碳达峰”“碳中和”总体目标的指引下,新能源技术的开发和利用对转变以传统化石能源为主的结构形式起着重要的作用。新能源作为对传统能源的替代和补充,对未来的发展有着重要的意义。作为新能源的热辐射型能量,包括高温热源辐射能量和太阳辐射能量,对其利用形式进行研究,有着现实意义。本文以热辐射型能源的收集与利用为主线,针对复合抛物面聚光器与热电器件、光伏热电混合系统、上转换材料与光伏电池这三个能量转换系统,重点研究和分析了辐射型能量的利用,提出对能量转换系统的优化方式,并采用计算分析与实验测试相结合的方法对优化结果进行验证。本文的主要内容和结论如下:（一）针对可产生高温热源的场景,依据边缘光线原理设计制作了用于红外辐射能量收集的非成像抛物面聚光器。聚光器与温差发电器件即热电器件相结合,显着提升了器件的整体性能,探讨了该种结合形式对余热回收利用的效果。研究从数值模拟分析入手,依次通过对热电单元、热电器件整体进行建模,讨论了抛物面聚光器对器件输出功率和转换效率提升的具体结果,分析说明了即使在器件内部PN结数量大幅减少的情况下,使用CPC仍能获得较完整热电器件不使用CPC时更高的输出功率和效率。最后搭建实验测试系统,以实验验证的方式,进一步分析CPC对热辐射能量的收集以及对热电器件性能的影响,得出了聚光器对辐射能源利用的优势以及对热电器件结构优化的作用。（二）通过实验测量对比,研究了不同太阳能电池（单晶硅电池和砷化镓电池）组成的光伏热电混合系统的性能。在分析了太阳能电池种类、聚光倍数、冷却温度、外接负载等对系统输出功率和能量转换效率的影响的同时,提出了混合系统要获得最优输出功率存在一个最优的太阳能电池与热电器件的面积比值,在该最优值下,由砷化镓电池与热电器件组成的混合系统,最大的转换效率可达32.2%。通过机器学习对该最优值进行优化,得出太阳能电池与热电器件的面积比为4.41时混合系统性能最优,并通过实验验证了机器学习的预测结果。通过对光伏热电混合系统的结构参数进行优化,探讨了机器学习在能量转换系统性能提升方面的应用,为后续的研究提供了参考。（三）对基于上转换材料的光伏电池进行了实验研究。通过了解上转换材料的发光机制,分析了上转换材料对太阳能电池性能提升的原理。搭建实验测试系统,分别通过激光和光照激发上转换材料,探讨上转换材料在太阳能电池性能提升方面的应用。经实验总结分析,使用上转换材料,可使双面单晶硅电池的功率和效率分别提升约6.64%和6.65%。对比不同聚光比下,上转换材料对太阳能电池性能的影响,分析得出在高倍聚光比下,上转换材料对太阳能电池性能提升的作用更为明显。
蒋静静[4]（2021）在《基于钙钛矿单晶同质结光电二极管与光电三极管的制备及其光电性能研究》文中研究说明卤化钙钛矿CH3NH3Pb X3（X为Cl、Br或I）因其优异的光电性能和广泛的化学生产工艺受到广泛关注,特别是,MAPb Br3和MAPb I3的单晶被证明具有较长的载流子扩散长度和极低的陷阱态密。另外,与异质结结构特性相比较,同质结具有更完美的整流特性和光伏特性,这是因为同质结型光电探测器因其组成材料具有相似的带隙,界面晶格失配度小,缺陷态密度小,在现如今的器件制备中具有重要的研究价值,到目前为止,杂化钙钛矿单晶的异质结已经被广泛地研究,但是制备钙钛矿单晶同质结的研究却鲜有报道。本文主要通过钙钛矿掺杂,改变钙钛矿MAPb Br3半导体特性,进而构筑钙钛矿同质结光电二极管和光电三极管,主要取得以下研究成果:MAPb Br3在之前的报告中是一种固有的p型半导体,在这项工作中起着p型衬底的作用。通过引入Bi3+离子,可以实现MAPb Br3晶体的多价掺杂,改变半导体特性。在此,我们以MAPb Br3单晶为基础,在化学合成过程中引入Bi3+,制备了pn光电二极管和npn光电三极管:（1）掺杂Bi3+离子后,MAPb Br3单晶的缺陷密度相对于以往报道基本上保持一个量级,并没有造成缺陷浓度大幅度增加。（2）对于光电二极管,我们发现该器件具有典型的光伏特性,可以作为自驱动的光电探测器工作。我们通过调节掺杂浓度进一步提高了器件的性能,在0.3%的掺杂水平没有任何有偏压情况下,器件具有较低的暗电流(4.8×10-10A)。此外,钙钛矿单晶光电二极管具有高达0.62 A/W的高响应度（R）和接近2.16×1012Jones的探测率（D*）。与其它结构相似的MAPb Br3单晶器件相比,具有可比性和明显的优越性。（3）我们进一步分析了基于pn结的MAPb Br3单晶npn光电三极管。我们知道,采用简单的npn或pnp异质结/同质结结构的光电探测器不仅可以实现光信号的转换,而且可以放大光电流,从而提高器件的性能。此外,国内外研究关于钙钛矿同质结光电三极管的报道也是甚少。MAPb Br3单晶光电三极管的放大倍数本文达到2.9×103,除此之外,我们基于此钙钛矿单晶的光电三极管探测器还获得了高响应度（14.47 A/W）和高的外量子效率（3.46×103）。结果表明,MAPb Br3单晶pn结和npn同质结光电探测器为进一步的实验和探索性研究提供了足够的保障,在未来的光电器件和系统中有潜在的应用前景。
王帅[5]（2020）在《硅基氮化镓可见光芯片的性能研究》文中认为随着通信技术的不断提高,可将光通信必将日渐重要,而如今还没有成熟的利用同种工艺制作的同质集成的既可以发光又可以监视的可见光通信系统。而目前研究得知基于氮化镓材料制作的光子器件发光与探测共存的现象,本文就将利用氮化镓材料制作量子阱二极管来进行同时发光和能量检测的可见光通信。通过将量子阱二极管和光波导集成在金属键合的硅衬底的Ⅲ族氮化物上,首次实现了基于垂直结构量子阱二极管的整体式多组件系统平台。此系统使用所有现有标准氮化镓芯片制造工艺制造的两种相同源极的量子阱二极管分别用作LED和PD,并且形成波导以在LED和PD之间建立片上光学通路。PD吸收通过光波导耦合过来的相邻的LED发出的光,从而感应出与LED注入电流成比例的光电流,一个PD可以同时监视多个LED,通过使用信号提取方法从叠加信号中识别系统的个体LED的差异,从而形成片上功率监控系统。本文中利用垂直结构蓝光发光二极管的既可以发光,又可以检测光的性能组成了片上一对多的能量检测系统,利用PD将不同LED的不同信号区分开来。又因为PD和LED是同质集成的,也即两者地位可以互换。在未来可以将芯片用于日常道路、建筑工地上的灯,作为灯发光的同时又带有监控的功能,充分体现了多功能芯片的强大。
王钥[6]（2020）在《基于氮化物的发光二极管通信性能的研究》文中提出随着移动数据,视频流量的井喷式增长,传统无线通信技术显露出了其固有的弊端,可见光通信技术作为一种互补通信技术逐渐受到人们的关注。在可见光通信领域,半导体二级管器件的制备一直备受人们的关注,因为采用半导体加工工艺制备出的二级管器件的性能好坏决定了可见光通信系统的性能优劣。因此,对于半导体器件的理论仿真是制备器件之前必不可少的步骤,通过理论器件结构参数的仿真,我们可以以最低的成本寻找到最优的器件结构参数,同时降低器件制备的生产周期。本文采用Rsoft软件模拟仿真了300μm长,10μm宽直波导加半圆形结构的波导器件的光传输效率,得出半圆形结构的最优半径为8μm,且光在此种波导结构中的理论传输效率可达96%。另外,本文还仿真模拟了分支波导与耦合波导结构,仿真结果表明:在波导结构长宽值相同的情况下,分支波导的光传输效率要高于耦合波导的耦合效率;分支波导的光传输效率与波导的弯曲程度成反比;耦合波导的耦合效率与耦合波导的长度成正比,同波导间耦合距离成反比。一般而言,可见光通信系统的各部分都是离散的,独立的,这不利于信号传输的准确性与可靠性。本文基于半导体硅以及Ga N等材料的优良物理化学性质,通过半导体加工工艺制备了集光源、波导和接收器于一体的片上光子集成系统,通过扫描电子显微镜显示该制备系统结构完好,外表平整。除此之外,我们还测量了所制备器件的伏安特性曲线,电压与电容特性曲线,电致发光谱以及探测响应谱以及通信性能,实验数据表明,该器件开启电压较小,为1.12V;在小于700k的扫描频率下会出现负电容现象;发光谱与探测谱在430-450nm的范围内重叠,表明该器件在重叠波长范围内,既可以作为发送端,也可以作为接收端,可实现双工通信;片上光子集成系统的通信速率可达100kbps。
丛佳[7]（2020）在《可见光通信CMOS集成光电器件及差分光接收机的研究》文中提出可见光通信（VLC）技术,在照明的同时,可进行高速通信,已成为国内外通信领域中研究的热点之一。其具有频谱资源丰富、系统容量大、保密性好、无电磁干扰和可与现有照明网络结合等特性。特别是集成化的VLC系统,还具有成本低、尺寸小、功耗低、可靠性高等优点,是VLC技术进一步普及和产业化的必然要求。为实现VLC系统集成化,本论文基于标准CMOS工艺,研究了可适用于VLC系统的Si-LED和彩色光电探测器（PD）等新型光电器件,及光电负阻、全差分和伪差分光接收机等电路。这些器件与电路都进行了单独流片,且测试结果良好。本文主要完成了以下工作:1、发射端全集成的相关研究。研究了一款高光功率密度的正向偏置CMOS Si-LED,发现并科学解释了两个新特性,即,大电流下,光输出功率随电流增大呈非线性指数增长;电致发光光谱主峰位置随电流增大而蓝移,且光谱中有新峰出现。设计并流片实现了一款基于UMC 0.18μm标准CMOS工艺的新型光互连系统,其可以实现片上VLC。测试、评价了几款VLC系统中常见可见光光源。2、新型集成彩色光电探测器的设计。基于导模共振效应,提出了采用标准CMOS工艺设计多晶硅亚波长光栅（SWG）滤光片的方案。依据此方案,首次设计并流片实现了三个基于TSMC 40 nm标准CMOS工艺具有二维SWG的彩色PD芯片。彩色PD的最大峰值波长分别为660 nm、585 nm和465 nm,它们有足够的光谱选择性。显微照片颜色区分明显,与仿真的相应SWG反射光谱对应。3、新型全差分集成光接收机的设计。首次实现了一款基于CMSC 0.25μm标准CMOS工艺的双PD可见光全差分OEIC（光电集成电路）光接收机芯片,两PD结构不同、面积较大,均可接收光信号。通过PD光谱响应和等效电路分析,设计出两PD的结构。为使两PD具有相等电容和带宽,研究了集成PD的带宽提高技术、光频响应和光谱响应特性,合理设计了每个PD的的总面积及其最小单元尺寸。为弱化输入负载电容过大对接收机带宽的影响,电路中采用了多种带宽拓展技术。基于OOK调制,全差分接收机芯片的最高实时数据传输速率达480 Mbit/s,电压摆幅为550 mV。该芯片相对于等面积的伪差分参照光接收机芯片（电压摆幅为350 mV）,响应更灵敏。4、高峰谷比集成光电负阻的设计。采用UMC 0.18μm标准CMOS工艺设计出一款具有较高峰谷比（PVCR）的光电负阻。在光控下,该光电负阻的PVCR可达4827,比已报道的光控负阻高出2个数量级,谷值电压小于0.5 V,其具有较好的节能特性。另外,该光电负阻还具有较好的S型光电负阻特性。
贾晓卫[8]（2020）在《高性能垂直腔面发射激光器的研究》文中指出近年来互联网技术发展迅速,现代化建设越来越先进,社会已经进入了以大数据为中心的信息时代。以光纤为传输链路的光互连技术越来越成熟,近些年来光纤传输数据向着传输速度高、传输量大、传输损耗小的方向发展,光互连技术也以不可逆转之势迅速占领市场,垂直腔面发射激光器作为光纤传输链路的光源也受到越来越多的关注。垂直腔面发射激光器是一种新型的半导体激光器,激光出射方向垂直于谐振腔表面,具有体积小、低功耗、低阈值电流、高温度稳定性、高速调制、输出光斑近圆形易于光纤耦合、易于集成等优点。随着光互联、光通信对高带宽,低功耗的需求,高性能垂直腔面发射激光器成为该领域的主流光源,所以优化垂直腔面发射激光器性能,提高其调制速度和调制带宽,降低功耗,具有重要意义。本论文的主要内容围绕垂直腔面发射激光器的制备工艺以及激光器的性能优化展开,性能优化主要依托相关理论对激光器的相关性能进行了理论模拟分析。本论文的具体研究内容如下:首先,本文简单介绍了垂直腔面发射激光器的研究背景及意义,并对垂直腔面发射激光器的研究进展做了一些总结,根据这些总结了得出一些优化垂直腔面发射激光器的方法,另外对垂直腔面发射激光器的应用做了简单介绍。其次,简单介绍了垂直腔面发射激光器的四种基本结构,并对垂直腔面发射激光器的内部响应和外部响应理论作了重点分析,同时阐述了它的基本特性,如分布式布拉格反射镜、阈值增益、光限制因子、阈值电流密度、纵模特性和PAM4调制模式等,而且简单介绍了PN结的基本原理和特性。然后,介绍了与垂直腔面发射激光器的制备有关的微纳加工工艺:光刻、干法刻蚀、薄膜生长、BCB平坦化工艺。详细介绍了BCB特性以及其工艺步骤,通过实验分析非光敏BCB和光敏BCB的平坦化情况,最终确定工艺参数。重点介绍了垂直腔面发射激光器的工艺流程和工艺参数,并对每一步实验工艺可能出现的状况和注意事项做了简单总结。最后,第一次做大片工艺,实验效果不尽人意,对失败工艺进行了经验总结。接着,由于垂直腔面发射激光器体积小,器件散热以及热损耗已经成为制约激光器性能的重要因素。因此,分析激光器的热性能,以改善激光器的性能。我们根据激光器热分析的相关理论以及实验结果,对波长980nm的垂直腔面发射激光器进行热性能分析,采用有限元分析的方法分别从氧化孔径、氧化层厚度、驱动电流以及底层布拉格反射层材料四个方面研究他们对有源区温度的影响。模拟结果显示激光器氧化孔径越大有源区温度越低,氧化孔径在一定范围内,激光器有较好的调制特性;氧化限制层的厚度对有源区温度的影响不大;通过激光器的电流不同,有源区温度明显不同,而且外加电流越大,有源区就温度越高;比较了两种材料的底层布拉格反射镜对有源区温度的影响,模拟结果显示二元系材料比三元系合金材料的热导性更高。有源区温度越高,器件微分增益越低,激光器性能也随之越差,这些热场模拟结果,在优化激光器设计时有重要的指导意义。最后,隧道结的伏安特性比较特殊,将它填埋在激光器中不仅可以降低激光器的电阻,同时还会对激光器的电流进行横向限制。本章简单介绍了PN结的一些特性。因为隧道结是高掺杂的PN结,所以从掺杂浓度以及掺杂类型等方面分析了它们对隧道结特性的影响。模拟结果发现隧道结特性受它们的影响很大,主要表现为掺杂浓度越大,隧道结内电子隧穿的概率越大,所以隧穿电流也大;N型掺杂比P型掺杂浓度对隧道结特性的影响更大一些。
鲁金蕾[9]（2020）在《异质结光晶体管器件的设计及工艺基础研究》文中提出低噪声高信噪比的光电探测器已广泛应用于通信、遥感、天文观测、医学成像、国土安全、无损检测等弱光信号检测领域。其中异质结光电晶体管（HPTs）与主流的弱光信号探测器PIN光电二极管（PIN-PDs）和雪崩光电二极管（APDs）相比,它可以在无雪崩噪声的情况下提供较大的内部增益,并且能在低偏置电压下以线性方式工作,因此得到了广泛的关注,甚至在某些领域具有超越PIN-PDs和APDs的潜力。与发射区基区面积比为1的异质结光电晶体管相比,发射区缩小的异质结光晶体管具有更高的光学增益。为了定量地描述器件发射区基区面积比与光增益之间的关系,并找出器件面积比的最佳取值,我们通过推导得到了光增益与面积比的表达式,并给出了光增益随器件面积比的变化曲线。在此基础上,考虑到Ga As基材料的外延和器件工艺都相对成熟,我们首先设计了5组Ga As基的不同面积比HPTs器件,测试其输出特性,并对数值分析结果进行验证。结果显示,测试得到的实验值与理论推导得到的变化曲线拟合的较好,两者都证实了面积比越小的器件光增益越大。面积比为0.0625的器件具有最高的光学增益,比面积比为1的器件的光学增益大两个数量级。然而,面积比为0.0625的器件的暗电流却是面积比为1的器件暗电流的40倍。所以,可以通过计算器件的信噪比（SNRs）,得到器件面积比的最优取值为0.16,该器件的信噪比是面积比为1的30倍。这一结论改善了HPTs器件的输出特性,为器件的几何结构设计提供了一种方法。进一步地,为了降低器件的暗电流水平,我们探究了SU-8作为钝化层对光电探测器性能的影响。考虑到Ga Sb光电二极管结构简单,且相较于其他材料的二极管器件暗电流更大。因此,我们首先测试了不同尺寸的台面面积和钝化层厚度的Ga Sb光电二极管的暗电流密度,发现其在钝化层厚度为3.01μm处存在极值（最小值）。此时的暗电流密度与未钝化器件相比降低了二十倍(9.80×10-6A/cm2)。同时,该钝化后器件的表面电阻率为854Ω·cm,提高了六倍;量子效率为36.3%,大约提高了一倍。但是,具有更厚或更薄的钝化层的钝化器件却出乎意料地显示出比未钝化器件更高的暗电流密度,这说明,SU-8钝化层在制备的过程会引入应力,应力有可能加剧器件的表面漏电流。所以在器件钝化中应小心处理钝化层所带来的应力。最后,我们将该钝化方法应用在In P基HPT上。钝化后器件BC结的暗电流降低了61.2%,量子效率提高了58.1%。对于发射区基区面积比最小的HPT器件,其暗电流密度降低了一个数量级,增益提高了34%。对于信噪比最大的HPT器件,相比于钝化前,器件的信噪比提高了两倍。由此可知,SU-8钝化层一方面可以通过改善器件的表面情况降低BC结的暗电流,提高其量子效率;另一方面可以通过降低器件的表面复合系数,提高器件的增益和信噪比。这也再次证明了SU-8作为钝化层的可行性,为其他光电探测器的表面处理和钝化提供了一种方法。
刘保坤[10]（2020）在《基于相位编码的谐波雷达半导体PN结探测关键技术研究》文中研究指明根据探测目标的性质可以将目标分为线性目标和非线性目标。线性目标在受到电磁波照射时只会散射基波信号,非线性目标在受到电磁波照射时不仅会散射基波信号,还会散射谐波信号。半导体PN结就是典型的非线性目标,当半导体PN结受到电磁波照射时会散射基波和谐波信号,在其散射的谐波信号中功率最强的是二次谐波信号。本文以此为研究背景,对单目标和集群目标产生的二次谐波信号的探测展开研究,主要研究了谐波雷达的调制方式、测距方法、码型选择、接收端信号的检测跟踪以及基带部分FPGA实现的关键技术。本文主要贡献如下:（1）在信号调制方面,如果采用传统的二相编码方法,在谐波雷达接收端无法对半导体PN结散射的二次谐波信号进行有效解调。将二相编码信号的初始相位由0度和180度改为0度和90度,可完成对二次谐波信号的有效解调。（2）针对当前存在的谐波雷达大多探测精度低,有些甚至无法测距的问题,本文提出了载波相位测距的方法。文中对伪码和载波相位的测距精度分别进行了仿真分析,结果表明利用载波相位测距的精度要远高于利用伪码测距的精度。为了能够检测出低于系统噪声水平的弱功率信号,利用伪随机码的处理增益来提高系统灵敏度。（3）在谐波雷达的接收端,为了实现对目标的有效检测,利用了匹配滤波的方法。半导体PN结散射的二次谐波信号十分微弱,为了获得精准的相位信息,采用了Costas环技术。Costas环输出的是压控振荡器的输出信号,此信号保留了接收到的二次谐波信号的相位信息,并且其幅度和信噪比都要优于接收到的二次谐波信号。为了提高Costas环的稳定性及解决载波相位测距的整周模糊度问题,采用了码环辅助载波环的设计方法。环境及系统的噪声会使环路输出的相位信息引入误差,通过卡尔曼滤波器对接受到的二次谐波信号进行去噪处理,有效降低了环路输出的相位误差。（4）硬件设计上,本文提出了完整的硬件架构。对基带信号处理部分的关键技术在ISE上完成了FPGA设计,并给出了RTL级仿真验证图。设计过程中,为了节约硬件资源采用了基于CORDIC算法的数控振荡器。最后,通过仿真验证可知本方案在信噪比为0d B的情况下,平均探测误差仅为1.76cm。
二、半导体pn结的过去现在和未来（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、半导体pn结的过去现在和未来（论文提纲范文）
（1）碳化硅MPS二极管的设计、工艺与建模研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 .碳化硅材料 |
| 1.1.1 .碳化硅材料的晶体结构 |
| 1.1.2 .碳化硅材料的特性参数 |
| 1.2 .碳化硅功率二极管的发展历程 |
| 1.2.1 .SiC JBS二极管 |
| 1.2.2 .SiC MPS二极管 |
| 1.3 .碳化硅功率二极管浪涌过程结温估算 |
| 1.4 .本文研究的重要意义和主要内容 |
| 1.4.1 .本文研究的重要意义 |
| 1.4.2 .本文研究的主要内容 |
| 第2章 SiC MPS二极管的仿真设计与工艺开发 |
| 2.1 .SiC MPS/JBS二极管的元胞结构 |
| 2.2 .外延层掺杂浓度和厚度的设计 |
| 2.2.1 .基于雪崩击穿判据计算外延层击穿电压 |
| 2.2.2 .击穿电压固定下的允许外延厚度 |
| 2.2.3 .外延层耐压固定下的最佳外延层参数 |
| 2.3 .SiC MPS二极管的仿真设计 |
| 2.3.1 .器件数值仿真技术和模型简介 |
| 2.3.2 .仿真设计优化 |
| 2.4 .SiC MPS二极管的工艺开发 |
| 2.4.1 .SiC MPS二极管的工艺步骤 |
| 2.4.2 .P型欧姆接触工艺研究 |
| 2.5 .本章小结 |
| 第3章 SiC MPS二极管的特性测试 |
| 3.1 .静态测试结果 |
| 3.1.1 .自制器件之间的静态特性对比 |
| 3.1.2 .自制器件与商业器件的静态性能对比 |
| 3.2 .动态特性测试结果 |
| 3.3 .浪涌可靠性测试结果 |
| 3.3.1 .单次浪涌可靠性测试 |
| 3.3.2 .器件的高温静态Ⅰ-Ⅴ特性分析 |
| 3.3.3 .二极管浪涌过程电学行为模式 |
| 3.3.4 .自制器件与商业器件的浪涌可靠性对比 |
| 3.3.5 .二极管抗浪涌电流冲击能力比较 |
| 3.3.6 .重复性浪涌可靠性测试 |
| 3.4 .本章小结 |
| 第4章 带场限环终端的功率器件外延参数提取算法 |
| 4.1 .传统反推算法及其局限性 |
| 4.2 .场限环下方耗尽区的扩展规律 |
| 4.3 .耗尽区纵向扩展深度和横向扩展宽度之间的关系 |
| 4.4 .反推算法的建立 |
| 4.5 .本章小结 |
| 第5章 电热耦合浪涌结温计算模型 |
| 5.1 .热阻、热容和RC热路模型 |
| 5.1.1 .基本概念 |
| 5.1.2 .热阻抗的测量与结构函数 |
| 5.2 .浪涌结温的直接计算法 |
| 5.2.1 .商业器件的热阻抗测试 |
| 5.2.2 .浪涌过程的计算 |
| 5.3 .电热耦合结温计算模型的理论基础 |
| 5.4 .电热耦合结温计算模型的具体实现步骤 |
| 5.4.1 .RC网络传递函数的计算 |
| 5.4.2 .结温计算的具体步骤 |
| 5.5 .计算实例 |
| 5.5.1 .器件的热学特性的建模 |
| 5.5.2 .器件的电学特性的建模 |
| 5.5.3 .浪涌过程的结温计算 |
| 5.5.4 .衬底减薄技术对浪涌能力的提升 |
| 5.6 .本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 .本文总结 |
| 6.2 .未来展望 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间所取得的科研成果 |
| 发表和录用的文章 |
| 授权和受理的专利 |
（2）多结太阳电池优化设计及制备（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 光伏发电概况 |
| 1.2 光伏产业发展情况 |
| 1.3 太阳电池发展及研究现状 |
| 1.3.1 晶硅太阳电池的发展 |
| 1.3.2 薄膜太阳电池的发展 |
| 1.3.3 新型高效太阳电池的发展 |
| 1.4 多结太阳电池的发展及研究现状 |
| 1.4.1 多结太阳电池材料的性质 |
| 1.4.2 多结太阳电池的发展 |
| 1.4.3 多结太阳电池的制备方法 |
| 1.5 论文研究意义及主要内容 |
| 第2章 多结太阳电池的原理及薄膜制备方法 |
| 2.1 太阳电池的工作原理 |
| 2.1.1 太阳辐射基本原理 |
| 2.1.2 太阳电池的光电转换原理 |
| 2.2 多结太阳电池Ⅰ-Ⅴ特性 |
| 2.2.1 单结电池的Ⅰ-Ⅴ特性 |
| 2.2.2 多结电池的Ⅰ-Ⅴ特性 |
| 2.3 多结太阳电池的基本结构 |
| 2.3.1 pn结结构 |
| 2.3.2 隧道结 |
| 2.3.3 窗口层及背表面场 |
| 2.3.4 减反层 |
| 2.4 薄膜的制备与表征技术 |
| 2.4.1 薄膜制备设备 |
| 2.4.2 薄膜的表征设备 |
| 2.5 Si基Ge薄膜的制备方法 |
| 2.5.1 图形衬底技术 |
| 2.5.2 缓冲层技术 |
| 2.5.3 偏角衬底技术 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 GaInP/GaInAs/Ge三结太阳电池结构的优化设计 |
| 3.1 多结太阳电池光电转换模型 |
| 3.2 晶格匹配的GaInP/GaInAs/Ge电池结构设计及优化 |
| 3.2.1 晶格匹配的GaInP/GaInAs/Ge电池结构 |
| 3.2.2 结构优化设计基本参数 |
| 3.2.3 电池结构优化的程序设计 |
| 3.2.4 晶格匹配电池厚度优化 |
| 3.3 晶格失配的Ga_xIn_(1-x)P/Ga_(1-y)In_yAs/Ge电池结构优化 |
| 3.3.1 Ga_xIn_(1-x)P/Ga_(1-y)In_yAs/Ge电池带隙优化 |
| 3.3.2 Ga_xIn_(1-x)P/Ga_(1-y)In_yAs/Ge电池厚度优化 |
| 3.4 位错密度对电池性能影响 |
| 3.4.1 位错的产生与增殖 |
| 3.4.2 位错对载流子寿命的影响 |
| 3.4.3 位错密度对电池性能影响的量化分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 高倍聚光三结太阳电池制备及性能研究 |
| 4.1 高倍聚光三结太阳电池制备流程 |
| 4.2 高倍聚光三结太阳电池的制备 |
| 4.2.1 Ge衬底选择 |
| 4.2.2 n-AlInP/n-GaInP/p-AlGaAs/p-AlGaInP隧穿结制备 |
| 4.2.3 Ga_(0.48)In_(0.52)P/Ga_(0.97)In_(0.03)As/Ge外延片生长 |
| 4.2.4 电极的设计与制备 |
| 4.2.5 减反膜的设计与制备 |
| 4.2.6 电池接收模块研制 |
| 4.3 太阳电池的电学性能测试 |
| 4.3.1 电池接收模块的电学性能测试 |
| 4.3.2 批量生产电池芯片的效率分布 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 空间太阳电池辐照损伤研究 |
| 5.1 空间电池辐照研究 |
| 5.1.1 空间环境的辐射效应 |
| 5.1.2 空间电池的辐照研究进展 |
| 5.2 空间电池的辐照损伤机制 |
| 5.2.1 辐照损伤理论 |
| 5.2.2 太阳电池的辐照损伤机理 |
| 5.3 太阳电池辐照损伤的模拟 |
| 5.3.1 辐射的等效损伤 |
| 5.3.2 辐照对电池性能的影响 |
| 5.3.3 GaInP/GaInAs/Ge电池辐照损伤模拟 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 Si衬底Ge薄膜制备与表征 |
| 6.1 石墨缓冲层法制备Ge薄膜 |
| 6.1.1 Ge薄膜的制备 |
| 6.1.2 衬底温度对薄膜制备的影响 |
| 6.1.3 常规热退火处理Ge薄膜 |
| 6.1.4 Ge薄膜晶化机理 |
| 6.2 GeSi渐变缓冲层生长Ge薄膜 |
| 6.2.1 Ge薄膜的制备 |
| 6.2.2 衬底温度对Ge薄膜的影响 |
| 6.2.3 快速热退火处理Ge薄膜 |
| 6.2.4 择优取向成因分析 |
| 6.3 本章小结 |
| 第7章 GaInP/GaInAs/GeSi太阳电池结构的优化设计 |
| 7.1 Ga_xIn_(1-x)P/Ga_(1-y)In_yAs/Ge_zSi_(1-z)多结电池结构 |
| 7.2 Ga_xIn_(1-x)P/Ga_(1-y)In_yAs/Ge_zSi_(1-z)三结电池优化 |
| 7.2.1 晶格匹配的Ga_xIn_(1-x)P/Ga_(1-y)In_yAs/Ge_zSi_(1-z)三结电池优化 |
| 7.2.2 晶格失配的Ga_xIn_(1-x)P/Ga_(1-y)In_yAs/Ge_zSi_(1-z)电池优化 |
| 7.3 位错密度对电学性能的影响 |
| 7.4 本章小结 |
| 第8章 结论与展望 |
| 8.1 本文的主要成果 |
| 8.2 本文的不足之处及未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 攻读博士学位期间参加的科研工作 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（3）基于上转换和非成像光学器件的热辐射型能源利用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 选题的背景与意义 |
| 1.2 复合抛物面聚光器与热电器件 |
| 1.2.1 复合抛物面聚光器 |
| 1.2.2 复合抛物面聚光器的应用研究 |
| 1.2.3 热电发电器件 |
| 1.2.4 热电发电器件的研究及应用 |
| 1.2.5 复合抛物面聚光器与热电器件结合的研究 |
| 1.3 聚光光伏-热电复合系统 |
| 1.3.1 聚光光伏原理 |
| 1.3.2 聚光光伏研究现状 |
| 1.3.3 聚光光伏-热电混合系统 |
| 1.3.4 聚光光伏热电混合系统研究现状 |
| 1.4 上转换材料在光伏系统中的应用 |
| 1.4.1 上转换材料发光机制 |
| 1.4.2 上转换材料与光伏发电系统 |
| 1.4.3 上转换材料的研究进展及应用 |
| 1.5 研究的目的 |
| 1.6 本文研究的主要内容 |
| 第二章 高温物体辐射能源的收集与利用研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 复合抛物面聚光器的设计 |
| 2.3 聚光器CPC提升热电器件性能的模拟研究 |
| 2.3.1 物理模型 |
| 2.3.2 边界条件及控制方程 |
| 2.3.3 网格无关性及模型准确性验证 |
| 2.3.4 计算结果与讨论 |
| 2.3.5 结论 |
| 2.4 复合抛物面聚光器提升热电器件性能的实验研究 |
| 2.4.1 实验系统介绍 |
| 2.4.2 实验结果分析与讨论 |
| 2.4.3 结论 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 聚光光伏热电混合系统对太阳辐射能量的利用研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 聚光光伏热电混合系统的实验研究 |
| 3.2.1 实验系统 |
| 3.2.2 实验过程 |
| 3.2.3 混合系统的功率和效率定义 |
| 3.2.4 实验结果分析讨论 |
| 3.2.5 聚光光伏热电混合系统成本分析 |
| 3.3 机器学习对聚光光伏热电混合系统的研究 |
| 3.3.1 神经网络基础 |
| 3.3.2 深度神经网络 |
| 3.3.3 RNN和LSTM循环神经网络 |
| 3.3.4 注意力机制 |
| 3.3.5 机器学习在器件输出功率预测的研究现状 |
| 3.3.6 机器学习计算模型的选择 |
| 3.3.7 机器学习计算模型的对比和验证 |
| 3.3.8 结果分析与讨论 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于上转换材料的光伏系统对太阳辐射的收集利用研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 上转换材料与光伏电池的结合方式 |
| 4.3 上转换材料与光伏电池结合的实验研究 |
| 4.3.1 实验测试系统 |
| 4.3.2 上转换材料表征 |
| 4.3.3 结果分析与讨论 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 论文主要成果 |
| 5.2 论文主要创新点 |
| 5.3 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（4）基于钙钛矿单晶同质结光电二极管与光电三极管的制备及其光电性能研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 光电探测器概述 |
| 1.2 光电探测器工作原理及分类 |
| 1.2.1 外光电效应探测器 |
| 1.2.2 内光电效应探测器 |
| 1.2.3 光热探测器 |
| 1.3 钙钛矿材料简介 |
| 1.3.1 钙钛矿的晶体结构与光电特性 |
| 1.3.2 钙钛矿掺杂的研究 |
| 1.4 基于钙钛矿材料的光电探测器发展现状 |
| 1.5 本课题研究背景及简介 |
| 第二章 实验材料及表征方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验药品及试剂 |
| 2.3 MAPbBr_3单晶的制备流程及表征手段 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于钙钛矿单晶同质结光电二极管的研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 光电二极管的构建 |
| 3.3 光电二极管的光电性能测试 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于钙钛矿单晶光电三极管的研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 光电三极管的基本特性 |
| 4.3 光电三极管的制备 |
| 4.4 光电三极管的光电性能测试 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 全文总结 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况 |
（5）硅基氮化镓可见光芯片的性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 专用术语注释表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.1.1 Ⅲ族氮化物材料的研究 |
| 1.1.2 光子集成技术 |
| 1.1.3 可见光通信研究背景 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.2.1 全球范围内GaN研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.3 本文的主要研究内容 |
| 1.4 论文结构安排 |
| 第二章 光电通信 |
| 2.1 量子效率 |
| 2.1.1 内量子效率 |
| 2.1.2 外量子效率 |
| 2.2 可见光通信系统原理 |
| 2.3 芯片光波导和结电容 |
| 2.3.1 光波导 |
| 2.3.2 结电容 |
| 2.4 LED和PD工作模式和性能研究 |
| 2.4.1 LED工作原理及特性 |
| 2.4.2 PD工作原理及特性 |
| 2.4.3 同质集成下的同时发光检测芯片 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 垂直结构蓝光发光二极管制作工艺和性能分析 |
| 3.1 制作工艺 |
| 3.1.1 光刻工艺 |
| 3.1.2 刻蚀工艺 |
| 3.1.3 电子束蒸镀工艺 |
| 3.1.4 退火工艺 |
| 3.2 芯片制备流程 |
| 3.3 芯片形貌表征和性能分析 |
| 3.3.1 形貌表征 |
| 3.3.2 伏安特性曲线 |
| 3.3.3 光谱特性 |
| 3.3.4 反射谱 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 片上一对二能量检测系统 |
| 4.1 片上一对二能量检测系统 |
| 4.2 不同频率不同占空比的信号叠加 |
| 4.2.1 相同频率不同占空比的信号叠加 |
| 4.2.2 不同频率相同占空比的信号叠加 |
| 4.3 系统应用 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 论文工作总结 |
| 5.2 论文工作展望 |
| 参考文献 |
| 附录一 攻读硕士学位期间撰写的论文 |
| 附录二 攻读硕士学位期间申请的专利 |
| 致谢 |
（6）基于氮化物的发光二极管通信性能的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 专用术语注释表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 可见光通信技术 |
| 1.3 光子集成系统发展历程 |
| 1.4 本论文研究内容及安排 |
| 第二章 Ⅲ-Ⅴ族氮化物集成芯片研究基础 |
| 2.1 芯片制备相关半导体材料 |
| 2.1.1 硅Si |
| 2.1.2 氮化镓GaN |
| 2.2 可见光发光二极管器件 |
| 2.2.1 发光二极管器件基本原理 |
| 2.2.2 发光二极管器件分类 |
| 2.3 可见光光电探测器 |
| 2.3.1 光电探测器工作原理 |
| 2.3.2 光电探测器特性参数 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 Rsoft光波导理论仿真与分析 |
| 3.1 光波导传输理论 |
| 3.1.1 光波导的电磁理论基础 |
| 3.1.2 光波导的模式分析 |
| 3.1.3 数值分析算法 |
| 3.2 Rsoft仿真分析 |
| 3.2.1 BeamPROP模块 |
| 3.2.2 直波导仿真 |
| 3.2.3 分支波导与耦合波导仿真 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 InGaN/GaN量子阱二极管器件制备 |
| 4.1 InGaN/GaN量子阱二极管器件的设计与制备 |
| 4.1.1 硅基氮化镓外延结构 |
| 4.1.2 光刻以及刻蚀工艺流程 |
| 4.1.3 InGaN/GaN量子阱二极管器件的制备工艺流程 |
| 4.2 本章小结 |
| 第五章 集成波导光子芯片 |
| 5.1 集成波导光子芯片的制备 |
| 5.1.1 芯片制备 |
| 5.1.2 器件的形貌表征 |
| 5.2 InGaN/GaN量子阱二极管器件的性能表征 |
| 5.2.1 伏安特性曲线 |
| 5.2.2 电容特性表征 |
| 5.2.3 电致发光和响应谱 |
| 5.2.4 通信性能测试 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 研究内容总结 |
| 6.2 研究方向展望 |
| 参考文献 |
| 附录3 攻读硕士学位期间申请的专利 |
| 附录4 攻读硕士学位期间参加的科研项目 |
| 致谢 |
（7）可见光通信CMOS集成光电器件及差分光接收机的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 可见光通信技术研究背景 |
| 1.1.1 可见光通信与LED |
| 1.1.2 可见光通信系统组成 |
| 1.2 可见光通信的研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.2.3 集成可见光通信的研究现状 |
| 1.3 集成可见光通信的研究意义及挑战 |
| 1.4 论文研究内容及结构安排 |
| 第2章 可见光通信系统光源的研究 |
| 2.1 LED发光的理论基础 |
| 2.1.1 LED发光原理 |
| 2.1.2 LED常见制备材料 |
| 2.1.3 LED电光特性 |
| 2.2 CMOS Si-LED的研究 |
| 2.2.1 CMOS Si-LED的研究意义 |
| 2.2.2 高光功率密度的CMOS Si-LED的研究 |
| 2.2.3 基于CMOS多晶硅LED的片上可见光光互连系统 |
| 2.3 可见光通信系统光源对比与分析 |
| 2.4 小结 |
| 第3章 可见光通信彩色光电探测器芯片的设计与测试 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 硅基标准CMOS光电探测器 |
| 3.2.1 光电探测器的主要性能参数 |
| 3.2.2 常见的标准CMOS光电探测器 |
| 3.3 导模共振效应 |
| 3.4 彩色光电探测器芯片设计 |
| 3.5 彩色光电探测器芯片测试 |
| 3.6 性能对比 |
| 3.7 小结 |
| 第4章 可见光全差分OEIC光接收机芯片的设计 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 OEIC光接收机基础理论 |
| 4.2.1 光接收机的性能指标 |
| 4.2.2 标准CMOS光接收机电路 |
| 4.2.3 光接收机的带宽拓展技术 |
| 4.3 全差分OEIC光接收机的光电探测器设计 |
| 4.3.1 光电探测器带宽提高技术和光谱响应分析 |
| 4.3.2 全差分光电探测器设计 |
| 4.4 全差分OEIC光接收机的电路设计 |
| 4.4.1 差分跨阻放大器 |
| 4.4.2 均衡器 |
| 4.4.3 差分限幅放大器 |
| 4.4.4 50Ω输出缓冲级 |
| 4.5 仿真结果 |
| 4.6 小结 |
| 第5章 可见光差分OEIC光接收机芯片的测试 |
| 5.1 可见光光接收机测试方法 |
| 5.1.1 可见光OEIC光接收机频率响应测试方法 |
| 5.1.2 可见光OEIC光接收机数据传输速率和误码率测试方法 |
| 5.2 伪差分OEIC光接收机芯片测试 |
| 5.3 全差分OEIC光接收机芯片测试 |
| 5.4 伪差分与全差分光接收机的性能对比与分析 |
| 5.5 集成可见光接收机芯片的性能对比 |
| 5.6 小结 |
| 第6章 可见光通信光电双控负阻芯片的设计与测试 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 负阻直流参数 |
| 6.3 负阻芯片结构及工作原理 |
| 6.3.1 器件结构 |
| 6.3.2 工作原理 |
| 6.4 负阻芯片测试结果与分析 |
| 6.4.1 电压控制负阻特性 |
| 6.4.2 光控负阻特性 |
| 6.4.3 光控器件的S型负阻特性 |
| 6.5 性能对比 |
| 6.6 小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 论文工作总结 |
| 7.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文和参加科研情况说明 |
| 致谢 |
（8）高性能垂直腔面发射激光器的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 VCSEL的简介 |
| 1.2 高速VCSEL的研究背景 |
| 1.3 高速VCSEL的研究进展及现状 |
| 1.3.1 VCSEL在调制速度和高温特性方面的发展 |
| 1.3.2 VCSEL在长波长领域的研究进展 |
| 1.3.3 VCSEL在高温和能量效率方面的研究现状 |
| 1.4 高速VCSELs的研究困难及未来的发展方向 |
| 1.5 本论文的研究工作 |
| 2 高速VCSELs的理论基础 |
| 2.1 垂直强面发射激光器的结构 |
| 2.2 VCSEL的基本理论 |
| 2.2.1 VCSEL的内部响应 |
| 2.2.2 外部寄生响应 |
| 2.3 高速VCSEL的基本特性 |
| 2.3.1 分布式布拉格反射镜 |
| 2.3.2 阈值增益 |
| 2.3.3 光限制因子 |
| 2.3.4 阈值电流密度 |
| 2.3.5 纵模特性 |
| 2.3.6 PAM4调制模式 |
| 2.4 隧道结的理论基础 |
| 2.4.1 PN结原理 |
| 2.4.2 PN结的单向导电特性 |
| 2.4.3 PN结的耗尽层宽度 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 VCSEL的制备 |
| 3.1 外延生长技术 |
| 3.2 光刻技术 |
| 3.3 刻蚀技术 |
| 3.4 薄膜生长工艺 |
| 3.5 BCB平坦化工艺 |
| 3.5.1 非光敏BCB工艺 |
| 3.5.2 光敏BCB工艺 |
| 3.6 VCSEL的制备 |
| 3.6.1 制备垂直腔面发射激光器的工艺流程: |
| 3.6.2 各步骤工艺参数 |
| 3.6.3 工艺注意事项 |
| 3.7 实验失败工艺总结 |
| 3.8 本章小结 |
| 4 高速VCSEL的热性能 |
| 4.1 高速VCSEL的热性能分析及优化 |
| 4.2 热性能的基本理论 |
| 4.2.1 热阻的提取 |
| 4.2.2 热性能对调制带宽的影响分析 |
| 4.2.3 理论模型 |
| 4.3 影响有源区温度的结果分析 |
| 4.3.1 氧化孔径对有源区温度的影响 |
| 4.3.2 氧化限制层的厚度对有源区温度的影响 |
| 4.3.3 外部驱动电流对有源区温度的影响 |
| 4.3.4 布拉格反射镜材料对有源区温度的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 隧道结在VCSEL中的应用 |
| 5.1 隧道结的特性 |
| 5.1.1 隧道结的电流-电压特性 |
| 5.1.2 隧道结的掺杂浓度 |
| 5.1.3 隧道结的隧穿概率和隧穿电流 |
| 5.1.4 隧道结耗尽层的宽度 |
| 5.2 隧道结模拟结果与分析 |
| 5.2.1 过渡层对隧道结耗尽层的影响 |
| 5.2.2 隧道结的WKB参数和隧穿概率 |
| 5.2.3 隧道结的电流特性 |
| 5.2.4 隧道结耗尽层宽度 |
| 5.3 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文目录 |
（9）异质结光晶体管器件的设计及工艺基础研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 光电探测器 |
| 1.1.1 光电探测器的发展 |
| 1.1.2 光电探测器的应用 |
| 1.1.3 光电探测器的分类 |
| 1.2 具有内增益的光电探测器 |
| 1.2.1 PIN结光电二极管 |
| 1.2.2 光电倍增管 |
| 1.2.3 雪崩型光电二极管 |
| 1.2.4 光晶体管 |
| 1.3 光晶体管的工作原理 |
| 1.3.1 同质结光晶体管的结构及原理 |
| 1.3.2 异质结光晶体管的结构及原理 |
| 1.4 光晶体管的性能参数 |
| 1.4.1 量子效率和响应度 |
| 1.4.2 暗电流 |
| 1.4.3 噪声和信噪比 |
| 1.5 光晶体管发展及研究现状 |
| 1.6 选题及本论文的研究内容、意义和结构 |
| 第2章 材料外延及器件加工测试方法 |
| 2.0 引言 |
| 2.1 分子束外延 |
| 2.1.1 分子束外延生长原理 |
| 2.1.2 分子束外延设备介绍 |
| 2.2 器件加工测试方法 |
| 2.2.1 扫描电子显微镜(SEM) |
| 2.2.2 高分辨率x射线衍射(X-Ray Diffraction XRD) |
| 2.2.3 器件加工工艺 |
| 2.2.4 半导体参数分析 |
| 2.3 器件仿真工具SILVACO |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 异质结晶体管的外延结构设计 |
| 3.0 引言 |
| 3.1 发射区基区异质结的设计 |
| 3.1.1 异质结材料的选取 |
| 3.1.2 异质结的生长测试 |
| 3.2 基极和收集极设计分析 |
| 3.2.1 基区的厚度和掺杂 |
| 3.2.2 集电极的厚度和掺杂 |
| 3.3 异质结晶体管的输出特性测试 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 异质结晶体管的器件结构优化 |
| 4.0 引言 |
| 4.1 理论推导增益与发射区基区面积比的关系 |
| 4.1.1 面积比为1的光晶体管的增益 |
| 4.1.2 面积比为不为1的光晶体管的增益 |
| 4.2 异质结光晶体管性能仿真 |
| 4.3 异质结光晶体管器件制备及测试 |
| 4.3.1 实验设计 |
| 4.3.2 器件制备 |
| 4.3.3 性能测试 |
| 4.4 异质结光晶体管的最优器件几何结构 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 异质结晶体管的器件工艺优化 |
| 5.0 引言 |
| 5.1 器件的工艺优化及形貌表征 |
| 5.2 钝化对GaSb二极管器件输出特性的影响 |
| 5.2.1 不同厚度SU-8对器件性能的影响 |
| 5.2.2 不同周长面积比的器件性能对比 |
| 5.3 钝化在InP基光电晶体管上的应用 |
| 5.3.1 In P基 HPT的输出特性 |
| 5.3.2 表面钝化对HPT的BC结量子效率的影响 |
| 5.3.3 表面钝化对HPT输出特性的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（10）基于相位编码的谐波雷达半导体PN结探测关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| §1.1 课题研究背景及意义 |
| §1.2 谐波雷达国内外研究进展 |
| §1.3 论文研究内容及章节安排 |
| 第二章 谐波雷达相关理论研究及总体设计 |
| §2.1 半导体PN结的谐波再辐射原理 |
| §2.1.1 半导体PN结的伏安特性 |
| §2.1.2 半导体PN结的数学模型 |
| §2.2 谐波雷达距离方程 |
| §2.3 雷达信号波形分析 |
| §2.4 二相编码信号的波形及频谱分析 |
| §2.5 改进的二相编码信号 |
| §2.6 谐波雷达总体设计 |
| §2.7 本章总结 |
| 第三章 谐波雷达测距方法研究及码型分析 |
| §3.1 测距方法研究 |
| §3.1.1 伪码测距 |
| §3.1.2 载波相位测距 |
| §3.1.3 整周模糊度消除 |
| §3.2 测距精度分析 |
| §3.3 谐波雷达编码序列研究 |
| §3.3.1 巴克码 |
| §3.3.2 m码 |
| §3.3.3 Gold码 |
| §3.4 谐波雷达编码序列性能分析 |
| §3.4.1 相关函数 |
| §3.4.2 模糊函数 |
| §3.4.3 m码和Gold码的性能比较 |
| §3.5 本章总结 |
| 第四章 谐波雷达接收端关键技术研究 |
| §4.1 接收信号的检测方法研究 |
| §4.1.1 串行检测 |
| §4.1.2 并行检测 |
| §4.1.3 匹配滤波检测 |
| §4.1.4 接收信号的检测仿真 |
| §4.2 码跟踪环 |
| §4.3 载波跟踪环 |
| §4.3.1 锁相环 |
| §4.3.2 环路阶数 |
| §4.3.3 Costas环 |
| §4.4 完整的跟踪环路 |
| §4.5 卡尔曼去噪方法研究 |
| §4.6 本章总结 |
| 第五章 谐波雷达硬件设计及仿真验证 |
| §5.1 FPGA简介 |
| §5.1.1 FPGA组成结构 |
| §5.1.2 FPGA设计流程 |
| §5.2 系统硬件设计 |
| §5.3 谐波雷达关键技术FPGA实现 |
| §5.3.1 相位编码序列的产生 |
| §5.3.2 极性变换模块设计 |
| §5.3.3 改进的二相编码信号设计 |
| §5.3.4 超前、即时、滞后码的产生 |
| §5.3.5 数字环路滤波器设计 |
| §5.3.6 数字压控振荡器设计 |
| §5.4 谐波雷达测距精度仿真分析 |
| §5.5 本章总结 |
| 第六章 工作总结与展望 |
| §6.1 工作总结 |
| §6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士期间主要研究成果 |
四、半导体pn结的过去现在和未来（论文参考文献）
- [1]碳化硅MPS二极管的设计、工艺与建模研究[D]. 吴九鹏. 浙江大学, 2021(09)
- [2]多结太阳电池优化设计及制备[D]. 陶泉丽. 华北电力大学(北京), 2021(01)
- [3]基于上转换和非成像光学器件的热辐射型能源利用研究[D]. 何泽明. 中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所), 2021(02)
- [4]基于钙钛矿单晶同质结光电二极管与光电三极管的制备及其光电性能研究[D]. 蒋静静. 合肥工业大学, 2021
- [5]硅基氮化镓可见光芯片的性能研究[D]. 王帅. 南京邮电大学, 2020(03)
- [6]基于氮化物的发光二极管通信性能的研究[D]. 王钥. 南京邮电大学, 2020(03)
- [7]可见光通信CMOS集成光电器件及差分光接收机的研究[D]. 丛佳. 天津大学, 2020(01)
- [8]高性能垂直腔面发射激光器的研究[D]. 贾晓卫. 青岛科技大学, 2020(01)
- [9]异质结光晶体管器件的设计及工艺基础研究[D]. 鲁金蕾. 中国科学院大学(中国科学院物理研究所), 2020(01)
- [10]基于相位编码的谐波雷达半导体PN结探测关键技术研究[D]. 刘保坤. 桂林电子科技大学, 2020(02)