应用于光遗传学的集成式注入型生物光电极器件的研究进展

光遗传学是一门涉及神经科学、光学、半导体光电子学及生物医学的交叉科学.把光作为一种遗传学的研究工具,可为神经科学研究提供更高效、精准的神经调控手段,也为临床精神疾病的研究和治疗提供了新的思路.集成式注入型生物光电极是一种集刺激神经元的光源与采集生物电信号的微电极于一体的多功能生物微探针,在利用活体生物进行的光遗传学研究中有着重要的应用.文章回顾了光遗传学的历史,对集成式注入型生物光电极器件的分类和发展进行了分析,详细比较了不同类型光电极器件在结构和性能上的差异,从电学特性、噪声信号、生物兼容性及可靠性等方面进行评价.最后,对光电极器件的未来发展进行了初步的探讨.     

六英寸Si基GaN功率电子材料及器件的制备与研究

氮化镓(GaN)作为第三代半导体材料的代表,具有优异的材料物理特性,更加适合于下一代电力电子系统对功率开关器件更大功率、更高频率、更小体积和更恶劣工作温度的要求。为了兼容Si基CMOS工艺流程,以及考虑到大尺寸、低成本等优势,在Si衬底上进行GaN材料的异质外延及器件制备已经成为业界主要技术路线。详细介绍了在6英寸Si衬底上外延生长的AlGaN/GaN HEMT结构功率电子材料,以及基于6英寸CMOS产线制造Si基GaN功率MIS-HEMT和常关型Cascode GaN器件的相关成果。     

1.3μm InGaAsP/InP大功率短脉冲SPB-BC激光器

本文在传统的掩埋新月型激光器的基础上，提出了一种１．３μｍＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ大功率激光器结构－选择性质子轰击掩埋新月型激光器（ＳＰＢ－ＢＣ）．文中对其制作过程及特性进行了详细的描述和测量．它的最低阈值电流小于１０ｍＡ，对于ｎ－ＩｎＰ衬底，它的最大输出功率为６５ｍＷ，ｐ－ＩｎＰ衬底，最大输出功率为８０ｍＷ．在重复频率为２．１ＧＨｚ时，测得光脉冲的半宽度（ＦＷＨＭ）为１８ｐｓ．     

对NpHR光敏感蛋白具有刺激作用的光电极研制

光电极是研究光遗传学不可或缺的工具之一。波长为460nm的蓝光可以对ChR2神经蛋白产生刺激,而波长为580nm的黄光可以刺激NpHR神经蛋白,对生物体的反应产生抑制。目前,蓝光波段的光电极具有很高的功率密度,可以满足光遗传学的研究,而黄光波段半导体发光器件的发光效率较低,因此对黄光波段的光电极研究较少。在蓝宝石衬底蓝光光电极研制的基础上,通过激发黄色荧光粉和量子点两种形式获得黄光,并通过沉积SiO2/TiO2分布式布拉格反射镜（DBR）有效滤除了蓝光波段的激发光,最后通过沉积Ag金属反射镜增强黄光信号,制备出荧光粉基和量子点基黄光光电极。与荧光粉基黄光光电极相比,量子点基黄光光电极具有更高的功率密度、更窄的光谱半宽和更薄的厚度。在1～10mA的注入电流下,量子点基黄光光电极的功率密度为4.46～15.37mW/mm2,满足刺激NpHR神经蛋白的要求。     

选区外延制作单片集成单脊条形电吸收调制DFB激光器

报道了采用选区外延生长技术制作的可实用的单脊条形电吸收调制DFB激光器。激光器的阈值为 2 6mA ,最大光功率可达 9mW ,消光比可达 16dB。减小端面的光反馈后 ,从自发发射谱上观察不到波长随调制电压的变化 ,调制器部分的电容为 1 5pF ,初步筛选结果显示阈值、隔离电阻、消光比基本没有变化 ,可应用在 2 5Gb/s的长途干线光纤传输系统上。     

白光LED荧光粉远场涂覆光学性质

研究了白光LED远场隔离封装中隔离距离对发光效率及相关色温(CCT)的影响。实验结果表明,低电流输入条件下,白光LED的发光效率随芯片表面到荧光粉层距离变化是非线性的,当芯片表面到荧光粉层距离为0.88mm时具有最佳发光效率74lm/W,白光LED相关色温随着距离的增加呈线性下降。这为白光LED的一次光学设计提供了实验依据。     

选区外延生长半极性GaN材料上的肖特基接触特性

半极性GaN材料的研究在光电器件和电子器件领域有重要意义.采用选区外延生长技术在Si衬底上生长半极性GaN材料,并制备肖特基势垒二极管(SBD).通过测量SBD在不同温度下的Ⅰ-Ⅴ特性曲线,观察到电流的大小随着温度的增加而增加,且受反向偏压影响,证明半极性GaN基SBD的电流传输机制为热电子场发射模型.光致发光光谱和X射线光电子能谱测试进一步表明,相比极性c面GaN材料,半极性GaN材料表面存在较高的氧杂质原子浓度和氮空位,此为半极性GaN肖特基特性偏离热电子发射模型的主要因素.     

1.3μm InGaAsP/InP大功率短脉冲SPB-BC激光器

本文在传统的掩埋新月型激光器的基础上，提出了一种１．３μｍＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ大功率激光器结构－选择性质子轰击掩埋新月型激光器（ＳＰＢ－ＢＣ）．文中对其制作过程及特性进行了详细的描述和测量．它的最低阈值电流小于１０ｍＡ，对于ｎ－ＩｎＰ衬底，它的最大输出功率为６５ｍＷ，ｐ－ＩｎＰ衬底，最大输出功率为８０ｍＷ．在重复频率为２．１ＧＨｚ时，测得光脉冲的半宽度（ＦＷＨＭ）为１８ｐｓ．     

选择性质子轰击DC—PBH激光器

在普通双沟平面掩埋异质结（ＤＣ－ＰＢＨ）激光器的基础上，采用质子轰击的技术，制作了一种新型的选择性质子轰击ＤＣ－ＰＨＢ激光器。这种新型的激光器结构与以前普通的ＤＣ－ＰＢＨ结构相比阈值电流降低，输出功率及量子效率得到提高，尤其是它的调制特性得到明显改善，这种结构激光器的调制带宽由原来的２．０ＧＨｚ提高到６．０ＧＨｚ。     

低电阻GaN基太赫兹空气桥结构平面肖特基二极管

提出了通过增大欧姆接触电极包围角提高GaN基太赫兹肖特基二极管的截止频率的方法,该方法减小了空气桥结构平面肖特基二极管的串联电阻,进而提高了器件的截止频率.设计并制备了不同欧姆接触电极包围角的空气桥结构平面肖特基二极管,通过对器件Ⅰ-Ⅴ特性及C-V特性的测量,可知随着欧姆接触电极包围角的增大,肖特基二极管的串联电阻减小,而肖特基二极管的总电容并没有受影响.欧姆接触电极全包围结构的肖特基二极管截止频率为264 GHz,约为欧姆接触电极包围角为180°器件的1.6倍.