硅基微纳光电子系统中光源的研究现状及发展趋势

综合微电子学及微纳光学的优势,硅基微纳光电子学正在快速走向实用阶段.与微电子制造技术兼容的微纳光子器件,包括调制器、探测器、分束器以及耦合器等均取得了重要的突破.但硅基微纳光源的研究则仍处在探索阶段.外部光源在多大程度上能代替片上光源?片上光源的最佳选择是什么?介绍、分析了目前硅基微纳光源的研究现状及进展,并对片上光源的研究趋势进行展望.     

硅基微纳光电子器件的研究

由于硅基加工工艺目前发展较为成熟、硅基光电子元件的制造成本相对较低且具有较理想的光电混合继承性能,所以硅基光电子元件现阶段在光纤通信方面的应用较为普遍,特别是其向微纳米机电系统的深化,使其应用的空间更加广阔,在此背景下,本文以目前较为成功的几个关键硅基微纳光电子器件为例,针对硅基徽纳光电子器件展开研究,为对其更加全面的认识做出努力.     

硅基集成光子器件先进设计方法

硅基集成光子器件具有体积小、集成度高的突出优势,在光通信、数据中心光互连等领域具有广阔应用前景。然而,硅基波导耦合器件尺寸相对较大、工作带宽和工艺容差受限。硅基多模路由光子器件设计还面临挑战。文章介绍了近年来发展起来的两种硅基集成光子器件先进设计方法：绝热捷径法和变换光学方法,简要阐述其物理原理,并展示在硅基集成光子器件设计中的典型应用。     

硅基光子器件研究进展及其在光陀螺与光通信中的应用

光通信对高带宽要求的不断增强以及计算机芯片对高性能计算的不断需求刺激了硅基光子器件的发展,使之向集成化、低成本方向发展,并取得了一系列重要的理论和技术突破.综述了近期硅光子器件如硅基光源、放大器、光调制器的最新研究进展,并对现有技术在未来光陀螺及光通信中的应用进行了分析和设计.设计了一种三维有源谐振环结构以实现全集成化的谐振式光波导陀螺,展示了硅基光子器件在光陀螺及光通信应用等方面的广阔前景.     

硅基微纳光子器件制备工艺问题及解决方案

讨论了硅基微纳光子器件制备过程中涉及的几个关键工艺问题,包括:电子束/光学光刻的电子束/光学邻近效应;纳米线光波导ICP-RIE刻蚀的侧壁粗糙问题;光栅及MOS绝缘栅氧化硅填充致密度问题.这些问题可影响器件的结构均匀性、波导传输损耗、光栅的散射损耗以及MOS绝缘栅的绝缘性能.在分析实验结果的基础上,提出了一些解决方案.     

硅基微纳光子器件制备工艺问题及解决方案

讨论了硅基微纳光子器件制备过程中涉及的几个关键工艺问题,包括:电子束/光学光刻的电子束/光学邻近效应;纳米线光波导ICP-RIE刻蚀的侧壁粗糙问题;光栅及MOS绝缘栅氧化硅填充致密度问题.这些问题可影响器件的结构均匀性、波导传输损耗、光栅的散射损耗以及MOS绝缘栅的绝缘性能.在分析实验结果的基础上,提出了一些解决方案.     

Si基微纳集成光波导的理论设计

提出了一种宽度从微米到亚微米、深亚微米、再到纳米级渐变的微纳集成结构光波导,并通过理论分析和模拟计算得到了基于Si基半导体材料的微纳集成光波导参数.其制作工艺非常简单,插入损耗在1～2.5dB之间.这种微纳集成光波导不但可解决芯径为10μm的单模光纤与纳米量级的光子晶体波导器件间的光对接、耦合和互连等难题,还可缩小光波导器件芯片的单元尺寸,有利于提高器件的集成度.为光电子器件向纳米光子集成方向的发展提供了新途径,为新一代全光通信用微纳新原理光电子器件及功能集成的发展提供了新思路.     

Si基微纳集成光波导的理论设计

提出了一种宽度从微米到亚微米、深亚微米、再到纳米级渐变的微纳集成结构光波导,并通过理论分析和模拟计算得到了基于Si基半导体材料的微纳集成光波导参数.其制作工艺非常简单,插入损耗在1～2.5dB之间.这种微纳集成光波导不但可解决芯径为10μm的单模光纤与纳米量级的光子晶体波导器件间的光对接、耦合和互连等难题,还可缩小光波导器件芯片的单元尺寸,有利于提高器件的集成度.为光电子器件向纳米光子集成方向的发展提供了新途径,为新一代全光通信用微纳新原理光电子器件及功能集成的发展提供了新思路.     

Si基微纳集成光波导的理论设计

提出了一种宽度从微米到亚微米、深亚微米、再到纳米级渐变的微纳集成结构光波导，并通过理论分析和模拟计算得到了基于Si基半导体材料的微纳集成光波导参数. 其制作工艺非常简单，插入损耗在1～2.5dB之间. 这种微纳集成光波导不但可解决芯径为10μm的单模光纤与纳米量级的光子晶体波导器件间的光对接、耦合和互连等难题，还可缩小光波导器件芯片的单元尺寸，有利于提高器件的集成度. 为光电子器件向纳米光子集成方向的发展提供了新途径，为新一代全光通信用微纳新原理光电子器件及功能集成的发展提供了新思路.     

石墨烯/硅基异质集成光电子器件

石墨烯/硅基异质集成的光子器件研究在近年来取得了巨大进展,因石墨烯所具有的诸多独特的物理性质如超高载流子迁移率、超高非线性系数等,石墨烯/硅基异质集成器件展现出了诸如超大带宽、超低功耗等优异性能。文章介绍了近年来报道的典型石墨烯/硅基异质集成器件,包括石墨烯/硅基电光调制器、石墨烯/硅基热光调制器和石墨烯/硅基光电探测器,简要阐述了其原理与性能,并对其未来的应用与发展做出了展望。     

基于碳纳米管的微纳机电器件应用研究

综述了近年来碳纳米管在微纳传感器、纳米发电机、纳米执行器、纳米电子器件、纳米收音机与薄膜扬声器等方面取得的瞩目成果及典型应用,介绍了基于碳纳米管的微纳机电器件的制造工艺、器件性能及其研究进展,指出了碳纳米管基微纳机电器件在多元化发展、工艺多样化、材料复合化、产业化工程等方面的发展趋势。     

操纵微小世界的工具——微/纳米镊的研究与应用

在许多领域内,对微小物体的操纵一直都是极富挑战性的课题。这类技术以其在对微/纳米器件或生物学对象进行操作、加工、表征、装配及测试中的关键作用,正成为微/纳米技术尤其是微自动化领域中的一个极为重要的研究方向。本文归纳和总结了微/纳米操作技术方面的最新研究进展,并按照各种微/纳米镊的工作原理进行分类,分别对基于机械、水力学、电、磁、声、光、热以及这些效应的组合发展起来的微/纳米操作技术进行了评述,特别介绍了其中的一些典型应用。可以看到,微/纳米镊技术的发展,将给微小世界的研究和应用增添更多强有力的工具。     

微纳光纤的导波及远场辐射特性

为了研究微纳光纤的导波和远场辐射特性,采用模式理论和衍射理论分析了微纳光纤芯径与模场、z向能流密度、有效模面积和远场强度的关系,并通过拉锥光纤进行了实验验证。结果表明,通过合理设计,微纳光纤的大部分能量在包层中以倏逝波的形式传输,光纤的有效模面积可以超过1000μm2。拉锥光纤的实验证实了微纳光纤可以有效地传输导波并把其辐射出去。     

石墨烯微纳结构加工技术的研究进展

简单介绍了石墨烯独特的光电子性质,说明实现其在光电子器件中应用的有效方法是进行微纳加工。接下来对主要的石墨烯微纳加工技术——掩膜光刻、转移压印以及激光直写和干涉进行详细阐述,通过实例对每种加工技术的关键步骤和特点进行说明,并分析比较了不同加工技术的优缺点。然后对近期出现的转移压印辅助光刻和飞秒直写辅助转移压印技术的加工流程进行详细介绍,阐述将两种加工技术相结合应用于石墨烯微纳结构加工的优势。最后,简单展望了石墨烯微纳加工未来的发展趋势,指出需进一步研究的问题,对如何更好地实现石墨烯微纳结构的加工提出一些建议。     

从MEMS到NEMS进程中的技术思考

回顾和概括了MEMS机电器件进入μm/nm尺度后解决的几个关键性问题。结合微机电器件发展的典型事例进行分析,对我国科学工作者在其中的贡献给予肯定。分析目前机电器件走向nm尺度的一些相关概念理解和需要着重研究的纳米效应问题。对机电器件从微到纳的发展趋势进行了展望。     

先进微陀螺器件及微惯性测量单元最新研究进展

微纳加工技术与振动惯性技术的结合使惯性仪表技术发生了重大的变革,拓展了惯性技术在军用和民用领域的应用。高性能微惯性器件对军事装备和国民经济的发展起着越来越大的作用。该文基于美国国防高级研究计划局(DARPA)近年来在微惯性传感器技术领域的资助项目,综合研究了微机电系统(MEMS)谐振陀螺、微光学陀螺(MOG)、声表面波(SAW)陀螺等微惯性传感器技术及微惯性测量单元的最新发展现状,并对其发展面临的技术挑战进行了详细地分析与评述。     

微纳光栅结构提高OLED器件性能的研究

有机发光二极管(organic light emitting diode, OLED)具有重量轻、功耗低、 响应时间快及具有柔性等特点,在平板显示 及固态照明等方面均显现出巨大的优势。为进一步提高OLED器件性能,本文利用ExpertOLED 仿真软 件对具有不同光栅结构的实际OLED器件进行仿真模拟,分析不同结构的微纳光栅对双金属电 极OLED 器件电致发光((electroluminescent,EL)光谱、发光视角及器件内部电场强度分布的影响。通过优化,得到增强 器件发光强度 和拓宽发光视角的微纳光栅结构。在不同的光栅周期下,改变光栅高度对器件的发光性能有 不同的影响。 调节发光层中分子偶极取向,优化器件内部电场强度分布,可进一步对器件的发光性能进行 优化,从而为实验上利用周期性微纳光栅结构提高OLED器件性能提供了具有价值的参考。     

纳米岛光刻技术及其应用

介绍了一种基于微加工技术的新方法——纳米岛光刻技术。利用该技术制造出几十纳米到微米尺度的岛结构，然后利用剥离、刻蚀等微加工技术，将该岛转化成纳米孔、纳米岛、纳米井等结构。该技术的特点是能够制造出具有各种密度的纳米结构(最高覆盖率可达50％以上)，且开发成本低，工艺性能优越，是一种有效制造纳米岛结构的专业方法。     

用于高效太阳电池的硅基微纳结构及制备

介绍了用于高效太阳电池的几种硅基微纳结构的最新研究进展,重点介绍了几种硅基微纳结构的制备方法,如阳极腐蚀制备多孔硅、各向异性制绒以及气液固(VLS)生长纳米线等,并对各种方法的特点作了分析比较,指出了各种方法存在的问题。最后对今后研究的方向做了展望,由于太阳电池在性能提高以及产业应用方面的需求,未来用于高效太阳电池的硅基微纳结构仍是研究的热点之一。进一步提升其对太阳电池效率的优化能力将是研究的重要关注点,而其制备技术也将向着低成本、大规模及可控制的方向发展。     

液态金属离子源聚焦离子束系统在微米/纳米技术中的应用

随着微米／纳米科学技术的发展,微细加工微区分析所用的主要技术之一－聚焦离子束技术引人注目。本文简述了具有液态金属离子源的聚焦离子束技术的主要功能,着重报道了近来该技术下述领域中的应用。