最新刊期
      2025年第46卷第4期

        封面文章

      • 用于高效光提取的深紫外LED封装体设计与优化 增强出版

        康闻宇, 尹君, 黄家新, 项磊磊, 康俊勇
        2025, 46(4): 553-564. DOI: 10.37188/CJL.20240321
        摘要：针对AlGaN基深紫外LED出光效率低的难题，设计了氟树脂紧密粘合的石英透镜封装结构，有效解决了倒装结构LED光子从蓝宝石衬底出射时较大内全反射损失的难题。研究表明，较薄的界面氟树脂结合层可形成相对匹配的折射率过渡，实现光子出射最大化，典型250 nm深紫外LED出光强度可提升28%。在此基础上，设计了具有反射侧壁的陶瓷封装基板，用以提高深紫外LED横磁（Transverse magnetic， TM）模式出射光的提取和汇聚。仿真结果表明，不同波长的深紫外LED均实现了显著的提升，相较于对照样品不足50%的前向出光效率，引入反射型封装基板后最高可提升至94%，且对于波长短于250 nm的LED提升更显著，这与其更高比例的TM模式发光有关。进一步优化的石英透镜曲率使得LED出射光汇聚特性获得了有效调控，可满足深紫外LED在表面灭活等不同应用场景的光场分布需求。  
        关键词：AlGaN;深紫外LED;光提取;封装结构   
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        更新时间：2025-04-21

        特邀报告

      • 氧锌镁：从材料特性到紫外探测应用 增强出版

        朱勇学, 程祯, 刘可为, 申德振
        2025, 46(4): 565-581. DOI: 10.37188/CJL.20240307
        摘要：氧锌镁（ZnMgO）是由宽禁带半导体材料氧化锌（ZnO）和氧化镁（MgO）构成的三元合金，作为直接带隙宽禁带半导体，其禁带宽度理论上可在ZnO的3.37 eV和MgO的7.8 eV之间连续可调，并且具有纳米结构丰富、制备温度低、抗辐射能力强、稳定性高等特性，是一种优异的紫外光电探测材料。更为有趣的是，除了上述优点外，ZnMgO还具备压电性、热释电性和铁电性等丰富的物理性质，为其紫外探测器的应用拓展提供了新的可能，相关研究也成为近年来紫外探测领域的研究热点。鉴于此，本文全面综述了ZnMgO丰富的材料特性，重点介绍和讨论了能带工程、铁电/热释电/压电极化、低维结构等在其紫外探测器件的结构设计、性能调控和应用发展等方面的研究进展。  
        关键词：氧锌镁;紫外探测器;能带工程;纤锌矿铁电;柔性器件   
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        更新时间：2025-04-21

      • ZnO基器件中的负光电导特性研究 增强出版

        张晴怡, 杨羽欣, 刘凯, 王雷, 陈峰, 徐春祥
        2025, 46(4): 582-596. DOI: 10.37188/CJL.20240270
        摘要：作为第三代半导体电子器件中最著名的n型金属氧化物之一，氧化锌因具有高检出率、高光学增益、高灵敏度等特点常用于高性能紫外光电探测器的构筑。氧化锌的光电导行为强烈依赖于其表界面性质和导带附近的缺陷态对光生载流子的捕获和去捕获。研究发现，由于载流子的损耗和缺陷捕获，在ZnO器件中还能够观察到持续光电导现象（Persistent photoconductivity）甚至负光电导（Negative photoconductivity，NPC）效应。本文从ZnO器件的正光电导机理出发，详细介绍了ZnO基器件中在不同制备条件和环境温度、不同驱动方式、介质复合和异质结构中观察到的负光电导现象及其产生负光电导效应的微观物理机制。氧化锌负光电导特性的研究可为构建高效逻辑电路、发光二极管、太阳能电池和超高分辨率成像传感器提供新思路。  
        关键词：氧化锌;光电性质;负光电导   
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        更新时间：2025-04-21

      • ZnO基透明导电薄膜 增强出版

        史钧达, 杨汝琪, 胡杜楠, 刘如敏, 余涛, 吕建国
        2025, 46(4): 597-614. DOI: 10.37188/CJL.20240271
        摘要：ZnO是一种典型的第三代半导体材料，宽禁宽度3.37 eV。本征ZnO是一种n型半导体，采用施主元素掺杂技术可以显著提升其n型导电特性。ZnO基透明导电薄膜具有原料来源丰富、制备方法多样、可室温生长等优势，可应用于光电、传感、光热等诸多领域。其中，Al掺杂ZnO（AZO）是一种典型的透明导电氧化物（TCO），备受关注。本文以AZO薄膜为主要代表，综述了ZnO基透明导电薄膜的最新研究进展，包括掺杂ZnO单层薄膜、ZnO基多层薄膜、柔性ZnO基薄膜等不同类型透明导电薄膜的物理化学性质；重点探讨了ZnO基透明导电薄膜的迁移率、禁带宽度、透射率/吸收率/反射率等光电特性及其内在关系；详细介绍了ZnO基透明导电薄膜在发光二极管、太阳能电池、传感器、半导体加热等领域的应用情况；最后对存在的挑战和未来发展趋势进行了展望。  
        关键词：氧化锌;透明导电薄膜;施主掺杂;AZO;光电特性   
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        更新时间：2025-04-21

      • 氧化锌基光电化学传感器研究进展 增强出版

        贺立龙, 向敏华, 黄澳, 董秀秀, 徐春祥
        2025, 46(4): 615-629. DOI: 10.37188/CJL.20240273
        摘要：光电化学（PEC）传感器具有背景信号低、响应快、灵敏度高的优点，在环境保护和公共健康方面发挥着重要作用。氧化锌（ZnO）作为一种载流子浓度高、生物相容性良好，并且结构稳定的光电材料，在PEC传感领域得到了广泛应用。本文综述了ZnO及其纳米复合材料在PEC传感领域的研究进展。首先，从调控形貌、利用压电效应和引入缺陷工程三个方面，介绍了ZnO结构调控的具体措施。其次，从贵金属和类金属角度总结了金属增强ZnO光电传感性能的应用实例，并梳理了半导体偶联ZnO构建异质结的相关策略。在此基础上，介绍了ZnO基三元复合结构的PEC传感的应用进展。最后，结合ZnO在PEC传感领域的发展现状和未来需求分析，对如何实现高性能、多功能的ZnO基PEC传感器件的进一步开发与应用进行了展望。  
        关键词：氧化锌;光电化学;传感;研究进展   
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        更新时间：2025-04-21

      • X射线成像闪烁体光产额测量技术与优化方法 增强出版

        张誉戈, 马舸, 万鹏颖, 鲍子臻, 欧阳潇, 刘林月, 欧阳晓平
        2025, 46(4): 630-641. DOI: 10.37188/CJL.20240310
        摘要：闪烁成像屏是X射线成像技术的核心部件，其光产额的精确测定对于提升成像系统的空间分辨率和推动新型闪烁体的研发具有至关重要的作用。本文首先概述了X射线成像技术的基本原理，随后系统地综述了当前X射线成像闪烁体光产额测量的主要方法。这些方法既包括基于能谱和X射线激发光谱的相对测量法，也涵盖了利用光电倍增管（PMT）和光电二极管（PD）或雪崩光电二极管（APD）的绝对测量法。同时，本文深入剖析了封装与耦合技术、放射源的能量特性与粒子种类、用于光产额测量的光电探测器种类等多种因素对光产额测量结果可能产生的潜在影响。另外，本文提出了一种基于光收集系数修正的绝对光产额测量方法。该方法有效地结合了利用PMT和PD的绝对法测量的优势，不仅能够实现大范围光产额测量，覆盖百光子量级的光输出，还保持了5％的低测量不确定度。  
        关键词：闪烁成像屏;光产额;测量方法;不确定度优化   
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        更新时间：2025-04-21

      • 钙钛矿材料的高能辐照稳定性及损伤机制研究进展 增强出版

        刘晓庆, 陆帅, 夏梦玲
        2025, 46(4): 642-657. DOI: 10.37188/CJL.20240313
        摘要：辐照损伤是医疗影像、大科学装置、航天工业等各领域面临的共性核心问题，材料的高能辐照稳定性和损伤机理研究是其走向实际应用必不可少的环节。新型钙钛矿半导体材料在高能辐射探测领域极具应用前景，但其高能辐照稳定性仍然存在争议，辐照损伤机理尚不清晰。本文探讨了高能辐射环境中钙钛矿的损伤机制及影响辐照稳定性的主要因素，并提出了增强钙钛矿材料抗辐射能力的潜在策略，旨在获得钙钛矿结构与辐照稳定性的构效关系，为钙钛矿辐射探测器件的开发提供有效的参考依据。  
        关键词：钙钛矿;辐照稳定性;损伤机制   
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        更新时间：2025-04-21

        研究快报

      • 刘汉强, 涂永华, 魏俊青, 谢杨杨
        2025, 46(4): 658-664. DOI: 10.37188/CJL.20250003
        摘要：CsPbBr3钙钛矿纳米晶具备出色的绿光发光特性和低成本制备优势，是有望满足超高清显示色域的重要材料。然而，由于元素成分比例和尺寸控制等多因素影响，CsPbBr3钙钛矿纳米晶难以在530 nm附近形成窄绿光发射，从而与Rec.2020色域要求的标准绿光存在明显偏差。基于此，本工作在室温下以配体辅助再沉淀法为基础，通过在前驱体溶液中引入氮化硼量子点和双戊酸配体协同诱导纳米晶生长，合成了CsPbBr3@BNQD纳米晶复合材料。双戊酸配体在纳米晶表面的锚定作用和BNQD纳米晶的宽禁带特性，使得所制备CsPbBr3@BNQD纳米晶复合材料形成525 nm处的窄绿光发射，其半峰全宽为15.9 nm，发光效率高达78%，其CIE坐标（0.161，0.790）与Rec.2020标准绿色坐标几乎完全重合。此外，CsPbBr3@BNQD纳米晶复合材料在LED片上封装应用中表现出良好的老化稳定性，为超高清显示的标准绿光技术提供了有效方案。  
        关键词：钙钛矿纳米晶体;氮化硼量子点;复合材料;Rec.2020标准绿光   
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        更新时间：2025-04-21

        材料合成及性能

      • 锡基金属卤化物钙钛矿：合成、发光性能与LED应用 增强出版

        黄大誉, 刘冬杰, 党佩佩, 连洪洲, 林君
        2025, 46(4): 665-682. DOI: 10.37188/CJL.20240305
        摘要：发光二极管是新型显示技术的核心部件，更是新一代信息技术产业之首。钙钛矿发光二极管作为最新兴起的显示技术，具有高色纯度、广色域、加工工艺简单、低成本等优势，是国内外光电器件领域的研究热点。然而，需要使用对环境有害的卤化铅钙钛矿才能实现高功率转换效率。目前，卤化锡钙钛矿因具有低的激子结合能和良好的电荷载流子迁移率成为最有前途的替代品。由于具有相似的离子半径与价态，锡（Sn）可以部分或完全替换有毒的铅（Pb）来实现卤化铅钙钛矿的低铅化或无毒化；同时，Sn部分或完全替换Pb会产生新的发光性质。尽管锡基金属卤化物钙钛矿在提升光电性能方面取得了较大的进展，但其制备的发光器件参数仍低于铅基卤化物钙钛矿。本文旨在详细综述锡基金属卤化物钙钛矿的合成制备和光电特性方面的研究进展及其面临的挑战，探讨晶体结构与光电性能之间的构效关系，回顾锡基钙钛矿在电致发光器件应用方面的研究进展，主要集中在采取策略来改善锡基钙钛矿材料的薄膜特性，以提高器件性能。该综述为锡基金属卤化物钙钛矿的合成、发光性能与LED应用提供了参考。  
        关键词：金属卤化物钙钛矿;锡基;电致发光器件;发光二极管（LED）   
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        更新时间：2025-04-21

      • AlGaAs插入结构对InAlGaAs/AlGaAs多量子阱发光特性的影响 增强出版

        赵书存, 王海珠, 王登魁, 甘露露, 王祯胜, 吕明辉, 马晓辉
        2025, 46(4): 683-690. DOI: 10.37188/CJL.20240318
        摘要：InAlGaAs/AlGaAs多量子阱（MQWs）因其较宽的光谱范围，在近红外及可见光区域受到越来越多的关注，并已经成为新兴的研究热点。本研究采用MOCVD生长技术制备InAlGaAs/AlGaAs多量子阱材料，依据选取插入层（ISL）材料时需要考虑的主要因素及理论计算，探究插入层结构对量子阱发光性质的影响。设计并生长了无插入层的InAlGaAs量子阱及不同厚度不同Al组分的AlGaAs插入层。实验结果表明，插入层的引入显著提高了量子阱的发光强度，虽然样品中本身存在局域态，但插入层的存在并未引入更多局域态，同时插入层的存在不会改变量子阱中载流子复合机制。研究结果为InAlGaAs量子阱的结构优化及插入层技术提供了重要的理论分析和实验数据，表明通过合理设计插入层可以显著提高InAlGaAs量子阱的光学性能。  
        关键词：InAlGaAs多量子阱;插入层;金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）   
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        更新时间：2025-04-21

      • NaGdMgTeO6∶Eu3+荧光粉的光致发光及其多功能应用 增强出版

        刘芳芳, 代正忙, 周薇薇, 李荣青, 夏峥嵘, 王子峰, 杨密爱, 朱浩东, 赵旺
        2025, 46(4): 691-703. DOI: 10.37188/CJL.20240309
        摘要：通过高温固相法成功合成了NaGdMgTeO6∶xEu3+（x=0.1~1.0）红色荧光粉，并采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、漫反射光谱（DR）、光致发光光谱（PL）、电致发光光谱（EL）等多种测试手段对其结构形貌、光致发光特性进行了详细表征。实验结果表明，在397 nm紫外光激发下，NaGdMgTeO6∶Eu3+呈现出典型的Eu3+特征红光发射；当Eu3+掺杂浓度达到x=0.5时，样品展现出最佳发光性能，更高浓度的掺杂量会导致浓度猝灭。基于变温光谱，进一步探讨了NaGdMgTeO6∶0.5Eu3+荧光粉的热稳定性和作为荧光温度传感器的应用潜力，并据此计算得出了相关的关键参数指标。同时，通过对所制备LED器件的光电性能评估，初步展示了该材料在固态照明领域中的应用。此外，该材料还可用于潜指纹检测，有助于法医的鉴定。综上所述，NaGdMgTeO6∶Eu3+作为一种多功能型材料，在多个领域展现出潜在的应用空间。  
        关键词：NaGdMgTeO6;发光;LED;温度传感;潜指纹显现   
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        更新时间：2025-04-21
      • 杨斯涵, 张骞, 赵楚鑫, 刘丹荷, 宫新娇, 陈禹霏, 王雪娇
        2025, 46(4): 704-712. DOI: 10.37188/CJL.20240294
        摘要：采用传统固相法成功合成了新型绿色陶瓷颜料Y3Ga3MgSiO12∶xCr3+（x=0~0.2）。利用XRD、FE-SEM、UV-Vis光谱、XPS和色度值分析对颜料的性能进行了全面的研究。结果表明，三价铬离子占据了石榴石晶格中的［Ga1O6］八面体位置，基质提供的弱晶体场环境赋予了该颜料绿色特征。1 400 ℃煅烧条件制备的样品在相纯度、形貌和颜色特性上的表现最为优异。具有代表性的样品Y3Ga3MgSiO12∶0.05Cr3+的色度值为L*=81.16，a*=-12.53，b*=12.71，经过稳定性测试后绿色保持度优异。此外，当以Y3Ga3MgSiO12∶xCr3+（x=0~0.2）颜料上釉时，光滑的釉面呈现出生动且饱和的绿色色调，证明了其显著的着色能力和作为中温实用颜料的潜力。本研究表明，Y3Ga3MgSiO12∶Cr3+作为新型绿色陶瓷颜料具有较好的应用前景。  
        关键词：石榴石;绿色颜料;Cr3+掺杂   
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        更新时间：2025-04-21

        器件制备及器件物理

      • 大面积高功率940 nm光子晶体面发射激光器 增强出版

        唐英翔, 王超, 肖垚, 张志成, 罗晨, 仲崇喜, 张燕, 赵武, 李顺峰, 王文鑫, 王俊
        2025, 46(4): 713-720. DOI: 10.37188/CJL.20240264
        摘要：光子晶体面发射激光器（PCSEL）可以利用带边谐振效应实现大面积相干振荡，是一种能实现高亮度单模激射的新型半导体激光器。这使得PCSEL在激光雷达与3D传感等领域具有很好的应用前景。本文设计了一种正方单晶格非对称锥形空气孔结构的PCSEL，通过增加光子晶体占空比提高基模与高阶模之间的阈值差异，实现大模式面积下高功率单模激光输出。实验表明，研制的940 nm PCSEL在10 μs脉冲泵浦下输出功率达到5.1 W，斜率效率达到0.43 W/A，其远场光斑呈现出1°发散角的单瓣分布，并具有80%偏振度的线偏振特性；进一步地，在5 ns脉冲条件下，其输出功率高达35 W。该器件的研发可为激光雷达系统提供良好的光源。  
        关键词：光子晶体面发射半导体激光器;高功率;非对称锥形   
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        更新时间：2025-04-21

      • 双分子钝化埋底界面制备高效钙钛矿太阳能电池 增强出版

        文超, 陈茜羽, 卢颖婕, 刘佳澎, 姚广平, 王丽丹, 苏子生
        2025, 46(4): 721-729. DOI: 10.37188/CJL.20240350
        摘要：钙钛矿太阳能电池（PSCs）的电子收集特性是影响器件性能的关键因素之一。化学浴沉积法制备的二氧化锡（SnO2）是PSCs常见的电子传输层材料，但是，其表面常存在大量氧空位缺陷，在SnO2/钙钛矿埋底界面处造成非辐射复合损失。本文利用四氯化锡（SnCl4）和铬酸铵（（NH4）2CrO4）双分子钝化PSCs埋底界面，成功制备了光电转换效率达到23.71%的器件。SnCl4水解后在SnO2薄膜上生成小尺寸的SnO2颗粒，形成平整的表面结构；（NH4）2CrO4作为氧化剂，产生p型半导体Cr2O3超薄层，与SnO2构成p-n结，补偿SnO2表面多余的氧空位，减少埋底界面处的非辐射复合，提高电荷的提取效率。同时，在双分子钝化的SnO2上制备的钙钛矿薄膜晶粒尺寸增大，缺陷密度降低。  
        关键词：钙钛矿太阳能电池;二氧化锡;缺陷;双分子钝化   
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        更新时间：2025-04-21
      • 孙松伟, 石琳琳, 马超, 邹永刚, 范杰, 付曦瑶, 王玉坤
        2025, 46(4): 730-741. DOI: 10.37188/CJL.20240342
        摘要：为了打破均匀光栅对称结构的限制，进一步提高硅基光电集成片上光源的耦合效率。本研究提出基于绝缘衬底上硅结构的高效递进式光栅耦合器的设计，适用于垂直腔面发射激光器（VCSEL）键合到硅光子集成电路，降低了VCSEL光电集成对键合角度的工艺难度要求。该方法通过同时改变光栅的周期和占空比，并优化光栅的刻蚀深度，实现了对布拉格条件的调整，使衍射场分布与高斯场分布更为匹配。此外，还优化设计周期与占空比为定值的均匀光栅耦合器和周期固定、占空比改变的前端渐进式光栅耦合器两种结构。作为对比验证了递进式光栅耦合器设计的有效性，在提升耦合效率的同时，增加了VCSEL入射角倾角的耦合方向性，使VCSEL器件耦合方向更为灵活。数值仿真结果显示，设计的均匀光栅、前端渐进式光栅、递进式光栅的最高耦合效率分别达到54.62%（-2.63 dB）、60.18%（-2.21 dB）、64.55%（-1.90 dB）。得益于设计的优化，该结构对光源入射倾角具有6°~21°的容差范围，大幅降低了实验工艺的难度。通过数值计算结果证明了该方法的可靠性，同时也展现了在不使用背反射镜的情况下，基于硅基异质集成结构能实现高达64.55%（-1.90 dB）耦合效率和大入射角度容差的潜力。实验结果表明，在1 500~1 600 nm波段范围内设计的光栅耦合器在光纤不同入射角度测试中，对不同的入射角均具有较高的耦合效率，具有更好的耦合方向性。  
        关键词：硅基光电集成;模式匹配;入射容差;耦合效率;光栅耦合器   
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        更新时间：2025-04-21
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