基于量子点阵列敏化的高效硅基近红外发光器件研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61704094
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0403.半导体光电子器件与集成
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Under condition of optical pumping, low-loss EDFLs and BDFLs have greatly stimulated the development of optical fiber communication technique, whereas no electrically pumped Er/Bi-related lasers have ever been demonstrated successfully until now due to extremely low conversion efficiency of electricity to light. Thus, the fully explored electrical pumping Er/Bi-related light source and greatly improved electroluminescence efficiency are still urgent issues for future development of integrated optoelectronic chip. During this project, we intends to select size-tunable metal oxide quantum dot arrays as sensitizers for improving electroluminescence efficiency of rare earth ions or transition metal ions by resonance energy transfer mechanisms. Based on the confined crystallization principle, the geometric parameters of quantum dot arrays will be adjusted as required. The tunneling efficiency of carriers will be further improved, meanwhile, the turn-on voltage of prototype device will be continuously decreased by hierarchical controls of hot-electron acceleration and impact ionization processed. Additionally, surficial microstructure antireflection and flip chip technologies will be developed for further improving the light extraction efficiency of prototype device. Furthermore, the carriers’ injection, drift, tunneling, capture, coupling, release, and recombination processes in transport layer will be elucidated in detail, respectively. With considerations of spectrum matching and exciton concentration distribution, the exciton absorption, resonance energy transfer, and luminescence enhancement mechanisms will be systematically evaluated through multi-physical field coupling simulation of metal oxide quantum dot arrays doped in silica thin films. This project will provide a solid theoretical and technical support for future design of Si-based near-infrared electrically pumped lasers.
在光泵浦下,低损耗的掺铒光纤激光器、掺铋光纤激光器已广泛应用于光通信等领域,然而在电泵浦下,由于低的光电转换效率,基于铒离子、铋离子的近红外激光器至今仍难实现。电泵浦效率低下成为制约集成光电芯片发展的关键问题之一。本项目拟采用一系列尺寸可控的金属氧化物量子点阵列作为敏化剂,利用共振能量转移机制提高铒离子、铋离子等发光中心的电致发光效率。其中,结合限制性晶化原理,优化阵列几何参数,实现对硅基薄膜中过热电子加速和碰撞离化过程的分层控制,有效提高载流子的隧穿效率、降低器件开启电压;尝试表面微结构减反技术与倒装芯片技术,提高光提取效率;阐明器件中载流子的注入、漂移、隧穿、俘获、耦合、释放、复合等输运机理;对量子点阵列进行多物理场耦合模拟,结合光谱响应匹配、激子浓度分布等因素,明确电泵浦下耦合体系中激子吸收、共振能量转移、发光增强等机理,为未来高效硅基电泵浦近红外激光器的实现提供理论依据和技术支撑。

结项摘要

硅基光电集成的关键技术之一是实现高效、稳定的硅基光源。其中稀土掺杂硅基薄膜电致发光材料与器件是实现高效硅基光源的重要研究途径。本项目拟通过磁控溅射、等离子体化学气相沉积等薄膜淀积工艺,结合限制性晶化原理,研制稀土掺杂富硅氧化硅、富硅氮化硅,硅氮氧等多种硅基薄膜;通过设计和构建电致发光原型器件,研究电泵浦下稀土敏化激发与热载流子碰撞离化激发等过程的发生条件与物理机制;通过能带工程、掺杂工程、缺陷工程,提高硅基薄膜中稀土离子的敏化激发效率,实现热载流子对稀土离子的高效碰撞离化激发,并探索避免能量背传递、俄歇复合等多种退激发过程的有效技术途径。在本项目中,通过量子点尺寸和数密度的有效控制,稀土铒离子的近红外特征发光强度提高了三个数量级。最优参数下的电致发光器件的开启电压低于4.5伏特,外量子发光效率达到0.7%和长达1000小时的工作时间,器件性能优于绝大多数现存的硅基近红外电致发光器件。

项目成果

期刊论文数量(24)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(16)
High-performance inertial impaction filters for particulate matter removal.
用于去除颗粒物的高性能惯性冲击过滤器
  • DOI:
    10.1038/s41598-018-23257-x
  • 发表时间:
    2018-03-19
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Zhang X;Zhang W;Yi M;Wang Y;Wang P;Xu J;Niu F;Lin F
  • 通讯作者:
    Lin F
Au/Bi共掺二氧化硅薄膜的制备及近红外光谱调控
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    发光学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈若望;汪鹏君;张晓伟;张跃军;张会红;束俊鹏
  • 通讯作者:
    束俊鹏
Modulating the fluorescent color of carbon nanodots via photon reabsorption and carbonization degree
通过光子重吸收和碳化程度调节碳纳米点的荧光颜色
  • DOI:
    10.1063/1.5008454
  • 发表时间:
    2017-12
  • 期刊:
    Applied Physics Letters
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Gan Zhixing;Di Yunsong;Huang Shisong;Shen Jiancang;Yang Lun;Zhang Xiaowei
  • 通讯作者:
    Zhang Xiaowei
A slot microring sensor with feedback spiral waveguide for trace gas CH4sensing in mid-infrared region
一种带反馈螺旋波导的狭缝微环传感器,用于中红外区痕量气体 CH4 传感
  • DOI:
    10.1007/s11801-019-8107-4
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Optoelectronics Letters
  • 影响因子:
    0.9
  • 作者:
    Xie Kai he;Zhang Xin;Zhang Xiao wei;Jin Han;Jian Jia wen
  • 通讯作者:
    Jian Jia wen
Design of SH aging sensor for real time and application in sensing network
SH实时老化传感器设计及其在传感网络中的应用
  • DOI:
    10.1109/cjece.2019.2947573
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Canadian Journal of Electrical and Computer Engineering
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yuejun Zhang;Zhicun Luan;Dailu Ding;Pengjun Wang;Zhen Li;Liwei Li
  • 通讯作者:
    Liwei Li

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其他文献

二次回归正交设计在氟碳铈矿浸出中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    湿法冶金
  • 影响因子:
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  • 作者:
    柳召刚;李梅;张晓伟;刘佳
  • 通讯作者:
    刘佳
核苷二磷酸激酶A的定点突变及C4S突变体的制备和活性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国生物工程杂志
  • 影响因子:
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  • 作者:
    熊盛;张晓伟;黄增委;王一飞;郭朝万;陈蕴如;钱垂文
  • 通讯作者:
    钱垂文
Synchronous-asynchronous encounter probability of rich-poor runoff based on copula function
基于Copula函数的富贫径流同异步相遇概率
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    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Sichuan Daxue Xuebao (Gongcheng Kexue Ban)
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    --
  • 作者:
    沈冰;张晓伟;莫淑红
  • 通讯作者:
    莫淑红
三种拟合评价法计算水文频率的比较
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    喻涛
和田河年径流变化规律研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    自然资源学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    沈冰;张晓伟;黄领梅
  • 通讯作者:
    黄领梅

其他文献

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张晓伟的其他基金

稀土掺杂硅基薄膜电致发光器件关键技术研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    59 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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