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深海级分布式光纤地震系统的南海海试

光学学报 2024年第1期44卷 367-375页

作者：邓棣珉徐团伟张汉羽于春亮曹凯姜英豪谢亚宁李芳吴时国中国科学院半导体研究所传感技术国家重点实验室北京100083 中国科学院大学材料科学与光电技术学院北京100049 中国科学院深海科学与工程研究所深海地球物理与资源研究室海南三亚572000 中国科学院深海科学与工程研究所深海工程技术部海南三亚572000

分布式光纤声传感(DAS)技术将单根光纤视为传感和传输介质,可实时探测光纤附近的振动/声波信号,具有环境适应性强、长距离、空间连续测量等优势。本文借助海底观测平台,将DAS解调仪与传感光纤一同布放于深海,展开了为期21天的深海原位... 详细信息

分布式光纤声传感(DAS)技术将单根光纤视为传感和传输介质,可实时探测光纤附近的振动/声波信号,具有环境适应性强、长距离、空间连续测量等优势。本文借助海底观测平台,将DAS解调仪与传感光纤一同布放于深海,展开了为期21天的深海原位测试试验。在1423 m的深海环境中,成功实现海底振动传感系统,其平均背景噪声约为0.464 mrad/√Hz。这一结果与实验室测量结果相近。海试的数据采集结果进一步验证了该系统的可行性,通过对不同工作状态(入水、着底、移动和抛载上浮)下采集到的振动信号的时频特性进行了分析,能够清晰识别出各工作状态下的信号特征。该深海级分布式光纤地震系统提供了一种新的工程方案,海底的原位布放可以实现在更远海域和更深海底的分布式光纤地震采集,对海洋地球物理研究具有重要意义。

关键词：海底分布式光纤地震系统分布式光纤声传感海洋环境监测海洋地球物理

环栅晶体管制备中SiGe选择性刻蚀技术综述

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材料导报 2024年第9期38卷 14-20页

作者：刘恩序李俊杰刘阳杨超然周娜李俊峰罗军王文武中国科学院微电子研究所北京100029 中国科学院大学集成电路学院北京100049

环栅(Gate-all-around,GAA)晶体管是3 nm以下节点替代现有鳍式晶体管(FinFET)最有竞争力的器件结构,能有效改善器件尺寸不断微缩带来的短沟道效应。与FinFET相比,GAA器件制备的工艺流程中内侧墙制备和沟道释放是新引入的工艺模块,均需要... 详细信息

环栅(Gate-all-around,GAA)晶体管是3 nm以下节点替代现有鳍式晶体管(FinFET)最有竞争力的器件结构,能有效改善器件尺寸不断微缩带来的短沟道效应。与FinFET相比,GAA器件制备的工艺流程中内侧墙制备和沟道释放是新引入的工艺模块,均需要SiGe选择性刻蚀技术。工艺要求SiGe作为牺牲层被选择性刻蚀去除,且尽可能减少对Si沟道的损伤。本文对环栅晶体管制备工艺中所需的SiGe选择性刻蚀技术进行了综述,主要分析了器件结构的发展趋势及SiGe选择性刻蚀的应用,并分类综述了常规SiGe选择性刻蚀方法以及新型选择性刻蚀技术的发展历程,分析了各种技术的优点和不足。最后对SiGe选择性刻蚀技术面临的挑战进行了分析,并对其未来可能的发展趋势进行了展望。

关键词：锗硅选择性刻蚀环栅内侧墙沟道释放纳米线纳米片

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完全非稠合结构有机光伏受体材料

科学通报 2024年第23期69卷 3425-3442页

作者：杨霓崔勇侯剑辉中国科学院化学研究所北京100190 中国科学院大学北京101408

得益于刚性稠合非富勒烯受体的发展,有机光伏(organic photovoltaic, OPV)电池的能量转换效率(power conversion efficiency, PCE)已经超过了20%.然而,大多数稠合受体的合成过程复杂,导致OPV电池制备成本高昂,严重限制了OPV技术的产业... 详细信息

得益于刚性稠合非富勒烯受体的发展,有机光伏(organic photovoltaic, OPV)电池的能量转换效率(power conversion efficiency, PCE)已经超过了20%.然而,大多数稠合受体的合成过程复杂,导致OPV电池制备成本高昂,严重限制了OPV技术的产业化发展.因此,开发低成本的非稠合受体成为OPV领域的一个重要课题.最近,电子给体单元完全由单芳香环通过C-C单键连接的全非稠合受体的研究取得了巨大进展,相应电池的PCE已经达到了17%,有希望达到与采用刚性稠合非富勒烯受体制备的OPV电池相当的效率.本综述从材料设计的角度出发,通过给体单元芳香环的数量进行分类,对目前报道的全非稠合受体材料的研究进展进行了总结.最后从效率、成本和稳定性方面对材料的发展和挑战进行了评论.

关键词：有机光伏电池全非稠合受体分子设计能量转换效率非共价相互作用空间位阻

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激光距离选通三维成像技术研究进展(特邀)

红外与激光工程 2024年第4期53卷 23-41页

作者：王新伟孙亮张岳宋博夏晨昊周燕中国科学院半导体研究所光电系统实验室北京100083 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

随着人工智能时代的到来,同时获得反映目标辐射特性和纹理特征的高分辨率强度图像以及反映目标和所处场景的三维空间信息的稠密点云数据/三维图像的激光相机雷达技术已成为激光雷达的发展趋势。传统的摄像机与激光雷达复合的技术方案存... 详细信息

随着人工智能时代的到来,同时获得反映目标辐射特性和纹理特征的高分辨率强度图像以及反映目标和所处场景的三维空间信息的稠密点云数据/三维图像的激光相机雷达技术已成为激光雷达的发展趋势。传统的摄像机与激光雷达复合的技术方案存在异源数据融合问题,尤其是在雾雨雪天气条件下以及水下等传输链路中存在严重散射的情况时难以有效工作。激光距离选通三维成像技术利用单一门控成像器件可同时获得高质量二维强度图像和高分辨率三维图像,其二维图像中的像素和三维图像中的体素一一对应,并继承了激光距离选通成像透散射成像的技术优势,具有实现高性能激光相机雷达的技术潜力。论文系统综述了步进延时扫描、增益调制、距离能量相关等激光距离选通三维成像技术的研究进展,介绍了该类技术的国内外典型应用情况,最后分析了该领域所面临的挑战及进一步发展方向和应用前景。

关键词：距离选通成像三维成像激光雷达激光相机雷达距离能量相关

Ti-DLC薄膜压阻性能及载流子输运行为研究

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无机材料学报 2024年第8期39卷 879-886,I0001,I0002页

作者：赵志翰郭鹏魏菁崔丽刘山泽张文龙陈仁德汪爱英宁波大学材料科学与化学工程学院宁波315211 中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋关键材料重点实验室宁波315201 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

围绕压阻传感器领域对高性能类金刚石(Diamond Like Carbon,DLC)薄膜压阻敏感材料的需求,针对金属掺杂DLC存在的载流子输运行为和实际多工况(如温度、湿度等)下压阻性能不明的问题,本工作以Ti-石墨复合拼接靶为靶材,采用高功率脉冲磁控... 详细信息

围绕压阻传感器领域对高性能类金刚石(Diamond Like Carbon,DLC)薄膜压阻敏感材料的需求,针对金属掺杂DLC存在的载流子输运行为和实际多工况(如温度、湿度等)下压阻性能不明的问题,本工作以Ti-石墨复合拼接靶为靶材,采用高功率脉冲磁控溅射技术,高通量制备出4种Ti含量(原子分数为0.43%~4.11%)的Ti掺杂类金刚石(Ti-DLC)薄膜,研究了Ti含量对薄膜组分结构、电学性能、变湿度环境下压阻性能的影响规律。结果表明:Ti含量(原子分数)在0.43%~4.11%范围内,掺杂Ti原子均以固溶形式均匀镶嵌于非晶碳网络中,Ti-DLC薄膜电学行为表现为典型半导体特性,在200~350 K温度范围内,薄膜电阻率均随温度升高而降低。载流子传导机制在200~270 K内为Mott型三维变程跳跃传导,在270~350 K范围内则为热激活传导。Ti-DLC薄膜压阻系数(Gauge Factor,GF)最大值为95.1,在20%~80%相对湿度范围内,所有样品GF均随湿度增加而增大,这可能是引入的固溶Ti原子缩短了导电相之间的平均距离,同时吸附表面水分子导致电阻变化。

关键词： Ti掺杂类金刚石薄膜电学性能可变湿度压阻行为

基于广度优先搜索的全芯片光源掩模优化关键图形筛选方法

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光学学报 2024年第9期44卷 131-141页

作者：杨欣华江一鹏李思坤廖陆峰张双张利斌张生睿施伟杰韦亚一王向朝中国科学院上海光学精密机械研究所高端光电装备部上海201800 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049 中国科学院微电子研究所EDA中心北京100029 东方晶源微电子科技(北京)有限公司北京100176 中国科学院大学集成电路学院北京100049 浙江大学光电科学与工程学院浙江杭州310058

提出一种基于广度优先搜索的全芯片光源掩模优化关键图形筛选方法。通过广度优先搜索算法得到所有图形数最少的关键图形组。以45 nm标准单元库测试图形集为例,采用商用计算光刻软件Tachyon Tflex对本文方法的筛选结果进行仿真验证。结... 详细信息

提出一种基于广度优先搜索的全芯片光源掩模优化关键图形筛选方法。通过广度优先搜索算法得到所有图形数最少的关键图形组。以45 nm标准单元库测试图形集为例,采用商用计算光刻软件Tachyon Tflex对本文方法的筛选结果进行仿真验证。结果表明,本文方法获得的关键图形组的工艺窗口优于Tachyon Tflex中的同类技术。相比于基于深度优先搜索的全芯片SMO关键图形筛选方法,本文方法只筛选出所有图形数量最少的关键图形组,图形筛选效率更高。

关键词：集成光学图形筛选计算光刻全芯片光源掩模联合优化广度优先搜索

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基于可重构硅光滤波器的计算重建片上光谱仪

物理学报 2024年第14期73卷 34-42页

作者：张赞黄北举陈弘达长安大学电子与控制工程学院西安710018 中国科学院半导体研究所光电材料与器件重点实验室北京100083 中国科学院大学材料科学与光电技术学院北京100049

相比于笨重的台式光谱仪,集成化的芯片级光谱仪可以应用于便携式的健康监测、环境检测等场景.我们设计了一个基于硅光子平台的片上光谱仪.该器件由一个透射光谱可重构的硅光滤波器构成.通过改变滤波器的透射光谱,可以实现对输入光谱的... 详细信息

相比于笨重的台式光谱仪,集成化的芯片级光谱仪可以应用于便携式的健康监测、环境检测等场景.我们设计了一个基于硅光子平台的片上光谱仪.该器件由一个透射光谱可重构的硅光滤波器构成.通过改变滤波器的透射光谱,可以实现对输入光谱的多次且不同的采样.再结合人工神经网络算法,从采样后的信号中重建出入射光谱.可重构的硅光滤波器由互相耦合的马赫曾德干涉仪和微环谐振腔组成.采用集成的热光相移器引入相位变化,能够对滤波器的透射光谱进行重构.通过这种方式,基于单个可重构滤波器可得到包含宽、窄光谱多样特征的响应函数.不需要滤波器阵列,就可以实现对入射光谱的多样化采样,能够显著地减小光谱检测器件的面积.仿真结果表明,所设计的器件在1500—1600 nm波长范围内可以实现连续光谱和稀疏光谱的重建,分辨率约为0.2 nm.该器件在可穿戴光学传感、便携式光谱仪等场景中具有巨大的应用潜力.

关键词：计算光谱重建可重构硅光滤波器深度学习光子集成回路

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基于改进型粒子群优化算法的畸变光斑校正仿真研究

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中国激光 2024年第13期51卷 153-163页

作者：刘珍竹孝鹏毕德仓刘继桥陈卫标中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部上海201800 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

相干探测激光雷达作为一项重要的光学探测技术,在实际应用中面临着大气湍流的影响:大气湍流会导致光斑发生畸变,从而降低探测性能。为解决这一问题,笔者提出了基于改进型粒子群优化算法的畸变光斑校正方法。该方法通过引入Metropolis准... 详细信息

相干探测激光雷达作为一项重要的光学探测技术,在实际应用中面临着大气湍流的影响:大气湍流会导致光斑发生畸变,从而降低探测性能。为解决这一问题,笔者提出了基于改进型粒子群优化算法的畸变光斑校正方法。该方法通过引入Metropolis准则以一定的概率接受劣质解,达到了更高的收敛极限。另外,改进型粒子群优化算法对惯性参数的取值不敏感。对于不同的惯性参数,随着迭代次数增加,所提算法最终都能够达到相同的收敛极限,这说明改进型粒子群优化算法的鲁棒性较好。在中强湍流和强湍流下,对比分析了随机并行梯度下降(SPGD)算法、粒子群优化(PSO)算法和改进型PSO算法的校正结果。仿真结果表明:在收敛速度方面,SPGD算法用时最长,其次是PSO算法,改进型PSO算法用时最短。在收敛极限方面,对于中强湍流,三种算法都能够使斯特列尔比提高到0.8以上,可以认为畸变校正达到了理想效果;对于强湍流,SPGD、PSO和改进型PSO算法使斯特列尔比分别提高了1.2、2.6、3.2倍(与校正前相比)。综合来看,相比SPGD和PSO算法,改进型PSO算法更有利于提高相干探测激光雷达的性能,尤其是在强湍流条件下。

关键词：相干光学相干探测激光雷达自适应光学畸变光斑校正改进型粒子群优化算法

锂电池正极材料化学及形貌的X射线纳米谱学成像研究

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光谱学与光谱分析 2024年第5期44卷 1239-1244页

作者：高若阳张玲陶芬汪俊苏博毕志杰杜国浩邓彪肖体乔中国科学院上海应用物理研究所研究中心上海201800 中国科学院大学北京100049 中国科学院上海高等研究院上海光源中心上海201204 青岛大学物理科学学院山东青岛266071

锂离子电池高镍三元正极材料是储能领域的研究热点之一,多次循环后材料内部化学不均匀性与形貌缺陷,会造成电池失效与性能衰退,深入了解电池容量衰减变化及其原因需要对材料进行快速、高效无损的观测和分析。基于同步辐射的硬X射线全场... 详细信息

锂离子电池高镍三元正极材料是储能领域的研究热点之一,多次循环后材料内部化学不均匀性与形貌缺陷,会造成电池失效与性能衰退,深入了解电池容量衰减变化及其原因需要对材料进行快速、高效无损的观测和分析。基于同步辐射的硬X射线全场透射显微镜(TXM)是一种可无损研究物质内部结构且具有纳米分辨的成像技术。随着高亮度、高性能同步辐射光源的发展,同步辐射的TXM技术获得了快速发展,使得TXM成像方法具有更高的实验效率和空间分辨率。X射线纳米谱学成像(TXM-XANES)是将TXM与X射线吸收近边结构谱(XANES)有机结合的成像方法,TXM-XANES能够从纳米尺度上表征微米级能源材料的内部元素空间分布及化学态等信息,解决了常规方法由于表征材料局部区域而缺乏整体表征,或表征集合平均值特性而错过材料局部化学状态变化的问题。TXM-XANES作为基于TXM发展的多模态联合表征技术,已逐渐成为能源材料研究的重要实验方法之一。介绍了上海光源纳米三维成像线站及TXM成像系统,阐述了X射线纳米谱学成像方法的原理及其特点。X射线纳米谱学成像和纳米CT方法对锂离子电池正极高镍层状三元氧化物材料LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_(2)(NCM622)粉体进行了表征,获得了纳米尺度下NCM622单颗粒样品中Ni元素化学态的空间分布信息及单颗粒的三维结构信息。对电池材料的三维X射线纳米谱学成像方法进行了介绍和展望。

关键词：纳米谱学成像全场透射X射线显微镜锂电池同步辐射