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多晶键合层对分离吸收电荷倍增型锗/硅雪崩光电二极管性能的影响

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硅酸盐学报 2024年第7期52卷 2316-2328页

作者：苏小萍李嘉辉王战仁柯少颖闽南师范大学物理与信息工程学院福建漳州363000

分离吸收电荷倍增(SACM)型Ge/Si雪崩光电二极管(APD)因其高速、低噪声、高灵敏度、具备光增益等优点在光通信、光学成像和安全检测等领域具有广泛的应用前景。然而由于Si和Ge的晶格常数相差4.2%,因此在Ge/Si异质结界面会形成高密度的穿... 详细信息

分离吸收电荷倍增(SACM)型Ge/Si雪崩光电二极管(APD)因其高速、低噪声、高灵敏度、具备光增益等优点在光通信、光学成像和安全检测等领域具有广泛的应用前景。然而由于Si和Ge的晶格常数相差4.2%,因此在Ge/Si异质结界面会形成高密度的穿透位错,导致器件性能的恶化。为获得低位错密度Si基Ge薄膜材料并实现高性能Ge/Si APD,创新在Ge/Si键合界面处引入一层多晶硅(poly-Si)键合层弱化Ge/Si晶格失配对器件性能的影响,研究了poly-Si键合层掺杂浓度对键合Ge/Si APD性能的影响。研究表明,由于键合界面的晶格缓冲作用,键合Ge/Si APD在室温下可以获得极低的暗电流和较高的带宽,较低的poly-Si键合层掺杂浓度可获得性能较好的Ge/Si APD。该结果为提高Ge/Si APD的性能提供了理论依据。

关键词：雪崩光电二极管锗/硅键合多晶硅键合层晶格失配键合层掺杂浓度

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云地闪电通道的径向结构及光辐射特征

中国光学(中英文) 2024年第05期17卷 1175-1182页

作者：刘国荣代炎炎朱维君褚润通袁萍孙对兄马云云兰州理工大学物理系西北师范大学物理与电子工程学院兰州城市学院电子与信息工程学院

为揭示云地闪电通道形成和发展过程的微观物理机制，研究了云地闪电通道的径向结构及光辐射特征。利用无狭缝高速摄谱仪，在青海高原地区实施野外观测试验。在一次云地闪电中记录到了清晰可见的通道核心，而且在通道核心的外边缘和外部... 详细信息

为揭示云地闪电通道形成和发展过程的微观物理机制，研究了云地闪电通道的径向结构及光辐射特征。利用无狭缝高速摄谱仪，在青海高原地区实施野外观测试验。在一次云地闪电中记录到了清晰可见的通道核心，而且在通道核心的外边缘和外部发光通道之间发现一个较弱的发光区。基于光谱观测结果，对比分析了首次回击和第三次继后回击的光辐射特征。实验验证了闪电通道电晕鞘模型，确定了连接点的位置，估算得到两个回击的闪击距离分别为57 m和53 m，并证实了回击放电最强的点在连接点处。由此可推断，在回击初期，云地闪电回击通道沿径向由内到外依次为通道核心-弱发光区-电晕鞘外层，即闪电通道内沿通道径向的电荷分布是不均匀的，闪电通道的光辐射特征与放电强度和持续时间密切相关。

关键词：闪电通道径向结构通道核心弱发光区电荷分布

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闭合回路相干增益原子系统中完美非互易反射光放大

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物理学报 2024年第12期73卷 322-329页

作者：李观荣郑怡婷徐琼怡裴笑山耿玥严冬杨红海南师范大学物理与电子工程学院海口571158

高性能非互易光子器件能够有效地提升光量子操控、信息处理以及量子模拟的效率.放大的光信号可以增强并隔离量子系统输出的微弱信号,避免敏感量子系统受反向散射噪声等影响,是高性能光子器件的核心技术.在我们先前的工作(2023 *** 31382... 详细信息

高性能非互易光子器件能够有效地提升光量子操控、信息处理以及量子模拟的效率.放大的光信号可以增强并隔离量子系统输出的微弱信号,避免敏感量子系统受反向散射噪声等影响,是高性能光子器件的核心技术.在我们先前的工作(2023 *** 3138228)中,基于四波混频增益并利用耦合场强度随位置线性变化实现了单向反射光放大的动力学调控.本文巧妙地设计了简单的三能级闭合回路相干增益原子系统,创新性地设置耦合场强度随位置阶梯型变化来破坏极化率空间对称性实现了完美非互易反射光放大.相比之下,耦合场强度阶梯型变化在实验上更容易调节,大大地降低了实验难度.特别地,该系统引入了相位调制.通过改变相位能够切换探测光增益和吸收的频率域,对反射光放大的调节更具灵活性.

关键词：完美非互易反射光放大相对相位

铜基板面积、焊锡和导电铜箔厚度对高功率密度LED极限光电性能的影响

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发光学报 2024年第7期45卷 1196-1210页

作者：黄林凤熊传兵汤英文袁慧马依豪杨欣雨闽南师范大学物理与信息工程学院福建漳州363000

高功率密度LED器件能实现传统光源和普通LED器件无法实现的诸多功能,将半导体照明技术链推向了一个崭新的高度。在实际应用中,单颗LED器件需要在数百瓦及近100 A电流下工作,铜基板面积、焊锡和导电铜箔厚度均会对该类型LED器件的极限光... 详细信息

高功率密度LED器件能实现传统光源和普通LED器件无法实现的诸多功能,将半导体照明技术链推向了一个崭新的高度。在实际应用中,单颗LED器件需要在数百瓦及近100 A电流下工作,铜基板面积、焊锡和导电铜箔厚度均会对该类型LED器件的极限光电性能这一关键指标产生显著影响。本文将单颗极限电功率为300 W和200 W的两种规格的LED蓝光和白光器件,分5μm、100μm和200μm三个焊锡厚度,分别贴片焊接在直径为20 mm、25 mm和32 mm三种不同面积的热电分离铜凸台基板上,测试了当散热器温度分别为25℃、50℃、75℃和100℃时蓝光LED器件光功率、白光LED光通量及其灯板导线焊点间的电压随电流的变化。同时,还研究了铜基板的导电铜箔厚度分别为70μm和140μm时,极限电功率为150 W的蓝光LED器件的I-L特性和I-V特性,并对其极限发光进行了研究。研究结果表明,焊锡厚度、铜基板面积和导电铜箔厚度均会对LED的极限发光强度和工作电压产生明显影响;减小焊锡厚度和增加铜基板面积能显著提高高功率LED器件的极限光强,P110和T90两种规格蓝光LED器件极限光功率的提升幅度高达16%和19%,白光器件极限光通量的提升幅度均高达15%左右;当铜箔厚度由70μm增加到140μm、散热器温度为25℃时,P70蓝光LED的极限光功率提升幅度为9.2%,50℃和75℃时极限光功率提升幅度为12.9%,100℃时极限光功率提升幅度为16.4%。

关键词：高功率密度LED 热电分离铜凸台基板焊锡导电铜箔

轻量化YOLOv8的小样本钢板缺陷检测算法

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计算机工程与应用 2024年第9期60卷 90-100页

作者：窦智高浩然刘国奇常宝方河南师范大学计算机与信息工程学院河南新乡453007

钢板的表面积较大,表面缺陷非常常见,且呈现多类少量的特点。深度学习很难有效应用于此类小样本缺陷的检测中。为了解决此问题,提出一种基于轻量化YOLOv8的小样本钢板缺陷检测算法,提出一种基于模糊搜索的交互式数据增强算法,可有效解... 详细信息

钢板的表面积较大,表面缺陷非常常见,且呈现多类少量的特点。深度学习很难有效应用于此类小样本缺陷的检测中。为了解决此问题,提出一种基于轻量化YOLOv8的小样本钢板缺陷检测算法,提出一种基于模糊搜索的交互式数据增强算法,可有效解决训练样本缺失导致网络模型无法得到有效训练的问题,使深度学习应用于该领域成为可能。设计LMSRNet(lightweight multi-scale residual networks)网络替换YOLOv8的主干,以实现网络模型的轻量化,并提高其可移植性。提出CBFPN(context bidirectional feature pyramid network)和ECSA(efficient channel spatial attention)模块,使网络能更有效地提取并融合伤痕特征,同时采用Wise-IoU损失函数以提高检测性能。对比实验结果表明,与原YOLOv8算法相比,改进后的网络参数量只有原网络的30%,计算量是原网络的49%,FPS提高了9帧/s,精确率、召回率、mAP分别提高了2.9、6.5、5.5个百分点,实验结果充分验证了该算法的优势。

关键词：缺陷检测小样本 YOLOv8 轻量化网络注意力机制

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第6期61卷 111-134页

作者：王凯琪何益明浙江师范大学物理与电子信息工程学院浙江金华321004

压电催化技术是一种新兴的催化方法,能够有效地将清洁、丰富的机械能(如水流动能、潮汐能和风能)转化为化学能,在化学催化领域展现出显著潜力,为环境修复和能源管理提供可持续的解决方案.金属钛酸盐因其良好的压电响应、环保特性和成本... 详细信息

压电催化技术是一种新兴的催化方法,能够有效地将清洁、丰富的机械能(如水流动能、潮汐能和风能)转化为化学能,在化学催化领域展现出显著潜力,为环境修复和能源管理提供可持续的解决方案.金属钛酸盐因其良好的压电响应、环保特性和成本效益,在压电催化领域备受关注.然而,压电催化活性的不足限制了其实际应用.为克服这一挑战,提高机械能响应效率和减少能量转换过程中的损失成为关键.研究人员通常从两个核心策略出发:一是优化压电性能,二是调控载流子传输.深入理解这些策略在提高压电催化活性中的核心作用,对于设计高效压电催化剂并推动压电催化技术发展具有重要意义.本文系统地总结了金属钛酸盐的分类、合成方法和设计策略.首先,根据其在压电催化中的应用,将金属钛酸盐分为单金属钙钛矿钛酸盐、多金属钙钛矿钛酸盐和层状类钙钛矿钛酸盐,并从结构角度揭示了其压电特性的起源.其次,概述了金属钛酸盐的主要制备方法,包括水热法、固态反应法、熔盐法和静电纺丝法,并从提升催化性能角度比较了它们的优缺点.在金属钛酸盐的设计策略部分,探讨了构建准同型相界、应变工程、居里点控制、外场诱导极化和定向晶体生长等方法对改善压电性能的可行性.特别是,构建准同型相界和采用外场诱导极化,可以分别降低极化旋转的能垒和诱导宏观极化,在提升金属钛酸盐压电催化性能方面表现出显著效果.此外,还强调了助催化剂负载、碳材修饰和半导体异质结构在促进载流子分离中的重要作用.其中,空间分离的助剂修饰能够较大程度地提高载流子的分离效率,进而显著增强压电催化性能.最后,本文对基于金属钛酸盐的压电催化剂的技术发展进行了展望,旨在推动压电催化剂的合理设计和实际应用.具体建议包括:(1)规范压电催化性能评价体系,以实现不同系统间催化剂性能的统一、合理评价;(2)综合评估影响压电催化的因素,寻求最优解,并加强多种策略的耦合设计;(3)加强有限元模拟和密度泛函理论等理论支撑,开发应用原位技术,以深入探究压电效应在催化过程中的具体贡献,加深对压电催化机理的理解;(4)发展基于低速搅拌、水冲洗、机械刷等微弱动力的压电催化技术,并设计对低频机械能敏感的新型催化剂,以适应自然界的能量条件;(5)研究宏观支撑的压电催化剂设计,以提高在应力条件下的稳定性,同时增强可持续利用性;(6)耦合其他先进的氧化工艺,以加速活性物质的生产.综上,本文聚焦环境修复和能源应用,深入分析了从压电特性改善和载流子运输调节两个角度出发的多种策略在提升金属钛酸盐压电催化性能中的关键作用,并对该领域的未来发展趋势和面临的挑战进行了展望.本文旨在为高效压电催化剂的设计提供参考和借鉴.

关键词：压电催化金属钛酸盐增强策略压电响应载流子传输

单层蓝磷带电点缺陷的结构稳定性及电子性质的第一性原理研究

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物理学报 2024年

作者：马荣荣马晨蕊葛梅郭世祺张均锋山西师范大学物理与信息工程学院海南师范大学物理与电子工程学院

作为一种新型的二维材料，蓝磷因其较高的载流子迁移率和较大的禁带宽度引起了人们极大的研究兴趣。近年来已有研究讨论了蓝磷中的结构缺陷，但是关于其缺陷带电性质的研究尚未见报道。本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算，讨论... 详细信息

作为一种新型的二维材料，蓝磷因其较高的载流子迁移率和较大的禁带宽度引起了人们极大的研究兴趣。近年来已有研究讨论了蓝磷中的结构缺陷，但是关于其缺陷带电性质的研究尚未见报道。本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算，讨论了蓝磷Stone Wales(SW)缺陷、单空位(SV)缺陷、两种双空位缺陷(DV-1和DV-2)以及两种替位缺陷(OP和CP)的带电性质。利用带电缺陷体系能量依赖于晶胞尺寸的渐进表达式进行外推的方法，修正了蓝磷带电缺陷体系的形成能。研究结果表明，在所讨论的缺陷中，富O条件下OP具有最低的形成能，最稳定；而SV的离化能最小，最容易电离。引入的缺陷态会对蓝磷的禁带宽度产生影响。缺陷带电过程中，缺陷态位置变化导致绝大部分缺陷转变为深能级缺陷。本研究结果对缺陷工程在二维材料上的应用提供了一定的理论指导。

关键词：第一性原理计算蓝磷带电缺陷离化能

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一种任务驱动的车联网边缘卸载策略

郑州大学学报（理学版） 2024年第4期56卷 34-40页

作者：赵晓焱高源志张俊娜袁培燕河南师范大学计算机与信息工程学院河南新乡453007

边缘计算为解决未来车联网中移动流量的爆炸式增长提供了可行范式,然而位置的动态变化以及计算任务的多样性和差异性,使得资源有限的边缘服务器很难在规定时间内完成区域内多车辆任务的并行处理需求。基于此,以最小化时延为目标,提出一... 详细信息

边缘计算为解决未来车联网中移动流量的爆炸式增长提供了可行范式,然而位置的动态变化以及计算任务的多样性和差异性,使得资源有限的边缘服务器很难在规定时间内完成区域内多车辆任务的并行处理需求。基于此,以最小化时延为目标,提出一种结合深度确定性策略梯度算法的任务驱动卸载策略。首先,结合差异性任务类型和紧迫程度进行预处理,构建了一种基于最大延迟容忍度的任务动态优先级调整模型;然后,利用道路区域内的车辆拓扑和通信半径,提出了基于网络密度和负载均衡的动态协作簇划分方法,解决了多样性任务的动态协作卸载优化问题。实验结果表明,所提算法在收敛性、卸载时延及卸载命中率等方面具有性能优势。

关键词：车联网边缘计算任务卸载协作动态优先级

面向铁电相变的机器学习:基于图卷积神经网络的分子动力学模拟

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物理学报 2024年第8期73卷 273-286页

作者：欧阳鑫健张岩星王之龙张锋陈韦嘉庄园揭晓刘来君王大威西安交通大学电子与信息学部微电子学院西安710049 河南师范大学物理学院新乡453007 桂林理工大学材料科学与工程学院桂林541004

铁电材料广泛应用于功能器件中,对铁电体进行方便、准确的理论建模,是一个长期被关注的问题.本文提出了一种基于图卷积神经网络的铁电相变模拟方法,利用图卷积神经网络对铁电材料的势能面进行原子层面的建模,并将得到的神经网络势函数... 详细信息

铁电材料广泛应用于功能器件中,对铁电体进行方便、准确的理论建模,是一个长期被关注的问题.本文提出了一种基于图卷积神经网络的铁电相变模拟方法,利用图卷积神经网络对铁电材料的势能面进行原子层面的建模,并将得到的神经网络势函数作为计算器,以驱动大体系的分子动力学模拟.给定原子位置,训练好的图卷积神经网络能够给出势能的高精度预测,达到每原子1 meV级别,与从头算(ab inito)精度基本相当,同时在计算速度上相比从头算方法有数个数量级的提升.得益于神经网络的高精度和快速预测能力,结合分子动力学模拟,本文对两种不同类型的铁电材料——GeTe和CsSnI3进行研究,成功模拟了它们随温度发生的结构相变,模拟结果和实验相符合.这些结果说明了图卷积神经网络在铁电体建模和相变模拟应用中的准确性和可靠性,为铁电体的理论探索提供了一个通用建模方法.

关键词：铁电相变机器学习势函数