短通讯

1 高功率、高效率、长寿命氮化镓基蓝光激光器

近五年来，高功率蓝光激光器快速发展，打开了其在激光投影、加工、照明等领域的市场应用。国内外各组织都相继实现了室温连续工作的高功率蓝光激光器，但仅有日亚报道了高功率和高温工作的长寿命蓝光激光器，国内实现高功率和高温工作的长寿命蓝光激光器迫在眉睫，解决以氮化镓激光器为基础的产业的卡脖子问题。

苏州镓锐芯光科技有限公司通过采用氧化铟锡（ITO）层替代部分传统P型AlGaN限制层，制备了ITO复合光腔结构蓝光激光器，通过优化了外延与ITO各层的材料质量与组合结构，有效降低了蓝光激光器的接触电阻与吸收损耗。并且通过优化了高功率蓝光激光器的工艺流程及倒装封装方式的散热特性，实现了激射波长450 nm，在3 A电流下输出功率5 W，光电转换效率达41%的蓝光激光器（最近进一步提升到44%）。同时，在3 A电流60 °C管壳温度条件下老化，外推寿命大于2万小时。氮化镓基蓝光激光器取得产业化突破，对推动我国氮化镓基激光器产业化及相关产业的发展有重要的意义。

图1. 传统激光器与ITO复合光腔结构激光器结构示意图。

图2. ITO复合光腔结构蓝光激光器的 (a) P−I−V 与效率曲线，(b) 激射波长，(c) 60 °C条件下的P−I−V 曲线和 (d) 3 A、60 °C条件下的老化曲线。该文章以题为“GaN-based blue laser diodes with output power of 5 W and lifetime over 20 000 h aged at 60 °C”发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

GaN-based blue laser diodes with output power of 5 W and lifetime over 20 000 h aged at 60 °C

Lei Hu, Siyi Huang, Zhi Liu, Tengfeng Duan, Si Wu, Dan Wang, Hui Yang, Jun Wang, Jianping Liu

J. Semicond.  2025, 46(4): 040501  doi: 10.1088/1674-4926/24110039

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   专题前言

2 量子点半导体光电材料、器件与表征专题前言

胶体量子点（QDs）的发现与合成荣获了2023年诺贝尔化学奖。这种区别于传统分子材料和体材料的新型材料体系，以其独特的尺寸、组分、表面和工艺依赖的光电特性，已在光电应用领域崭露头角。更重要的是，其超高的比表面积使得多种表面化学工程技术得以应用，从而有效调控和优化其光电性能。此外，三维受限的量子点可以实现近乎完美的光致发光量子产率，并延长热载流子冷却时间。特别是它们能够通过胶体合成，并可以使用工业友好的溶剂进行加工处理，这一特性正在推动光电领域的变革性发展。

《半导体学报（英文）》邀请刘泽柯、马万里教授担任特邀编辑，组织了一期“量子点半导体光电材料、器件及表征”专题，本专题精选4篇研究论文与1篇综述，通过四种典型量子点材料及其光电应用，介绍该领域的最新研究进展。

1. 硫化铅（PbS）

第一篇关于PbS量子点的文章来自苏州大学。文章介绍了一种铅硫族化合物/铅硫卤族化物（PbYX/PbY）核壳纳米结构，重点研究了卤素前驱体对PbS纳米晶的影响。该研究成功制备了PbS/Pb₃S₂X₂核壳结构，提升了其光学性能，光致发光量子产率从49.3%提高到72.0%。值得注意的是，本研究首次合成了Pb₃S₂Br₂纳米晶。通过XRD和XPS分析，证实了从PbS到Pb₃S₂Br₂的结构演变，发现卤素的掺入显著影响了吸收谱和荧光寿命等光学性质。这项工作为PbYX和PbY材料的集成提供了宝贵的见解，并为基于硫卤族化物的光电应用的进一步探索奠定了基础。

第二篇文章来自日本电气通信大学。文章介绍了一种新颖的溶液相配体交换（SPLE）方法，利用无机配体制备稳定的p型PbS量子点墨水，应用于高效太阳能电池。通过将碘化亚锡（II）（SnI₂）引入PbX₂配体溶液中，实现了PbS量子点从n型到p型的可控转变，优化了其能级和载流子动力学。与传统的逐层配体交换方法相比，新方法减少了界面缺陷并提高了器件稳定性。所制备的太阳能电池实现了10.93%的功率转换效率，优于传统器件。这项工作为规模化生产稳定的量子点墨水提供了高效策略，推动了下一代光电应用的发展。

2. 硒化镉（CdSe）

关于CdSe量子点的文章来自山东大学。文章介绍了CdSe半导体胶体量子阱（CQWs）的层数依赖光学性质和介电性质，这些性质对下一代光电应用至关重要。通过热注入和原子层沉积制备了2-7个单层的CdSe CQWs，结合光谱椭偏仪和第一性原理计算，发现量子限制效应导致带隙随着厚度减小，从3.1 eV减小到2.0 eV。文章进一步探讨了折射率、消光系数和激子结合能随层数的变化规律，阐明了这些参数对器件性能的影响机制。研究结果为优化CQWs在光电探测器、太阳能电池和量子发射器等应用中的表现提供了基本见解。

3. 钙钛矿（CsPbI₃）

关于钙钛矿量子点的文章来自吉林大学。文章介绍了CsPbI₃量子点发光二极管（QD-LEDs）中的量子限制效应及其对电荷输运、激子动力学和发光效率的影响。研究探讨了量子点尺寸与器件性能之间的权衡，发现较小的量子点虽然提高了效率但存在电荷损失问题，而较大的量子点则在高电流密度下表现出更高的亮度和稳定性。研究采用先进的光谱和结构分析技术，阐明了量子点尺寸与电子性质之间的关系。这些发现为优化QD-LED设计提供了重要指导，助力开发可规模化生产的高性能光电器件，通过平衡效率、电荷传输和器件稳定性之间的关系，推动下一代显示和照明技术的发展。

4. 无重金属量子点

关于无重金属量子点的综述文章来自苏州大学。文章介绍了用于蓝光发光二极管（QLEDs）的宽禁带无重金属量子点的发展，解决了基于镉和铅的量子点由于毒性问题带来的限制。研究探讨了多种量子点材料，包括基于ZnSe、InP和碳量子点材料，重点介绍了它们的合成方法、表面修饰和核壳结构，以增强光学性能。文章讨论了蓝光QLEDs面临的挑战，如低效率和稳定性等问题，并提出了配体工程、掺杂和创新器件架构等策略以提高性能。该综述为优化量子点在显示和照明技术中的应用提供了见解，强调了采用环境友好且高效的量子点材料替代传统量子点的迫切需求。

本专题汇集了量子点光电研究领域的显著进展，为这一快速发展领域的前沿发现和跨学科突破提供了展示平台。我们衷心感谢本次专题的所有作者，同时也感谢各位匿名审稿人对论文质量的严格把关。希望本期量子点光电专题能够为量子点合成和器件开发的最新进展提供一个系统的发展脉络梳理。

本专题已在《半导体学报(英文)》2025年第4期正式出版，欢迎阅读！

文章信息：

Preface to Special Topic on Quantum Dot Semiconductor Optoelectronic Materials, Devices, and Characterization

Zeke Liu, Wanli Ma

J. Semicond.  2025, 46(4): 040101  doi: 10.1088/1674-4926/25030801

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   专题综述

3 用于蓝色发光二极管的宽禁带无重金属量子点

宽禁带无重金属量子点蓝光发光二极管（QLED）作为新一代显示技术的核心，正通过环保材料与精密设计的结合突破传统瓶颈。量子点凭借其尺寸可调的发光特性，尤其是蓝光量子点的窄光谱与高色纯度，成为显示领域的研究热点。当前研究聚焦激子复合效率提升与电荷注入势垒降低，通过核壳异质结、界面能级匹配及配体工程等策略协同优化器件性能。本综述报道了替代有毒铅基、镉基材料的无重金属量子点，其中锌硒基（ZnSe）量子点通过碲掺杂和核壳结构设计，将光致发光量子产率提升至接近100%，进而通过配体工程实现效率突破20%；磷化铟（InP）量子点通过光提取、镓合金化与晶格匹配优化，逐步攻克蓝光效率低的问题；碳点（CDs）凭借低成本与生物相容性，通过抑制聚集猝灭等方法使得器件效率突破4%；氮化镓（GaN）量子点通过优化实验条件实现低温合成，并通过锌掺杂初步展示其在蓝光领域的应用潜力。未来，柔性显示与大面积制造技术（如喷墨打印）将推动QLED在可穿戴设备与巨幕照明中的应用，本综述揭示了该领域多学科交叉创新的重要性及其对下一代光电产业的深远影响。

该文章作为“量子点半导体光电材料、器件及表征专题”的特邀稿件，以题为“Wide-bandgap and heavy-metal-free quantum dots for blue light-emitting diodes”发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

Wide-bandgap and heavy-metal-free quantum dots for blue light-emitting diodes

Xin Gu, Wen-Long Fei, Bao-Quan Sun, Ya-Kun Wang, Liang-Sheng Liao

J. Semicond.  2025, 46(4): 041101  doi: 10.1088/1674-4926/24100016

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   专题研究论文

4 铅硫族化合物/铅硫卤族化物核壳胶体纳米晶的合成

铅硫属卤化物是一类新兴的半导体材料，由混合硫属和卤素阴离子以及金属阳离子组成，因其多样的化学组成和晶体结构，在基础材料研究与能源应用领域展现出广阔前景。作为铅硫属化合物（如PbS、PbSe）与铅卤钙钛矿（如 CH₃NH₃PbI₃、CsPbI₃）的拓展体系，铅硫属卤化物（PbYX）可视为PbY−PbX₂（Y = S, Se；X = Cl, Br, I）二元相图的延伸。然而，早期研究表明，仅少数相在常温常压下稳定，如Pb₅S₂I₆和Pb₇S₂Br₁₀。近期研究成功合成了Pb₃S₂Cl₂、Pb₄S₃Br₂和Pb₄S₃I₂纳米晶（NCs），其结构虽未对应于块体PbY-PbX₂相图中的稳定相，但可在纳米尺度下稳定存在。除此之外，PbYX纳米晶与铅卤钙钛矿具有优异的晶格匹配性，可作为稳定界面材料，提升钙钛矿光电器件的稳定性和性能。此外，卤素离子已被证实为PbS和PbSe纳米晶的高效表面钝化剂，在提高近红外及中红外光电器件性能方面发挥重要作用。表面Pb-X键不仅增强钝化效果，还可作为桥梁连接新型铅卤钙钛矿材料，从而优化材料界面特性。

近日，苏州大学马万里教授课题组在传统热注射PbS纳米晶合成体系中，通过引入双（三甲基硅基）卤化物（TMS-X，X = Cl, Br, I）前驱体，可实现一系列材料的合成，从PbS纳米晶，依次形成PbS/Pb₃S₂X₂ 核/壳结构，最终获得Pb₃S₂X₂纳米晶。并且对其结构演化过程及其对纳米晶光学性质的影响进行了系统研究。研究表明，在PbS表面生长Pb₃S₂X₂壳层能够显著提升其光致发光量子产率（PLQY），从49.3%增加至72.0%。此外，该方法成功合成了未报道的Pb₃S₂Br₂纳米晶，为该类材料体系的拓展提供了新的可能性。

该方法实现了铅硫族卤化物（PbYX，X = Cl, Br, I；Y = S, Se）与铅硫族化合物（PbY）的核壳结构，并系统探讨了其对材料结构及性能的影响。该研究不仅为铅硫属卤化物及其复合结构的调控提供了新的思路，同时也为其他金属硫属卤化物及其异质结构的合成与应用探索奠定了基础。

该文章作为“量子点半导体光电材料、器件及表征专题”的特邀稿件，以题为“Colloidal synthesis of lead chalcogenide/lead chalcohalide core/shell nanostructures and structural evolution”发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

Colloidal synthesis of lead chalcogenide/lead chalcohalide core/shell nanostructures and structural evolution

Yang Liu, Kunyuan Lu, Yujie Zhu, Xudong Hu, Yusheng Li, Guozheng Shi, Xingyu Zhou, Lin Yuan, Xiang Sun, Xiaobo Ding, Irfan Ullah Muhammad, Qing Shen, Zeke Liu, Wanli Ma

J. Semicond.  2025, 46(4), 042101 doi: 10.1088/1674-4926/24050026

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5 基于椭圆偏振光谱技术的胶体半导体量子阱的光学与介电特性研究

胶体半导体量子阱（Colloidal Quantum Wells, CQWs）是一类具有准二维结构的半导体纳米材料，其厚度通常控制在数个单层（monolayer, ML）范围内，而横向尺寸则显著更大（通常为几十至上百纳米），使得电子和空穴的量子限域效应主要发生在厚度方向。这种强维度各向异性使CQWs的光电特性对厚度高度敏感，例如带隙随层数显著变化，展现出典型的量子限域调控行为。这种层数依赖的物理性质使CQWs在宽波段光电子器件（如调制器、探测器、发射器）中具有广阔的应用前景。

作为II–VI族半导体材料的典型代表，硒化镉胶体量子阱（CdSe CQWs）可实现原子层级厚度精度的合成控制，这种高度可控性显著优于传统胶体量子点材料，能够有效避免因尺寸不均一引起的光学展宽，从而实现更窄的发射谱线和更高的光谱可控性。在实验上，CdSe CQWs的厚度可从单层（带隙约3.5 eV）连续调节至多层（带隙约1.6 eV），并且具有高荧光量子产率、窄带发射及高达100 cm²∙(V·s)⁻¹的载流子迁移率等优异性能，进一步拓展了其在高性能光电器件中的应用潜力。

更为重要的是，CdSe CQWs表现出强烈的维度依赖介电响应。理论计算表明，与体材料相比，其单层结构的介电常数实部（ε₁）可下降约40%，这一“介电限制”效应显著增强了激子束缚能力和光-物质相互作用强度，增强幅度可达两个数量级。与此密切相关的复折射率（n* = n + ik）是描述材料光传播与吸收行为的关键参数，其数值也随着层数变化呈现规律性演化。

近日，山东大学高原教授课题组采用热注入结合原子层沉积的方法，成功制备出一系列高质量、厚度可控的CdSe CQWs。在本项研究中，研究团队利用光谱椭偏技术系统地分析了2至7层厚度的CdSe CQWs的复折射率、介电函数及带隙的层数依赖行为，并结合Tauc公式和第一性原理计算对其光学带隙进行了定量分析。结果表明，CdSe CQWs的带隙随着层数增加从3.1 eV降低至2.0 eV，呈现出典型的量子限域特性；同时，折射率与消光系数也表现出明确的层数调控趋势。

为了深入理解CdSe CQWs中的激子特性，课题组进一步采用考虑激子局域化和吸收谱不对称展宽的拟合模型，准确提取出激子结合能随层厚的变化关系。结果显示，随着层数增加，激子结合能逐渐降低，这一趋势可归因于量子限域效应减弱和库仑屏蔽效应增强所共同导致的激子束缚减弱。

本研究不仅深化了对CdSe CQWs层数依赖光学与介电特性的理解，也为其在高性能光电器件中的集成与应用提供了理论依据与实验支持。通过对厚度的原子级调控，实现了材料光学性质的精确调节，为未来量子发射器、太阳能电池、光电探测器等器件的设计与优化提供了新思路和技术路径。

图2. （a）2~7 ML CdSe CQW薄膜的折射率和（b）消光系数，证明了它们的层依赖光学特性。HH和LH代表CdSe CQW薄膜的两个突出的吸收峰。（c）折射率的峰值随层数的变化。插图说明了消光系数的峰值随层数的变化。（d）对层数归一化的折射率和消光系数（插图）随层数的变化。（e）（上）4 ML CdSe CQWs的吸收光谱的反卷积，显示了来自轻空穴（LH）和重空穴（HH）以及自由载流子的贡献。激子结合能估计为171 meV。（下）4 ML CdSe CQWs的吸收光谱。（f）CdSe CQWs中激子结合能和光学带隙随层数的关系。

该文章作为“量子点半导体光电材料、器件及表征专题”的特邀稿件，以题为“Layer-dependent optical and dielectric properties of CdSe semiconductor colloidal quantum wells characterized by spectroscopic ellipsometry”发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

Layer-dependent optical and dielectric properties of CdSe semiconductor colloidal quantum wells characterized by spectroscopic ellipsometry

Chenlin Wang, Haixiao Zhao, Xian Zhao, Baoqing Sun, Jie Lian, and Yuan Gao

J. Semicond.  2025, 46(4), 042102 doi: 10.1088/1674-4926/24100011

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6 CsPbI₃量子点发光二极管的量子约束驱动动力学

量子点发光二极管因其卓越的色彩纯度、可调的发射光谱以及高发光效率，已经成为显示、照明和激光技术领域的革命性技术。其独特的电学与光学特性主要由量子限域效应决定，即当量子点尺寸减小至低于激子玻尔半径时，会导致其能级结构和载流子动力学发生显著变化。这种特性不仅允许对量子点的发射波长进行精确调控，同时也实现了高效发光，使得量子点在多种光电应用中展现出巨大潜力。

近日，吉林大学材料科学与工程学院张晓宇教授团队以CsPbI₃量子点（QD）作为模型，通过使用与CsPbI₃激子玻尔直径相当或大于CsPbI₃激子玻尔直径的量子点和纳米晶（NC），由于电子和空穴波函数的空间限制，实现了有效的能级修正。在尺寸分布相似的情况下，QD的HOMO和LUMO能级和光谱特征的展宽比NC更为明显。由于量子限域效应减弱，量子点的光致发光波长从687 nm红移到690 nm，而光致发光寿命从79 ns延长到110 ns，表明量子限域效应的减弱导致激子寿命增加。在光致发光量子产率（TRPL）一致的前提下，QD在低电流密度下具有优异的外量子效率，而NC在高电流密度下实现更高的器件亮度。采用合适尺寸的量子点，平衡载流子注入，提高光输出提取效率，将有助于实现高效、高亮度、长寿命的QLED。本研究展示了量子限域效应如何调整光学性质和增强辐射复合，同时引入了电荷输运和非辐射损失方面的挑战。为了充分发挥量子点LED的潜力，采用有针对性的设计规则来解决量子点尺寸相关特性带来的独特挑战至关重要。

图1. （a）和（b）分别是沉积在ITO玻璃基板上的NC膜和QD膜的UPS光谱；（c）NC和QD的带隙曲线图；（d）纯空穴器件的器件结构及（e）其对应的能带图；（f）纯空穴器件的J-V曲线。

图2. （a）采用NC、QD和MIX制备LED的电流密度-电压-亮度曲线；（b）电流密度-亮度曲线；（c）电流密度-外量子效率曲线；（d）Mott-Schottky曲线。

该文章作为“量子点半导体光电材料、器件及表征专题”的特邀稿件，以“Size matters: quantum confinement-driven dynamics in CsPbI₃ quantum dot light-emitting diodes”为题，作为封面文章发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

Size matters: quantum confinement-driven dynamics in CsPbI₃ quantum dot light-emitting diodes

Shuo Li, Wenxu Yin, Weitao Zheng, Xiaoyu Zhang

J. Semicond. 2025, 46(4), 042103 doi: 10.1088/1674-4926/24120018

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7 溶液法无机配体交换合成P型PbS量子点墨水，实现高效稳定的太阳能电池

量子点太阳能电池技术迎来重大进展！传统p型量子点空穴传输层（HTL）依赖有机配体交换和复杂的逐层沉积工艺，存在界面缺陷多、稳定性差等瓶颈问题。针对这一挑战，东京电气通信大学沈青团队创新性地提出无机配体交换技术，通过在传统的卤化铅配体溶液中引入少量SnI₂（或其他卤化锡配体），成功实现量子点从n型到p型的精准调控。该技术不仅简化了制备流程（一步沉积替代传统LbL工艺），使器件效率达到10.93%，展现出卓越的稳定性。该技术制备的p型硫化铅量子点墨水可以作为传输层或光吸收层灵活应用于各种光伏器件结构。这项突破为量子点n型p型调控提供了新思路，未来将在柔性电子器件、建筑一体化光伏等领域发挥重要作用。

该文章作为“量子点半导体光电材料、器件及表征专题”的特邀稿件，以“Synthesis of p-type PbS quantum dot ink via inorganic ligand exchange in solution for high-efficiency and stable solar cells”为题发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

Synthesis of p-type PbS quantum dot ink via inorganic ligand exchange in solution for high-efficiency and stable solar cells

Napasuda Wichaiyo, Yuyao Wei, Chao Ding, Guozheng Shi, Witoon Yindeesuk, Liang Wang, Huan Bi, Jiaqi Liu, Shuzi Hayase, Yusheng Li, Yongge Yang, and Qing Shen

J. Semicond. 2025, 46(4), 042104 doi: 10.1088/1674-4926/25030003

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   综述

8 钙钛矿激光器的研究进展

钙钛矿材料凭借其优异的光电特性，如可调带隙、高光致发光量子产率、长载流子扩散长度，以及可溶液加工的便携性，广泛被用于各种光电器件中，成为了光电子领域的研究热点。现有的研究证明，卤化物钙钛矿材料在太阳能电池、发光二极管、光电探测器、激光器、忆阻器、人工突触器件等多个领域中展现出应用潜力（图1）。半导体激光器的研究是半导体光子学的核心领域，其在基础科学与产业技术间架起桥梁。这类器件凭借寿命长、体积小、功耗低等优势，以及与成熟半导体工艺的兼容性，成为广泛应用的光源体系。然而，传统基于GaN、InP、GaAs等材料的半导体激光器，依赖金属有机化学气相沉积和分子束外延等高能耗工艺，成本居高不下。相较之下，可溶液加工的激光器因具备低成本、可印刷与柔性化而备受关注。在此背景下，金属卤化物钙钛矿凭借其独特光电性能已推动多种高性能激光器诞生，包括：钙钛矿系统中的放大自发发射、垂直腔面发射激光器、分布式反馈激光器、微腔激光器、等离子体纳米激光器、极化激元激光器、连续态束缚激光器、混合等离子体表面晶格共振激光器等。

近日，香港理工大学杨光教授课题组对钙钛矿激光器的研究进展进行了综述。首先，综述了钙钛矿材料发现与晶体结构，以及不同维度钙钛矿材料的分类。概述了从3D、2D、准2D、1D到0D不同维度钙钛矿材料的特性及应用。接下来，文章讨论了钙钛矿在各种光电子器件中的应用，并重点关注于钙钛矿激光器领域的研究进展（图2）。在过去的十年中，大量研究聚焦于通过材料工程提升其性能，包括通过建立谐振腔、设计钙钛矿的化学组成、应用于柔性器件、开发可控的制备工艺、采用有效保护层、改变器件结构以及优化电荷传导管理。本文重点介绍了通过将CsPbCl_xBr_3-x微棒与胆甾相液晶结合，开发出高性能圆偏振手性微激光器；基于溶液法低温制备的MAPbBr₃柔性钙钛矿激光器，在室温下实现低阈值激射，同时其高机械耐久性与无外腔设计的特点使其适用于可穿戴设备；以微流控自下而上制备的CsPbBr₃微线，可在任意基底上形成高质量光波导，支持强耦合极化激元凝聚与边缘激射；利用透明垂直结构的钙钛矿发光二极管，在电泵浦下实现放大自发辐射，为电驱动激光奠定基础；以及宽带隙混合阳离子溴化铅钙钛矿的p型与n型导电行为精准调控，对钙钛矿材料设计提供了新的思路。

文章最后对钙钛矿材料的未来进行展望，提出其在激光器、光伏、发光二极管等领域展现协同应用潜力。当前研究聚焦材料特性调控与器件创新以攻克电泵浦激光器的三大瓶颈——连续波激射、高载流子注入及光学腔-发光二极管集成。通过跨学科融合，结合封装技术提升器件稳定性，推动全电驱动钙钛矿激光器的研发。希望未来这类器件不仅将推动光通信、生物传感器等领域的革新，还可通过商用的钙钛矿激光辅助制造反哺钙钛矿电池产业化，构建闭环生态，推动光电子与能源技术的发展。

图1. 钙钛矿材料的应用。

图2. 金属卤化物钙钛矿激光器的发展概述。

该文章以题为“Advances in perovskite lasers”发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

Advances in perovskite lasers

Zhicheng Guan, Hengyu Zhang, Guang Yang

J. Semicond. 2025, 46(4), 041401 doi: 10.1088/1674-4926/24100029

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   研究论文

9 用于可穿戴人体健康监测的压力传感集成系统

可穿戴压力传感器因其超薄、轻量化和高度柔性的特性，在人体生理信号监测、生物医学设备、人机界面等方面前景广阔，为疾病诊断和健康管理提供了重要工具。根据其工作原理，压力传感器可分为压阻式、电容式、压电式和摩擦电式。其中，柔性压阻传感器因其检测范围广、结构简单、制作工艺简单等优点而受到广泛关注和研究。在实际应用中，为了检测由心跳、脉搏、呼吸等微小活动引起的细微压力变化，需要压力传感器具有高灵敏度，特别是在低压条件下。此外，为了模拟人类皮肤的感知能力，需要一个传感器具有较宽的检测范围。而开发柔性压力传感器的主要挑战在于如何实现高灵敏度和宽检测范围，同时传感器的机械稳定性和耐用性也是重要问题。传统传感器往往在这些方面表现不佳，限制了其在实际应用中的效果。此外，将传感器集成到可穿戴系统中，还需要可靠的信号处理和无线传输功能，这进一步增加了设计的复杂性。

近日，中国科学院半导体研究所的王丽丽研究员团队使用简单高效的静电纺丝工艺开发了基于MXene/PEO的可穿戴压力传感器，解决了传统传感器在灵敏度、范围和稳定性上的局限性。其中MXene具有优异的电导率和机械性能，而PEO则提供生物相容性和加工便利性，其制备的复合纳米纤维膜CNM具有高孔隙率、大表面积和低压缩模量的结构。基于CNM的压力传感器具有优异的灵敏度（0-50 kPa时为44.34 kPa^-1，50-500 kPa时为12.99 kPa^-1），覆盖从微小到较大压力的多种场景。此外其具有相对较短的响应/恢复时间（150 ms/45 ms），能够实现实时监测；同时机械稳定性优秀，在经受超过10,000次压力循环测试后无明显衰减。通过将其集成到无线脉搏监测系统中，能实时无线监测人体脉搏波，为心血管健康监测提供数据支持。未来，随着材料科学和传感器技术的进一步发展，压力传感器有望在更多领域发挥作用，例如智能穿戴设备和医疗诊断系统。

该文章以题为“Pressure sensor with wide detection range and high sensitivity for wearable human health monitoring”发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

Pressure sensor with wide detection range and high sensitivity for wearable human health monitoring

Lingchen Liu, Ying Yuan, Hao Xu, Xiaokun Qin, Xiaofeng Wang, Zheng Lou, Lili Wang

J. Semicond.  2025, 46(4), 042401 doi: 10.1088/1674-4926/24110017

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10 在Gr/GaAs异质结光电探测器中实现高载流子收集效率

在现代科技飞速发展的背景下，近红外（NIR）光电探测器在光学通信、成像、光电子传感、光谱学以及生物医学成像等领域展现出了巨大的应用潜力。然而，传统材料及结构的光电探测器在灵敏度、响应速度和探测范围等方面逐渐难以满足日益增长的高性能需求。石墨烯(Gr)虽然具有优异的载流子迁移率和宽波段光吸收特性，但其零带隙的特性限制了其在可见光和近红外区域的光吸收效率。而作为第二代半导体材料的砷化镓(GaAs)，以其高电子迁移率和宽直接带隙在光探测方面表现出色。将Gr与GaAs结合形成异质结，可以充分发挥两者的优势，弥补单一材料的不足。但以往对于石墨烯(Gr)/砷化镓(GaAs)基光电探测器的研究，在载流子收集和电场分布优化方面仍有不足，限制了器件性能的进一步提升。

近日，大连大学马宗民教授课题组与中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所余学超课题组合作，通过引入指状电极结构，设计并制备了一种新型的Gr/GaAs异质结光电探测器。该设计显著提升了载流子收集效率，优化了电场分布，增强了光响应和探测灵敏度。实验结果表明，在808 nm近红外光照射下，该探测器实现了高达10⁷的开关比、40.1 mA/W的高响应度以及2.89 × 10¹³ Jones的卓越探测率。同时，其响应速度也非常迅速，上升时间和下降时间分别为18.5 μs和17.5 μs。此外，该探测器的探测范围还拓展至1064 nm，进一步扩大了其应用领域。

指状电极的引入有效缩短了光生载流子到电极的传输路径，减少了串联电阻，提高了载流子收集效率，从而增强了器件的光电性能。该研究成果为高性能近红外光电探测器的设计提供了全新的思路和方法，有望在红外检测和成像领域得到广泛应用。

图1. (a) 叉指电极修饰的石墨烯/GaAs异质结光电探测器在不同光强及808 nm光照下的I−V特性曲线；(b) 在808 nm光照下，叉指电极修饰的石墨烯/GaAs异质结光电探测器在不同光强及808 nm光照下的I−T特性曲线。(c) 光电流与光强度的双对数图。(d) 器件的响应率和计算出的比探测率随光强度的变化。(e) P叉指电极修饰的石墨烯/GaAs异质结光电探测器在不同光强及1064 nm光照下的I−V特性曲线。(f) 叉指电极修饰的石墨烯/GaAs异质结光电探测器在不同光强及1064 nm光照下的I−T特性曲线。

图2. 指状电极修饰的Gr/GaAs异质结光电探测器在808 nm激光波长下不同频率的光响应：(a) 指状电极修饰的Gr/GaAs异质结光电探测器在2000 Hz和 (b) 9581 Hz下的光响应；(c) 指状电极修饰的Gr/GaAs异质结光电探测器的3 dB带宽；(d) 指状电极修饰的Gr/GaAs异质结光电探测器在9581 Hz脉冲光下的动态上升和下降特性。

该文章以题为“High carrier collection efficiency in graphene/GaAs heterojunction photodetectors”发表在Journal of Semiconductors上。

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High carrier collection efficiency in graphene/GaAs heterojunction photodetectors

Baorui Fang, Ye Tian, Zongmin MaJ. Semicond. 2025, 46(4): 042401  doi: 10.1088/1674-4926/24110017Full Text

11 基于CdHgTe的单量子阱异质结构中的持续光电导特性

本文研究了具有不同生长参数及不同类型暗电导的HgTe/CdHgTe单量子阱的持续光电导（PPC）谱。实验在0.62–3.1 eV的宽辐射量子能量范围内开展，涵盖T = 4.2 K和T = 77 K两种温度条件。研究结果揭示了所有单量子阱异质结构的PPC谱呈现出的共同特征,并阐述了这些特征与所有结构中均存在的CdTe覆盖层以及CdHgTe势垒层中适度的镉含量的关系。其中一个特征与CdTe层中深能级的存在有关。此外，在0.8–1.1 eV到1.2–1.5 eV的区域内观察到了PPC谱的振荡现象，这一现象与CdHgTe势垒中纵向光学声子的级联发射有关。

图1. T = 4.2 K时CdHgTe基量子阱异质结相对电导率变化的光谱。零电平意味着电导率与 “暗” 电导率相一致，正电平与正电平相一致，负电平与负电平相一致。1级意味着没有导电性。主要的光谱特征用倒数表示。实线箭头表示特征2和特征3的位置。虚线箭头表示特征3加0.315 eV的能量。垂直虚线表示CdTe带隙的值，虚线表示导电带和 CdTe 帽层深层之间的能量差，虚线表示特征4的位置。

该文章以题为“Features of persistent photoconductivity in CdHgTe-based single quantum well heterostructures”发表在Journal of Semiconductors上。

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Features of persistent photoconductivity in CdHgTe-based single quantum well heterostructures

Mikhail K. Sotnichuk, Anton V. Ikonnikov, Dmitry R. Khokhlov, Nikolay N. Mikhailov, Sergey A. Dvoretsky, Vladimir I. Gavrilenko

J. Semicond.  2025, 46(2): 042702  doi: 10.1088/1674-4926/24090023  

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12 分子筛辅助化学气相沉积制备高κ介电层m-氧化锆纳米片

为应对摩尔定律，相关研究提出可使用具有高介电常数的材料作为栅极介电层。高κ材料在相同等效氧化层厚度（EOT）下具有更小的物理厚度下限，有利于晶体管尺寸的进一步缩放。单晶氧化锆(ZrO₂)作为一种良好的栅介电材料，其在与Si衬底直接接触时具有较适宜的介电常数(κ_理论=25)，宽带隙（E_g=5.8-7.8 eV），理想的导价带偏移量和良好的热力学稳定性。原子层沉积法（ALD）是制备无定形介电材料的常见方法，且具有普适性。但ALD与二维材料存在界面兼容性问题，二维材料上的ALD通常是通过在缺陷、边缘和杂质处随机成核实现，因此易形成高度多孔的薄膜。单晶ZrO₂纳米片的制备常通过热氧化和化学气相沉积（CVD）等方法制备而成，而通过一步法制备单晶ZrO₂纳米片的方法研究较少。

近日，湖南大学刘松教授课题组通过引入5A型分子筛一步法CVD成功制备出高质量二维单晶m-ZrO₂纳米片，并证明了5A型分子筛在沉积过程中的供氧作用。以机械剥离得到的薄层MoS₂作为沟道材料，基于干法转移制备得到MoS₂-ZrO₂异质结，成功构建了场效应晶体管（FET）并探究了其电学性能，FET的载流子迁移率最高达5.50 cm²·V^-1·S^-1，电流开关比I_on/I_off约为10⁴，符合当前逻辑电路的标准，说明所生长的ZrO₂纳米片作为栅介质具有应用价值。该工作提供了一种制备单晶m-ZrO₂切实可行的方法，为高κ栅介质的应用提供奠定基础，为制备高性能半导体器件创造条件。

该文章以题为“Molecular sieves assisted chemical vapor deposition preparation of high-κ dielectric m-ZrO₂ nanosheets”发表在Journal of Semiconductors上。

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Molecular sieves assisted chemical vapor deposition preparation of high-κ dielectric m-ZrO₂ nanosheets

Ting Lu, Zhuojun Duan, Ling Zhang, Yuanyuan Jin, Huimin Li, Song Liu

J. Semicond.  2025, 46(4), 042703 doi: 10.1088/1674-4926/24090034

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