研究论文

4 TIPS-并五苯有机薄膜晶体管的制备、TCAD仿真与紧凑模型验证

有机薄膜晶体管（OTFTs）在柔性与低成本电子器件应用领域的关键作用日益显著。针对柔性电子器件应用，本文系统研究了高迁移率的6,13-双（三异丙基硅乙炔基）并五苯（TIPS-并五苯）OTFT。开发此类高迁移率器件首先需精确建模以支持工艺优化与电路设计。文中详细讨论了数值模拟技术，通过对基础半导体方程精细调参，成功复现了器件的电学特性。该计算机辅助设计（TCAD）技术可靠，已通过实验数据验证。此外，文章还探讨了器件紧凑模型的拟合方法及参数提取流程。包括将基于Silvaco ATLAS有限元法（FEM）的仿真结果与实际制备OTFT器件的实验数据进行对比验证。进一步地，对基于p型TFT的逆变器进行仿真，以评估紧凑模型在简单电路模拟中的适用性。

图1. (a) TIPS并五苯的化学结构，(b) 器件的结构和尺寸。

该文章以题为“Fabrication, TCAD and compact model verification of TIPS-pentacene organic thin film transistor”发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

Fabrication, TCAD and compact model verification of TIPS-pentacene organic thin film transistor

Shubham Dadhich, Vivek Upadhyaya, Garima Mathur

J. Semicond. 2025, 46(11): 112301  doi: 10.1088/1674-4926/24090029

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5 台面结构AlGaAsSb APD的暗电流和噪声分析

InP基雪崩光电探测器件（APD）是通信波段最重要的高灵敏光电探测器件，广泛应用于长距光通信、无源光网络、光时域反射、激光雷达等领域。但目前的InP基APD普遍采用InP或者InAlAs作为产生碰撞电离的倍增材料，这两种材料的电子空穴碰撞电离系数之比的k值较大，两种载流子均可以发动碰撞电离，因此产生的过剩噪声比较大。这种噪声会降低光通信的接收信号灵敏度，缩短激光雷达的工作距离。当APD的倍增区采用含Sb的材料，如AlAsSb/AlGaAsSb/AlInAsSb等时，k因子将大大减小，APD的测试灵敏度急剧提升。但这种InP基Sb化物材料生长和工艺制备还不太成熟，体缺陷、表面电场、表面悬键造成暗电流影响较大。

中国科学院半导体所杨晓红研究员课题组近日完成了一种InP基AlGaAsSb倍增区的APD，采用多台面的结构，减小表面电场对暗电流的影响。文章对两种不同台面结构的APD进行了数值模拟，电场分布说明双台面APD倍增区边缘的电场比单台面结构低近100 kV/cm；同时实验结果表明，器件穿通后，双台面APD的暗电流较单台面APD可降低3/4，说明多台面结构可减小暗电流；此外，噪声测试显示APD器件的k值约为0.014，显著低于传统倍增材料的APD。

图1. 双台结构的InGaAs/AlGaAsSb APD。

图2. 不同尺寸的InGaAs/AlGaAsSb APD的暗电流。

图3. 本文提出的反向偏压下APD部分隧穿的倍增区能带示意图。

图4. InGaAs/AlGaAsSb APD的过剩噪声因子与其他材料APD的比较。

该文章作为封面文章，以题为“Mesa-structured AlGaAsSb APD: dark current and noise analysis”发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

Mesa-structured AlGaAsSb APD: dark current and noise analysis

Yuhang He, Rui Wang, Yan Liang, Yingqiang Xu, Guowei Wang, Haiqiao Ni, Shuo Wang, Zhichuan Niu, Xiaohong Yang

J. Semicond. 2025, 46(11): 112401  doi: 10.1088/1674-4926/25020025

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6 新型SiC基光触发多门级半导体开关研究

高功率半导体开关正越来越多地应用于柔性交流输电系统（FACTS）、高压直流（HVDC）输电系统和脉冲功率系统等领域。电触发和光触发晶闸管凭借其双极导电、低导通电阻和高电流处理能力的优势，在上述领域应用前景广阔。与电触发晶闸管相比，光触发晶闸管在简化驱动电路、改善电磁兼容性以及器件串并联组合方面具有更显著的优势。

碳化硅（SiC）因其宽带隙宽度和高击穿场强等优势，非常适合制造超高功率和脉冲功率电子器件。为解决柔性交流输电系统（FACTS）应用中高功率电子器件面临的挑战，特别是那些要求高压、低漏电流和快速导通速度（di/dt>10 kA/μs）的场景。但是，传统的SiC光触发晶闸管无法同时满足上述应用需求。

中国工程物理研究院流体物理研究所固态器件课题组提出了一种新型SiC基光触发多门级半导体开关（LIMS），该开关通过优化N⁺层和多门级触发阳极结构设计，大幅度提升了开关导通速度。芯片尺寸为 5.5 mm × 5.5 mm，饱和触发激光能量从1.8 mJ降至40 μJ，正向阻断电压可达7000 V，室温下漏电流仅0.3 μA，在3.5 kV工作电压下，输出脉冲电流峰值达到680 A，输出电流密度达到4.25 kA/cm²（电流上升率di/dt达到20 kA/μs）。

随着材料和器件工艺水平的进步，SiC基光触发多门级半导体开关有望实现数十kV工作电压、数kA输出电流、百kA/μs的电流上升速率，这使其在固态起爆装置、固态脉冲功率系统和高压直流输电等领域有着广阔的应用前景。

图1. SiC基光触发多门级半导体开关结构图：(a) 单门级；(b) 多门级。

该文章以题为“Study of a novel SiC-based light initiated multi-gate semiconductor switch”发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

Study of a novel SiC-based light initiated multi-gate semiconductor switch

Chongbiao Luan, Jianqiang Yuan, Hongwei Liu, Longfei Xiao, Huiru Sha, Le Xu, Yang He, Lingyun Wang, Hongtao Li, Yupeng Huang

J. Semicond. 2025, 46(11): 112402  doi: 10.1088/1674-4926/25020033

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7 GaSb基~2 μm波长双段集成光芯片光孤子特性研究

近日，海南师范大学乔忠良研究员课题组联合中国科学院半导体研究所牛智川教授、新加坡南洋理工大学Hong Wang教授课题组，制备出段式集成光芯片，首次发现了段式集成光芯片结构生成稳定多峰光学孤子特性。基于GaSb的~2 μm波长集成光芯片光孤子特性在光通信、红外对抗和气体环境监测等光电子领域显示出广阔的应用前景。在段式集成光芯片的研究中，更多关注其被动锁模特性，其结构产生稳定孤子传输的能力尚未得到研究，这限制了其在高性能近中红外光电子技术中的进一步应用。本文设计并制备了基于GaSb的~2 μm波长双段集成半导体激光芯片结构，并对其孤子相关特性进行了测试和分析，包括P-I-V特性、温度特性和锁模特性。实验结果表明，该集成光学芯片可在~2 μm波长附近实现稳定的锁模工作，并呈现近似光孤子的工作特性。实验结果表明，该集成光学芯片可在约2 μm波长附近实现稳定的锁模，并呈现近似光孤子态及多峰光学孤子态的工作特性。通过将测量到的光学定时序列曲线与纯四阶孤子近似解的数值拟合进行比较分析，首次发现了段式集成光芯片结构能够生成稳定的多峰光学孤子传输。这为开发具有高性能光孤子特性的近中红外锁模集成光学芯片提供了研究方向。

系统地研究了基于GaSb的两段式集成光芯片在约2 μm波附近的动态P-I-V、温度及锁模特性。并对这些变化背后的物理机制进行了比较分析。结果表明，温度（T）、注入电流（Ig）和偏置电压（Va）等参数对段式集成光芯片结构产生的光孤子态的锁模频率、光谱、脉冲宽度和输出功率均有显著的调制作用。在20 °C时，该集成光芯片实现了约35 mW的最大输出功率、约12.83 GHz的基频、约1961.5 nm的中心波长、约8.1 nm的半高宽（FWHM）、光脉冲宽度范围为500~698 fs，并且λ−Va调谐率约为0.0023 nm/mV。光谱的高频部分（短波长侧）与理想Sech²拟合曲线高度匹配，表现出单边孤子态。

实验结果和数据拟合表明，当Va = −0.4 V且Ig = 200~280 mA时，可以观察到明显的近孤子和多峰孤子特性。采用纯四阶孤子近似解进行数值拟合，进一步确认了多峰光孤子时序的存在。通过将实验数据与理论值进行匹配，证实本文设计的段式集成光学芯片能够产生稳定的近孤子和多峰孤子状态，从而实现光孤子的稳定传输。进一步研究近孤子或低阶孤子向高阶孤子转变的动态演化过程，以及近孤子状态、多峰孤子状态与光孤子状态之间的转换关系，是一项非常有意义的研究内容。本研究不仅证明了段式集成半导体光学芯片能够产生光孤子，为高频光信号生成和孤子态输出提供了新的研究方向，而且为在近中红外锁模集成光芯片中生成稳态光孤子提供了重要的发现和参考。

图1. GaSb基~2 μm波长段式集成光芯片结构示意图 (a) 顶视结构；(b) 端面横截面结构。

图2. 不同偏压Va和温度下集成光学芯片的P-I曲线 (a) Va = 0 V, 20~80 ℃；(b) Va = 0.6 V, 20~80 ℃；(c) Va = -0.4 V, 20~80 ℃；(d) Va = -1.2 V, 20~80 ℃；(e) Va = -2 V, 20~80 ℃。

图3. 不同Ig下的光学定时序列谱图（T = 20 ℃，Va = -0.4 V）。

图4. 不同时期的多峰孤子状态 (a) -6 ~ -3.5 ns，(b) -3.5 ~ -1 ns，(c) -1 ~ 1.5 ns，条件：T = 20 ℃，Va = -0.4 V，Ig = 220 mA。

文章信息：

Research on optical soliton characteristics GaSb-based ~2 μm wavelength two-section integrated optical chip

Wenjun Yu, Zhongliang Qiao, Xiang Li, Jia Xu Brian Sia, Dengqun Weng, Xiaohu Hou, Zaijin Li, Lin Li, Hao Chen, Zhibin Zhao, Yi Qu, Chongyang Liu, Hong Wang, Yu Zhang, Zhichuan Niu

J. Semicond. 2025, 46(11): 112403. doi: 10.1088/1674-4926/25030011

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