研究论文

7 溶液法调控镍掺杂氧化铟中的氧空位以提升薄膜晶体管的性能

薄膜晶体管（TFTs）的掺杂对于调控材料物性、提升器件性能至关重要，是先进电子应用的重要途径。本文采用湿化学法制备了镍（Ni）掺杂氧化铟（In₂O₃）TFTs，并系统考察了Ni掺杂对In₂O₃结构及电子输运特性的影响。结果表明，随着Ni含量增加，材料中的氧空位浓度减少，从而降低器件漏电流，并使阈值电压（V_th）正向偏移。实验结果表明，基于NiInO（Ni = 0.5%）的TFTs表现出优异的电学性能：迁移率达7.54 cm²V^-1s^-1，开关电流比约为10⁷，V_th为6.26 V，界面陷阱态密度（Dit）降至8.23 × 10¹² cm⁻²，且偏压应力稳定性显著增强。Ni掺杂的有效性源于材料路易斯酸度的提升、Ni−O较高的键能以及Ni离子较小的离子半径。负偏压光照稳定性（NBIS）测试进一步表明，器件稳定性随入射光波长蓝移而下降，这可能与氧空位的激活有关。上述研究结果证实了溶液加工工艺在未来大规模、低成本、低功耗及高性能电子器件领域的应用潜力。

图1. 基于NiInO的薄膜晶体管器件的分步制造过程的详细说明。

该文章以题为“Tailoring oxygen vacancies in Ni-doped In₂O₃ for improved thin-film transistor stability and performance via solution processing”发表在Journal of Semiconductors上。

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Tailoring oxygen vacancies in Ni-doped In₂O₃ for improved thin-film transistor stability and performance via solution processing

Fakhari Alam, Sara Ajmal, Muhammad Asim Shahzad, Ghulam Dastgeer, Aamir Rasheed, Gang He

J. Semicond. 2026, 47(2): 022304 doi: 10.1088/1674-4926/25030033

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8 基于硅基阵列波导光栅的高速波分复用硅光接收芯片

随着5G、人工智能、大数据和云计算等技术的迅猛发展，全球数据流量正以前所未有的速度增长。传统光纤通信系统依赖单一波长传输数据，其容量已逐渐难以满足未来高速、大带宽的通信需求。波分复用（WDM）技术通过在单根光纤中同时传输多个不同波长的光信号，极大提升了光纤的传输容量，成为现代光通信系统的关键技术之一。然而，现有的硅基WDM接收芯片在实现多通道、高速率接收时仍面临一些挑战。首先，由于锗硅（Ge-on-Si）光电探测器在长波长波段（如L波段）响应度下降，导致不同通道间的信号强度差异明显。同时当波分复用通道数较多时，阵列波导光栅（AWG）的插入损耗和串扰会影响系统整体性能。

中国科学院半导体研究所成步文研究员团队在Journal of Simiconductors上发表了一项重要研究成果，提出一款16通道高速波分复用硅光接收芯片。该芯片基于220 nm硅绝缘体（SOI）平台，集成了硅基阵列波导光栅（Si AWG）与高性能锗硅波导光电探测器，通过多项创新设计，实现了高速、低损耗、低串扰的多波长信号接收。根据锗硅探测器的光谱响应特性，将AWG的工作波长范围调整至1526—1550 nm，中心波长1538 nm，有效缓解了各通道响应度不均的问题；采用电感增益峰值技术，将探测器的3 dB带宽提升至51 GHz，支持单通道最高112 Gbps的PAM4调制信号接收。

该研究成果不仅推动了硅基WDM接收芯片向更高通道数、更高速率方向发展，也为下一代光通信系统、数据中心互连、高性能计算等领域提供了重要的器件支持。未来，该技术有望在以下方面发挥重要作用：

• 超高速数据中心：支持单光纤Tbps级数据传输，缓解数据中心内部与之间的带宽压力；

• 光通信网络升级：为6G、全光网络等提供高集成度、低功耗的光接收解决方案；

• 集成光子学系统：可与调制器、激光器等器件进一步集成，实现全功能收发芯片，推动硅光子技术的产业化进程。

图1.（a）波分复用接收器芯片的俯视光学显微镜图像；（b）阵列波导光栅的俯视光学显微镜图像；（c）硅基锗波导光电探测器的截面视图。

图2.（a）波分复用接收芯片各通道的光电流谱。（b）16通道阵列波导光栅的透射谱。

该文章以题为“High-speed wavelength division multiplexing silicon photonics receiver chip based on silicon arrayed waveguide grating”发表在Journal of Simiconductors上。

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High-speed wavelength division multiplexing silicon photonics receiver chip based on silicon arrayed waveguide grating

Zhipeng Liu, Yiling Hu, Zhi Liu, Jiashun Zhang, Jun Zheng, Xiaojie Yin, Yuhua Zuo, Junming An, Buwen ChengJ. Semicond. 2026, 47(2): 022401 doi: 10.1088/1674-4926/25050018

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9 8英寸自支撑氮化镓单晶衬底

以氮化镓（GaN）为代表的宽禁带半导体具有直接带隙大范围连续可调、载流子复合效率高、击穿场强大、电子饱和迁移率高等优异物性，是多波段高效率光电子器件和高频率大功率电子器件的优选材料。中镓半导体科技有限公司、北京大学、北京大学东莞光电研究院联合研究团队，依托自主研发的HVPE系统，成功制备出8英寸自支撑GaN单晶衬底。所制备的8英寸自支撑GaN单晶衬底平均位错密度约为1.6 × 10⁶ cm^-2。该成果不仅推动了大尺寸GaN单晶衬底制备技术的突破，也为GaN单晶衬底的应用拓宽了途径。

图1.  (a) 通过37点阴极荧光图像证明8英寸自支撑GaN单晶衬底中位错的均匀空间分布；(b) 2英寸到8英寸自支撑GaN单晶衬底。

该文章以题为“8-inch free-standing GaN substrates grown by hydride vapor phase epitaxy”发表在Journal of Semiconductors上。

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8-inch free-standing GaN substrates grown by hydride vapor phase epitaxy

Ruihua Zhang, Fang Liu, Yao Wu, Hongfen Xu, Jinmi He, Ming Liu, Jianhui Wang, Kunyang Li, Ping Wang, Jiejun Wu, Tongjun Yu, Qi Wang, Jingquan Lu, Guoyi Zhang, and Xinqiang Wang

J. Semicond. 2026, 47(2), 022501  doi: 10.1088/1674-4926/25100017

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10 低Al组分插入层调控应力实现HTA-AlN模板上无丘状缺陷AlGaN外延

AlN基材料具有宽直接禁带、高击穿场强、高饱和迁移率等优势，在深紫外光电子与电子器件领域具有重要应用。高温退火AlN（HTA-AlN）模板是有潜力的外延衬底，但是该模板外延AlGaN时面临出现六边形丘状结构的严峻挑战。学界虽提出多种抑制方法，但丘状结构形成机理尚需要深入研究。近日，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所黎大兵团队通过原位翘曲监测与形貌表征，揭示HTA-AlN模板的压应力累积是丘状结构形成的根本原因，并提出低铝组分AlGaN插入层应力调控策略，为突破AlGaN外延表面质量瓶颈提供了全新视角。

团队系统对比HTA-AlN与非退火AlN模板在外延过程中的应力演化差异，发现与在非退火模板上进行氮化物外延的应力演变趋势不同，在HTA-AlN模板上进行氮化物外延时，压应力会随外延厚度增加而持续、快速的累积，进而诱发SK生长模式，直接导致表面丘状结构形成。为抑制应力积累，团队引入低铝组分AlGaN插入层，利用其较大晶格常数有效释放压应力。晶圆翘曲动态监测证实，该插入层显著降低应力累积速率，最终在50 × 50 μm²范围内获得无丘状原子级平整表面AlGaN外延层，验证了机制的正确性。此外，研究还发现，若压应力未及时缓解，AlGaN外延层中的Al含量会沿生长方向持续升高，影响组分均匀性与器件一致性，需引起学界与产业界重视。

本研究通过精确解析应力-形貌关联，建立了以应力调控为核心的外延理论框架，深化了对HTA-AlN模板上AlGaN基材料外延层表面演化机制的理解，也为低成本、高均匀性AlGaN外延层的工业化制备提供了切实可行的方案。

图1. 在未退火模板与高温退火（HTA）模板上生长的氮化铝（AlN）的曲率变化机制。

图2. (a) 在无插入层（IL）的高温退火（HTA）模板上生长的AlGaN的原位曲率与反射率曲线；(b) 在具有低铝含量AlGaN插入层（IL）的HTA模板上生长的AlGaN的原位曲率与反射率曲线；(c) 在具有GaN插入层（IL）的HTA模板上生长的AlGaN的原位曲率与反射率曲线。(d) 和 (e) 分别为无/有低铝含量AlGaN插入层（IL）时AlGaN的（105）晶面倒易空间映射（RSM）。(f) 通过二次离子质谱（SIMS）测量的无/有低铝含量AlGaN插入层（IL）时AlGaN中的铝含量。

该文章以题为“Compressive stress management for hillock-free AlGaN epitaxy on HTA-AlN templates using low-Al-content interlayer”发表在Journal of Simiconductors上。

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Compressive stress management for hillock-free AlGaN epitaxy on HTA-AlN templates using low-Al-content interlayer

Entao Zhang, Jianwei Ben, Zikai Nie, Shanli Zhang, Yang Chen, Ke Jiang, Xiaojuan Sun, and Dabing Li

J. Semicond. 2026, 47(2), 022502 doi: 10.1088/1674-4926/25080020

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