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基于III族氮化物薄膜的柔性压电发电机：为自供电可穿戴与植入式电子设备提供生物相容且可持续的电源解决方案
摘要： 收集生物力学能量的能量收集器是可穿戴和植入式电子设备的理想电源候选方案。在应用最广泛的能量收集器中，压电发电机与尺寸相近的摩擦电发电机相比能产生更多电荷，因此更适合制作紧凑型可穿戴设备。然而大多数高功率压电发电机采用含铅的锆钛酸铅材料制成，其有毒铅元素特性使其不适用于可穿戴应用。本研究通过层转移法制备了由化学性质稳定且具有生物相容性的氮化物（III-N）薄膜构成的柔性压电发电机（F-PEG）。该III-N薄膜F-PEG在5MΩ负载电阻下可产生50V开路电压、15μA短路电流及167μW最大输出功率。研究通过直接驱动LED发光二极管、电子手表等电子设备，以及为商用电容和电池充电来驱动光学脉搏传感器，展示了III-N薄膜F-PEG的实际应用。此外，经过超过30,000次严苛弯曲测试后，该III-N薄膜F-PEG仍保持良好耐用性和稳定输出性能。
关键词： 柔性压电发电机、薄膜、氮化物半导体、自供电系统、生物相容性
更新于2025-09-23 15:23:52
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采用电光热数值模拟研究III族氮化物垂直腔面发射激光器的热设计考量
摘要： III族氮化物垂直腔面发射激光器（III-N VCSELs）存在严重的自发热问题，这限制了其输出光功率。因此热管理成为关键的设计考量因素。本研究采用先进的自洽电-光-热数值模拟方法，对三种最常见的VCSEL结构（混合式VCSEL、倒装芯片VCSEL和ELOG VCSEL）进行了分析，确定了影响这些器件热阻的关键几何与材料参数。模拟结果表明，部分提出的解决方案和设计改进措施可使最大光输出功率提升高达100%。本文还阐述了在器件设计中正确运用数值模拟的方法——即预测趋势并识别影响器件性能的关键因素。
关键词： 电光热模拟、热阻、垂直腔面发射激光器（VCSEL）、氮化物半导体、激光二极管、器件建模
更新于2025-09-19 17:13:59
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16.3： <i>特邀论文：</i> 采用铕掺杂氮化镓的红光发光二极管（LED）在单片集成微显示技术中的新发展
摘要： 为满足三基色（RGB）单片集成及高分辨率显示器的发展需求，开发红光发射氮化物半导体已成为迫切要求。此类显示器是实现"智能社会"（即网络空间与物理空间交互融合）的关键设备，而基于氮化镓的高效红光LED研发正是其中的核心环节。当前蓝绿光LED采用InxGa1-xN/GaN多量子阱作为有源层，其发光波长由InGaN中铟组分决定。实现红光LED的简易方法是提高铟组分至0.5，但高铟组分会导致InGaN与GaN间晶格失配加剧，严重劣化量子阱的晶体质量，同时引发巨大压电场效应，通过量子限制斯塔克效应抑制辐射复合。我们致力于半导体内中心光子学研发——这种新型光子学利用半导体中掺杂稀土离子的4f壳层内跃迁。2009年我们发明了基于铕掺杂氮化镓（GaN:Eu）的窄带红光LED，在621nm处观测到半高宽小于1nm的主发射峰（对应Eu3+离子的5D0–7F2跃迁），该波长对环境温度表现出极高稳定性。通过优化器件工艺，LED输出功率已稳步提升至1mW以上?；诖撕旃釲ED，可构建包含RGB氮化镓LED的小型单片高分辨率光学器件，应用于微LED显示及照明技术。当前限制发光功率提升的关键因素是GaN:Eu中铕发射相对较长的辐射寿命（约300微秒）。根据费米黄金法则，通过增加自发辐射频率处的光子态密度可调控Eu离子自发辐射速率——平面法布里-珀罗腔已证实该原理。我们通过在原子尺度主动操控Eu离子辐射复合概率（即调控微纳腔中的光子?。?，显著提升了输出功率：在由AlGaN/GaN分布布拉格反射镜和银反射镜构成的微腔中，室温光泵浦下铕发射强度提升21倍；初步采用ZrO2/SiO2与AlInN/GaN DBR构成微腔的LED器件，输出功率增强达10倍。本次报告将阐述该LED的研发现状及进一步提升输出功率的策略。
关键词： 单片式微发光二极管显示器、掺铕氮化镓、腔内光子学、红色发光二极管、氮化物半导体
更新于2025-09-11 14:15:04