综  述

1 用于显示及其他应用的柔性钙钛矿发光二极管

相较于传统的显示设备，柔性显示能提供更丰富的视觉感受和人机交互体验，但传统的发光二极管（LEDs）受限于其较差的机械柔韧性，难以满足柔性显示应用的要求。有机发光二极管（OLEDs）因其出色的发光特性和机械柔韧性，成功在柔性显示领域实现商业化应用。为了进一步提高显示屏的对比度、饱和度等，具有高色纯度、宽色域等优点的钙钛矿发光二极管（PeLEDs）得到广泛关注和研究。同时，基于钙钛矿材料的柔性发光二极管的相关研究证明了其在柔性显示领域的潜力。

近日，深圳大学李贵君课题组基于近年已发表或已报道的相关文献，撰写了一篇有关柔性PeLEDs的研究进展及其应用的综述。该综述首先简要分析了钙钛矿材料的晶体结构、光电特性和机械性能，随后概述了提高柔性PeLEDs性能的策略，特别是对钙钛矿发光层和电极的优化，紧接着列举了柔性PeLEDs在显示及其他应用上的相关研究，最后指出了柔性PeLEDs在未来发展中存在的一些挑战。该综述旨在为从事柔性PeLEDs研究的科研工作者提供思路，有助于推动柔性PeLEDs的发展和实现商业化应用的进程。

该文章以题为“Flexible perovskite light-emitting diodes for display applications and beyond”发表在Journal of Semiconductors上。

图1. （a）具有图案化电极的FPeLED的制造工艺示意图。（b）通过双层转移打印技术制备的像素化FPeLED阵列的示意图。（c）附着在人体皮肤、叶片和叶片边缘的超薄皮肤可附着显示器的EL图像。（d）超薄皮肤可附着的EL图像在20%的压缩、扭曲和水滴下显示。（e）可写和可擦除FPeLED的示意图。（f）擦拭前后可写入和可擦除FPeLED的EL图像。（g） 柔性钙钛矿LETD的机理示意图。（h）使用多色FPeLED的心电图监护仪的原理图。

文章信息：

Flexible perovskite light-emitting diodes for display applications and beyond

Yongqi Zhang, Shahbaz Ahmed Khan, Dongxiang Luo, Guijun LiJ. Semicond.  2024, 45(5): 051601  doi: 10.1088/1674-4926/45/5/051601

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2 二维材料光伏器件的研究进展

光伏器件在太阳能转换、成像和通讯等领域至关重要。然而，基于传统半导体的光伏器件由于晶格失配、表面悬挂键和刚性结构等因素，在高性能、可穿戴器件中的发展受到了限制。近年来，二维材料快速兴起，其优异的光电子性质、超薄的厚度和柔性特征为新一代光伏器件的发展带来了机遇。

近日，华中科技大学翟天佑教授和周兴教授团队撰写了关于二维材料光伏器件的综述论文，如图1所示，该论文介绍了基于不同结构的二维光伏器件，包括肖特基结、同质结、二维-二维异质结、二维-三维异质结和体光伏效应器件，接着系统地介绍了基于这些结构的二维光伏器件近期研究进展，并详细讨论了提高光伏性能的策略和机制。

最后，在总结现有二维光伏器件进展的基础上，该论文认为二维光伏器件具有很好的发展前景，并展望了未来二维光伏器件的发展方向，包括进一步提高器件性能以及二维光伏器件的大规模制备等。

该论文以题为“Recent advances in two-dimensional photovoltaic devices”发表在Journal of Semiconductors上。

图1. 二维光伏器件的分类，包括肖特基结、同质结、二维-二维异质结、二维-三维异质结和体光伏效应器件。

文章信息：

Recent advances in two-dimensional photovoltaic devices

Haoyun Wang, Xingyu Song, Zexin Li, Dongyan Li, Xiang Xu, Yunxin Chen, Pengbin Liu, Xing Zhou, Tianyou ZhaiJ. Semicond.  2024, 45(5): 051701  doi: 10.1088/1674-4926/45/5/051701

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研究论文

3 一种基于CMOS-MEMS的片上TIA多通道热发泡驱动阻抗流式细胞仪

交流阻抗流式细胞仪利用电化学阻抗技术实现对细胞群的计数与单细胞分析，被广泛应用于即时诊断和生物医学实验等领域。作为一种典型的芯片上实验室（Lab on a chip），阻抗流式细胞仪的核心组件包括了驱动源，阻抗传感微通道和信号处理电路等。随着人们对即时诊断和个性化医疗的需求日益增长，迫切需要一种便携式、低成本的交流阻抗流式细胞计数与分析设备。然而，阻抗流式细胞仪中的部分组件如驱动源等受到工艺、结构等因素的限制无法做到微型化，因此目前大部分的研究仍然停留在“芯片周围的实验室”阶段。

近日，上海大学和上海傲睿科技有限公司关一民、刘德盟课题组利用CMOS-MEMS整晶圆工艺设计并制造了一款集成了片内可编程跨阻放大器（TIA）的多通道阻抗流式细胞计数芯片，在该芯片内共集成有36个细胞阻抗传感信号测量与放大通道，每个通道内包含有用于驱动液体的热发泡微泵，微流道与共面差分式钽电极和可编程电流放大器。该芯片可根据响应幅值有效区分不同尺寸的微粒，如成功区分了7 μm和14 μm聚苯乙烯微球。同时，该芯片对MOST-211H细胞的计数准确度可达到98%以上。凭借多通道并行工作的优势，本文提出的阻抗流式细胞计数芯片检测通量可提高至16200 cells/s。这一研究将推动MEMS微流控传感与CMOS电路的集成与融合，为实现高度集成化的交流阻抗流式细胞分析系统提供了新思路。

该文章以题为“A multichannel thermal bubble-actuated impedance flow cytometer with on-chip TIA based on CMOS-MEMS”发表在Journal of Semiconductors上。

图1. 集成跨阻放大器的热发泡微泵驱动阻抗流式细胞计数芯片的 (a) 封装后PCB板前视图，(b) 封装后PCB测试板后视图，(c) 芯片局部显微镜图， (d) 跨阻放大器显微镜图。

图2. (a) 7 μm微球穿过电极时倒置显微镜图像与测量的瞬态电压信号实部分量(I-通道)， (b-d) 倒置显微镜下观察到的7 μm和14 μm聚苯乙烯微珠与MOST-211 H细胞的数量与EIS流式细胞仪检测到的信号数量之间线性拟合关系图。

文章信息：

A multichannel thermal bubble-actuated impedance flow cytometer with on-chip TIA based on CMOS-MEMS

Shengxun Cai, Jianqing Nie, Kun Wang, Yimin Guan, Demeng Liu

J. Semicond.  2024, 45(5): 052201  doi: 10.1088/1674-4926/45/5/052201

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4 基于大数据的电动汽车IGBT功率模块可靠性评估

近年来，电动汽车以其节能和操控性能优越等显著特点而崭露头角。然而，电动汽车也存在一些挑战，特别是在安全性和可靠性方面。由于电动汽车是由电力驱动的，频繁的电池电压转换需要依赖绝缘栅双极型晶体管（IGBT），IGBT模块在高温和电应力工况下会发生老化甚至失效。因此，对电动汽车IGBT寿命进行实时评估是必要的。有文献报道，基于结温(T_j)波动与功率模块寿命的对应关系，可以建立计算IGBT寿命的解析模型。但是，该方法通常需要拆除IGBT功率模块的封装，这与实际的电动汽车功率模块应用场景相差甚远。

近日，重庆大学蒋华平研究员课题组联合深蓝汽车刘立提出了一种基于神经网络的IGBT结温估算方法，并使用了电动汽车大数据模型对IGBT寿命进行了计算。输入参数包括直流电压、器件工作电流、开关频率、负温度系数热敏电阻（NTC）温度和IGBT寿命，输出参数为结温。通过雨流计数法，将分类的不规则温度纳入寿命模型以计算故障周期。然后使用疲劳积累法计算IGBT的寿命。为解决电动车控制器的计算和存储资源有限问题，IGBT寿命计算操作在大数据平台上进行。寿命数据随后通过无线方式传输给电动车作为神经网络的输入。因此，可以准确估算IGBT在长期运行条件下的结温。与目前电动汽车广泛应用的热网络结温估算法相比，神经网络法的结温估算、大数据平台的寿命计算，两者更加接近功率模块的真实情况，模块寿命预测误差从传统方法的15%提升到3%。

该文章以题为“Reliability evaluation of IGBT on electric vehicle using big data”发表在Journal of Semiconductors上。

图1. 基于电动汽车大数据平台的IGBT寿命计算示意图。

图2 . (a) 基于电动汽车大数据平台的IGBT寿命计算流程图， (b) 基于神经网络结构结温估计， (c) IGBT寿命预测对比分析。

文章信息：

Reliability evaluation of IGBT power module on electric vehicle using big data

Li Liu, Lei Tang, Huaping Jiang, Fanyi Wei, Zonghua Li, Changhong Du, Qianlei Peng, Guocheng LuJ. Semicond.  2024, 45(5): 052301  doi: 10.1088/1674-4926/45/5/052301

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5 双场板GaN HEMT的新型小信号等效电路模型

氮化镓高电子迁移率晶体管（GaN HEMT）器件由于其优异的电学和热特性，在高频和大功率应用领域具有广阔的前景。然而，这些器件在高电场和高功率工作条件下面临诸如漏电流和热问题等挑战，这限制了它们的性能和可靠性。为了应对这些挑战，在GaN HEMT中引入了场板（FP）结构。FP旨在提高GaN HEMT的击穿电压，减少电流崩塌，提高器件的功率性能。目前已提出并制造了具有各种类型场板结构的GaN HEMT器件。双FP就是其中之一，据报道，其附加源FP具有高击穿性能和优化的截止频率，在抑制电流崩塌现象方面比单FP更为有效。栅FP和源FP的存在，使得开发一个更准确、更全面的小信号模型，以捕捉器件在高频和高功率工作条件下的行为至关重要。

近日，杭州电子科技大学刘军研究员课题组针对具有栅、源双场板结构的GaN HEMT器件提出了一种新型的更加准确的小信号等效电路。整个模型的等效电路由寄生元件、本征晶体管、栅FP和源FP网络组成。栅FP的等效电路与本征晶体管的等效电路相同。为了简化模型的复杂性，采用电阻和电容的串联组合来表征源FP。基于所提出的等效电路，给出了模型参数的解析提取过程。通过0.45 μm工艺4 × 250 μm GaN HEMT器件进行了验证。此外，与一个经典小信号模型进行对比，所提出的新型小信号模型在1.0至18.0 GHz范围内与测量的S参数的拟合精度更高。

所提出的小信号模型可以准确预测栅、源双场板GaN HEMT器件在不同工作条件下电特性，为大信号模型的提取奠定了基础，且有助于设计工程师在设计阶段对器件性能进行评估和优化，提高设计的准确性和效率。

该文章以题为“A novel small-signal equivalent circuit model for GaN HEMTs incorporating a dual-field-plate”发表在Journal of Semiconductors上。

图1. 小信号等效电路（a）新型的包含栅源双场板结构的小信号等效电路；（b）经典小信号等效电路。

图2. 4 × 250 μm 栅源双场板结构GaN HEMT器件在三个不同偏置条件下的仿真与测试的对比（a）V_ds = 28 V, V_gs = 1 V；（b）V_ds = 40 V, V_gs = −1 V；（c）V_ds = 48 V, V_gs= −3 V。频率为1~18 GHz。

文章信息：

A novel small-signal equivalent circuit model for GaN HEMTs incorporating a dual-field-plate

Jinye Wang, Jun Liu, Zhenxin Zhao

J. Semicond.  2024, 45(5): 052302  doi: 10.1088/1674-4926/45/5/052302

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6 阻变存储器的光刻误差效应研究

阻变存储器结合了传统随机存储器和闪存的优势，有着高集成密度、存储信息非易失等特性，是下一代存储器件的有力竞争者。同时，阻变存储器可以较好地兼容CMOS工艺，形成存内计算的计算架构，大幅降低数据在计算和处理单元之间的传输从而降低功耗，在高能效计算系统有着重要应用前景。随着特征尺寸的微缩，阻变存储器阵列在光刻工艺下的系统误差效应日趋显著，使得存储单元出现参数漂移乃至意外的短路、断路等问题，对于有着数模混合计算特性的阻变存储器存内计算的计算精度和芯片良率产生严重的影响。然而，目前尚无对阻变存储器阵列中光刻误差效应的系统性研究。

近日，上海交通大学李永福教授课题组针对阻变存储器阵列的光刻误差效应开展了研究。他们提出了面向阻变存储器阵列的光学-电学联合仿真方法，并针对开关电阻、开关电压等阻变存储器的关键电学参数对于器件位置、尺寸等物理版图参数的依赖关系进行了系统性分析。同时，研究了光学临近校正技术对于阻变存储器阵列电学特性的影响，并对其成因进行了深入分析。研究结论为阻变存储器的物理版图设计与光学临近校正算法设计提供了理论指导。

该文章以题为“The study of lithographic variation in resistive random access memory”发表在Journal of Semiconductors上。

图1. 光学-电学联合仿真流程。

图2. 阻变存储器阵列光刻误差效应示意图。

文章信息：

The study of lithographic variation in resistive random access memory

Yuhang Zhang, Guanghui He, Feng Zhang, Yongfu Li, Guoxing Wang

J. Semicond.  2024, 45(5): 052303  doi: 10.1088/1674-4926/45/5/052303

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7 用于深紫外光发光二极管电子阻挡层的镁掺杂Al_0.80In_0.20N基金属调制外延层

本文介绍了利用等离子体辅助分子束外延（PAMBE）技术生长的镁掺杂p型AlInN层及其表征。以AlN作为缓冲层，通过金属调制外延（MME）法，在Si（111）衬底上制备180 nm厚的AlInN，其中铝的摩尔分数为0.80。X射线衍射（XRD）证明，低衬底温度可增强铟原子在合金中的并入，避免原子团簇的形成。阴极发光测量显示了紫外（UV）波段的发光。同时，霍尔效应测量表明最大空穴迁移率为146 cm²/(V∙s)，对应的自由空穴浓度为1.23 × 10¹⁹ cm^-3。通过X射线光电子能谱（XPS）对样品进行分析，估算了合金组分，并通过价带分析确定了费米能级。本文还研究了在LED结构中用作电子阻挡层（EBL）的镁掺杂AlInN层。当EBL中铝的摩尔分数在0.84到0.96之间变化时，通过SILVACO Atlas从理论上评估了其对电致发光、载流子浓度和电场的影响，研究结果凸显了PAMBE技术在制备高质量Mg掺杂p-AlInN层方面的能力和重要性。模拟结果表明，铝摩尔分数为0.86的AlInN是在电致发光、载流子浓度和电场强度等方面取得理想结果的最佳选择。该文章以“Metal-modulated epitaxy of Mg-doped Al_0.80In_0.20N-based layer for application as the electron blocking layer in deep ultraviolet light-emitting diodes”为题发表在Journal of Semiconductors上。

图1. (a) MME得到的结构，(b)用于生长掺杂Mg的AlInN层的开-闭快门序列。

文章信息：

Metal-modulated epitaxy of Mg-doped Al_0.80In_0.20N-based layer for application as the electron blocking layer in deep ultraviolet light-emitting diodes

Horacio Irán Solís-Cisneros, Carlos Alberto Hernández-Gutiérrez, Enrique Campos-González, Máximo López-López

J. Semicond.  2024, 45(5): 052501  doi: 10.1088/1674-4926/45/5/052501

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8 基于超长β-Ga₂O₃单晶纳米带的双肖特基结耦合器件及其光电特性

β-Ga₂O₃禁带宽度为4.4 eV~4.9 eV，是一种有重要应用潜力的超宽禁带半导体材料。与体单晶材料相比，氧化镓纳米带具有极大的表面体积比，可以有效的携带电荷提升器件电学与光学性能，也可容易转移到其他高导热衬底上来抑制器件的热积累效应。这些特点为高性能氧化镓纳米带基电子器件、传感器及芯片提供了良好的保障。然而，目前合成的β-Ga₂O₃纳米带宽度大多只有数微米，这增加了器件的制备难度从而阻碍了纳米带的大范围应用进程。同时，纳米带基主流结型光电探测器主要集中在响应速度快的肖特基结构上，但这些器件由于结构简单，也存在较大的暗电流问题。因此，制备超大的β-Ga₂O₃纳米带并将其扩展到更复杂的器件结构将有助于发挥出纳米带优异特性带来的应用潜力。

近日，西安邮电大学陈海峰教授课题组采用碳热还原法制备了长度为2 ~ 3 mm、最宽可达132 μm的高质量的超大β-Ga₂O₃单晶纳米带。他们基于600 μm长的纳米带制备了双肖特基结耦合器件(DSCD)。由于Ga₂O₃纳米带区与双肖特基结耦合，器件电流I_S2首先增大，并随着电压V_S2的增大迅速达到饱和。饱和电流仅为10 pA，这比单肖特基结低两个数量级。254 nm日盲紫外光照射下，光生电子进一步加剧了DSCD内的耦合物理机制。在强度1820 μW/cm²的紫外光下，I_S2迅速进入饱和状态。10 V偏压时，器件的光暗电流比达到10⁴以上，外量子效率为1.6 × 10³%，探测率为7.5 × 10¹² Jones。此外，该器件在不同正负偏置下的上升和下降时间非常短，为25~54 ms。超大纳米带为器件的制备提供了一种可选择的氧化镓单晶材料形态，基于氧化镓单晶纳米超带的DSCD具有独特的电学和光学性能，将为纳米带器件的应用起到有益的促进作用。

图1. 制备的氧化镓单晶超大纳米带（a）长度为2~3 mm的超大纳米带的SEM图；（b）图（a）中黄色点框中的纳米带的放大图。这些纳米带的最大宽度可达132 μm。

图2.（a）制备的双肖特基结耦合器件(DSCD)；（b） DSCD器件的电流电压曲线。插图为DSCD与单肖特基结构器件的电流比较。

该文章以题为“Dual-Schottky-junctions coupling device based on ultra-long β-Ga₂O₃ single-crystal nanobelt and its photoelectric properties”发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

Dual-Schottky-junctions coupling device based on ultra-long β-Ga₂O₃ single-crystal nanobelt and its photoelectric properties

Haifeng Chen, Xiaocong Han, Chenlu Wu, Zhanhang Liu, Shaoqing Wang, Xiangtai Liu, Qin Lu, Yifan Jia, Zhan Wang, Yunhe Guan, Lijun Li, Yue Hao

J. Semicond.  2024, 45(5): 052502  doi: 10.1088/1674-4926/45/5/052502

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9 基于ZnSb/Ti₃C₂T_x范德华异质结构的柔性近红外光电探测器

柔性近红外光电探测器因其在电信、遥感、医学诊断、生物成像和光通信等领域的广泛应用而备受关注。目前，许多研究都致力于开发具有更高性能的近红外光电探测器，包括用量子点修饰光敏材料、建立异质结构等方式。其中，基于二维材料的范德华异质结构由于机械强度优异、电子迁移率高、功耗低、光电性能可调和结构稳定等优点，成为了提高器件光电性能的有效途径之一。从二维材料的选择角度来看，石墨烯具有零带隙和吸收光度低，因此载流子寿命短，过渡金属二硫族化合物的迁移率易受温度的影响，限制了其在光电器件中的应用。与其他二维材料相比，MXenes具有超高的导电性、亲水性和可调谐的电学特性，以及丰富的表面官能团，能与其他半导体材料形成范德华异质结构。因此，MXenes是构建高性能光电探测器的候选材料之一。而对于构建异质结的另一种二维半导体材料的选择来说，作为具有窄带隙的Ⅱ−Ⅴ族化合物，ZnSb纳米片因具有独特的正交结构和丰富的共价键等优势，被视为是一种理想的近红外光敏材料。将目前研究最多的二维Ti₃C₂T_x MXene材料与二维ZnSb纳米片相结合，构建基于二维材料的范德华异质结构将是获得高性能近红外光电器件的新途径。

北京理工大学沈国震教授团队李腊副教授等人近期采用一种简单的化学气相沉积法合成了二维ZnSb纳米片，并通过传统的光刻工艺将纳米片逐个放置在位于柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）衬底的Ti₃C₂T_x MXene微电极阵列上，制备了基于ZnSb/Ti₃C₂T_x范德华异质结构的柔性近红外光电探测器。由于二维ZnSb纳米片与Ti₃C₂T_x纳米片之间的紧密接触，所制备的ZnSb/Ti₃C₂T_x光电探测器在偏置电压为1 V时，具有143.49 μA/W的光响应度以及2.39 × 10⁸ Jones的比探测率。在相应的柔性测试中，ZnSb/Ti₃C₂T_x光电探测器在弯曲角度为0~150°的范围内表现出了优异的机械稳定性，并且在经过5000次弯曲循环后，器件依旧可以正常工作。此外，用ZnSb/Ti₃C₂T_x近红外光电探测器集成的26 × 5阵列还可作为图像传感器用于感知带有“MXene”字样的图案，这表明二维ZnSb与二维Ti₃C₂T_x组合的模式不但为开发新型范德华异质结构的近红外光电探测器提供了新的途径，还证明了所制备的ZnSb/Ti₃C₂T_x光电探测器在图像传感领域具有一定的应用价值。

图1. (a) Ti₃C₂T_x MXene原理图。(b) 典型的光刻工艺制备图案化Ti₃C₂T_x微电极示意图。插图是合成Ti₃C₂T_x MXene悬浮液的数码照片。(c) 柔性PET衬底上2 × 2 cm²方形图案Ti₃C₂T_x微电极阵列的数码照片。(d, e) AFM图像显示了Ti₃C₂T_x MXene的厚度和表面形貌。(f) 制备的ZnSb纳米片的TEM图像。(g, h) 单个ZnSb纳米板的TEM图像和能谱图。(i) ZnSb的HRTEM图像。(j) ZnSb纳米片的元素光谱。(k) Ti₃C₂T_x MXene的XRD谱图。

图2. (a) 制备的ZnSb/Ti₃C₂T_x MXene PD器件的显微镜图像。(b) 正交型ZnSb纳米片的晶体结构。(c) 915~2200nm不同波长激光照射下PD器件的光响应性和探测曲线。(d, e) 不同光强1342 nm激光照射下PD器件的光响应度、探测率和EQE曲线。(f) 制备的ZnSb/Ti₃C₂T_x MXene PD器件的响应和恢复时间。(g) 用于带隙计算的ZnSb分子结构模型。(h) ZnSb的能带宽度和态密度图。(i) ZnSb与Ti₃C₂T_x MXene接触的能带图。

该文章作为封面文章，以标题为“ZnSb/Ti₃C₂T_x MXene van der Waals heterojunction for flexible near-infrared photodetector arrays”发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

ZnSb/Ti₃C₂T_x MXene van der Waals heterojunction for flexible near-infrared photodetector arrays

Chuqiao Hu, Ruiqing Chai, Zhongming Wei, La Li, Guozhen Shen

J. Semicond.  2024, 45(5): 052601  doi: 10.1088/1674-4926/45/5/052601

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