集成电路专业项目式实验教学改革与实践

构建互融互通的实习实践课程平台并基于此开展项目式教学对培养具有创新精神和实践能力的卓越人才有着十分重要的作用。对集成电路专业综合实验进行了顶层设计,以“集成电路工程实践”课程为例,阐述了实验教学改革情况和课程思政同项目驱动式教学方法的融合,进而提出了应有的政策保障措施,为新形势下高校面向国家战略需求,利用项目式教学方法培养卓越人才提供参考。

InP/GaAs低温键合的新方法

通过对 InP/GaAs 异质键合实验方法的研究,提出了包括表面活化处理、真空预键合和退火热处理的三步法,在350℃低温下实现了InP/GaAs异质材料的键合。界面电流 电压(I V)特性的研究表明,350℃样品的界面过渡层极薄,电子主要以隧穿方式通过界面,而450℃的扩散使得过渡层增厚,界面电流 电压特性可视为双肖特基二极管的反向串联。同时,对键合样品也进行了拉力测试,实验结果表明 450℃样品的键合强度优于350℃样品。最后,对InP/GaAs异质材料的键合机理进行了探讨。

2.5Gb/s低噪声差分交叉耦合跨阻放大器的设计与实现

本文基于UMC 0.18 μm CMOS工艺,设计了一款低噪声交叉耦合结构的跨阻放大器.该电路由优化的调节型共源共栅(RGC)结构和输出缓冲级构成,其中采用两级共源放大器作为RGC结构的辅助放大器,用于提升电路的等效跨导和带宽.此外,通过优化电路参数以及在输入端引入阶梯型无源匹配网络来进一步拓展带宽和降低电路噪声.测试结果表明,在探测器等效电容为300pF时,所设计跨阻放大器芯片的-3d B带宽为2.2GHz,跨阻增益为61.8d B?,平均等效输入噪声电流谱密度仅为9 pA/(Hz)^(1/2),成功实现了2.5Gb/s的传输速率.在1.8V电源电压下,芯片功耗为43m W,包括焊盘在内的芯片总面积为1×1mm^2.

有限元分析法在SOI基微环谐振器设计中的应用

利用有限元法（FEM）分析了大横截面SOI（Silicon-on-insulator）脊型波导的本征模式分布,确定了脊型波导的单模条件。在保证单模传输的情况下,模拟了SOI微环谐振器中波导耦合器的耦合长度、功率耦合系数与波导尺寸和间距的关系。模拟结果表明：对于W=1μm,H=2μm的SOI脊型波导耦合器,耦合长度LC随波导间距d的增加而增大,功率耦合系数随之减小。在波导间距d〈0.8μm的情况下,耦合长度LC随着归一化脊高r的增加而增大,当d〉0.8μm时,耦合长度LC随r的增加而减小。模拟结果为SOI微环谐振器的设计和应用提供了理论依据。

InP基环形波导激光器的研究与进展

光子集成作为未来全光网络发展的必然趋势,是实现高速光通信的重要解决方案。正如硅基集成电路的发展历程一样,找到一种类似晶体管的基本集成单元,并实现光子集成的大多数功能是目前光子集成技术中最迫切的问题。近年来,由于半导体环形谐振器的功能多样性和可集成性,使其最有可能成为光子集成的基本单元,因而成为集成光子学、光通信和光信息处理领域的研究热点。文章在介绍半导体环形激光器工作原理和基本特性的基础上,总结了InP基环形波导激光器在集成光源及光信息处理方面的应用和最新进展。

退火对NiCr薄膜阻值的影响分析

采用磁控溅射方法在Si衬底上沉积NiCr薄膜,通过金属剥离技术制备不同膜厚的NiCr薄膜电阻.对不同膜厚样品退火前后阻值的测试表明,磁控溅射沉积NiCr薄膜的晶粒较小,退火前样品阻值较大.当退火温度超过350℃后,薄膜中的细小晶粒合并为较大的晶粒,晶粒间界面积减小,电阻率也相应减小;而经过450℃退火5 min后,晶粒尺寸趋于饱和,进一步的退火时间对阻值的变化影响不大.

InP基单片集成光接收机的研究与进展

总结了InP基单片集成高速光接收机的主要集成形式,分析了各种集成方式的优缺点,重点总结了最具发展潜力的PIN-HEMT光接收机的研究与进展,最后指出单片集成光接收机的发展方向。

SiNx薄膜的性质及其在开管扩Zn中的应用

采用PECVD方法制备了SiNx薄膜,用椭偏测厚仪、红外光谱仪和俄歇能谱仪研究了SiNx薄膜的性质。测试结果表明,SiNx薄膜的折射率随SiH4流量增加不断增大,当SiH4/NH3为38/8时,沉积SiNx薄膜的折射率为1.93,对应的Si/N比约为0.75。FTIR测试结果表明,随着SiH4/NH3流量的增加,N-H含量降低,Si-H含量升高,当SiH4/NH3为38/8时,SiNx薄膜的H含量最少。通过优化沉积条件和层厚度,将SiNx薄膜应用于InP材料的开管扩Zn中,并成功制备了平面结构的InP/InGaAs PIN探测器。

AlInN/GaN高电子迁移率晶体管的研究与进展

由于GaN基材料的高温性能好,AlInN/GaN异质界面具有更高的二维电子气密度,因而AlInN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)具有更高的工作频率和饱和漏电流,以及更强的抗辐射能力,近年来成为微波功率器件和放大电路的研究热点。首先总结了AlInN材料的基本性质,分析了AlInN/GaNHEMT的材料生长和器件结构设计,最后总结了其在高频、大功率方面的最新进展。

化合物半导体晶片和器件键合技术进展

半导体晶片直接键合技术已成为半导体工艺的一门重要技术 ,它对实现不同材料器件的准单片集成、光电子器件的性能改善和新型半导体器件的发展起了极大的推动作用。文中详细叙述了近十年来 - 族化合物半导体键合技术的主要实验方法 ,并对各种键合方法的优缺点进行了比较 ,结合自己的工作对化合物半导体的键合机理和界面特性做了总结 。

InP/GaAs材料和器件的直接键合

采用三步法在GaAs衬底上实现InP材料的键合,通过X 射线光电子谱(XPS)对样品键合界面进行化学价态和深度分布分析。结果表明,键合温度小于450℃时,样品界面主要由三维氢键网络组成;大于450℃时界面处发生互扩散,Ⅴ族元素主要在界面处富集,而Ⅲ族元素具有较深的扩散。因此提出界面层以InGaAs、InGaP为主,这种界面化学态的变化对样品的I V特性和键合强度都具有实质意义的影响,同时由于异质结带阶的存在,要获得良好的电学性质和强度,键合温度并不是越高越好,而是存在一个最佳温度。最后,在GaAs衬底上成功地键合了InGaAs/InP光电探测器。

InP／GaAs异质键合界面的XPS研究

用直接键合技术在480℃实现了InP/GaAs的异质键合,用X射线光电子谱研究了样品的界面化学态。研究分析表明,InP/GaAs样品在480℃的键合过程中发生相互扩散(除P外),键合界面处形成了由InP、GaAsI、nAs和GaP构成的中间过渡层,过渡层厚度约为6nm。

InP材料Zn扩散的新方法

为了在InP材料中获得精确的浅结扩散和低的接触电阻,同时防止InP表面层分解,提出了一种以Zn膜作扩散源、用快速热处理工艺进行Zn扩散的新方法。实验结果表明,该方法不仅可以获得约5×1018cm-3的空穴浓度,而且扩散界面平坦、无尖峰。用SiNx/SiO2和Al2O3图形掩膜制备的p-n结二极管的反向击穿电压分别为28和37V,进一步验证了扩散界面良好的电学特性。

集成于无源UHF RFID标签的高分辨率CMOS温度传感器

提出一种高分辨率的集成于无源UHF RFID标签的CMOS温度传感器结构。采用时域数字量化的方式,用与绝对温度成正比PTAT(Proportional to Absolute Temperature)电流源和标签内部振荡器构成的PTAT振荡器产生脉冲宽度与温度相关的脉冲信号,作为计数器的时钟信号,在温度-50℃～50℃范围内,脉冲周期从1.841μs～0.426μs;用数字电路对阅读器发送的帧头命令进行处理得到一个宽度为200μs的宽脉冲信号,作为计数器的使能信号,该脉冲的宽度完全不受温度影响;通过采样计数,得到包含温度信息的数字信号。本设计采用0.18μm UMC CMOS工艺,电源电压为1.8 V,直流功耗为789 nW,温度传感器后仿的有效分辨率达到0.332 LSB/℃。

应用于无源RFID标签的CMOS温度传感器

针对无源RFID标签功耗受限、芯片面积小的特点,采用SMIC0.18μm RF CMOS工艺设计了一种温度传感器。利用MOS管沟道电流的温度特性,设计了两种带有偏置电流源的延迟单元,通过其相互补偿产生脉冲与温度相关以提取温度信息。设计了后续电路将提取的温度信息转换成数字信号供RFID标签数字控制模块使用。仿真结果表明,当温度范围为-20~80℃时,温度传感器精度为0.8℃;标签芯片供电电压为1.8 V时,传感器芯片总的工作电流为440 nA,标签芯片模拟前端电路总工作电流为5μA。

集成于无源UHF RFID标签的新结构CMOS温度传感器

设计了一种集成于无源UHF RFID标签芯片的新结构温度传感器。利用高PSRR共源共栅结构的电流镜偏置电路产生两路温度系数相反的电流,实现了偏置电流对电源电压和温度补偿。与温度相关的脉冲信号由类似差分的结构产生,有效的克服了工艺偏差导致的误差。计数时钟信号由标签内部振荡器提供,振荡器频率受偏置电流控制近似与电源电压和温度无关。采用SMIC 0.18μm 2P4M CMOS工艺,仿真结果表明:电源电压为1.8V,温度在-10℃～100℃变化时,偏置电流为112 nA,标签提供的时钟信号频率为2 MHz,温度传感器有效分辨率为0.5℃/LSB,工作电流为774 nA。

标准CMOS工艺载流子注入型三端Si-LED的设计与研制

采用无锡华润上华(CSMC)0.5μm标准CMOS工艺,设计并制备了一种新型的高发光功率载流子注入型三端Si-LED器件。该器件在p型衬底上进行n+掺杂,与p衬底形成两个相对的n+p结,其中一个结正向偏置,发出峰值波长在1 100 nm附近的红外光;另一个结同样正偏,作为注入结对发光进行调制。测试结果显示:第三端注入载流子明显增强了总体的发光功率,在10 mA偏置电流、3 V调制电压下,可获得1 nW的光功率,与单结相比提高了两个数量级。由于工作电压低,该器件可与目前主流的CMOS工艺共电源单芯片集成,在光电集成领域具有一定的应用前景。

氢等离子体气氛中退火多孔硅的表面和光荧光特性

用电化学腐蚀法制备了多孔硅 (PS) ,在氢等离子体气氛中不同温度下对多孔硅样品进行了退火处理 ,并进行了光致发光 (PL)谱和原子力显微镜 (AFM)表面形貌的测量。不同退火温度给PS表面形态带来较大变化 ,也影响了其PL谱特性。在退火的样品中观察到的PL谱高效蓝光和紫光谱带 ,我们认为主要源于量子限制发光峰和非平衡载流子被带隙中浅杂质能级所俘获而引起的辐射复合所产生的。在 42 0～ 45 0℃退火处理的多孔硅的PL谱上观察到了一个未见诸于报道的紫光新谱带 ( 3 .2 4eV ,3 82nm) ,其发光机理有待于进一步研究。

基于CMOS迁移率与阈值电压特性的温度传感器

针对射频识别(RFID)标签应用,采用SMIC.18 RF CMOS工艺设计了一种温度传感器。利用MOS管迁移率和阈值电压与温度的关系设计了延迟时间与温度相关的延迟单元,进而产生与温度相关的脉冲信号,并通过后续电路对脉冲采样计数,将温度信息转换成数字信号供RFID标签数字模块使用。仿真测试结果表明:当温度为-20～80℃时,温度传感器精度为1℃。标签模拟电路的总功耗电流为6μA。

半导体环形激光器的非线性分岔动力学研究

基于半导体环形激光器的电学双稳态行为的动力学模型,运用现代非线性动力学理论对其稳定性和分岔行为进行了分析和数值计算.结果表明,环形激光器中泵浦参数的变化可导致霍普夫分岔,产生极限环以至混沌等复杂的非线性运动.同时,计算了背散射参数变化对环形激光器工作分区的影响,计算表明在不同的工作区中环形激光器将呈现不同的非线性动力学行为包括分岔和混沌.从物理角度对引发这些复杂的非线性运动的原因进行了分析.结果和他人论文中的实验结果相一致.