双埋氧绝缘体上硅SRAM铀离子单粒子效应研究

随着集成电路技术的进步,提高电路的单粒子翻转(single event upset,SEU)阈值变得愈发困难。双埋氧层绝缘体上硅(double silicon-on-insulator,DSOI)技术为单粒子加固技术提供了新方法。利用哈尔滨工业大学空间地面模拟装置(space environment simulation and research infrastructure,SESRI)产生的铀离子对中国科学院微电子研究所研制的DSOI静态随机存取存储器(static random access memory,SRAM)开展了SEU效应研究。铀离子是目前可获得的线性能量传递(linear energy transfer,LET)最高的重离子。2种不同SEU加固能力的DSOI 4 kbit SRAM试验结果显示,通过对NMOS和PMOS的背栅实施独立偏压控制,可实现DSOI SRAM电路抗SEU能力的宽范围调制。最优条件下,使用LET为118 MeV·cm ^(2)·mg^(-1)的铀离子,累积注量为1×10^(7) cm^(-2)时,被测器件无SEU发生。

声学四极子拓扑绝缘体中的反常手征边界态

基于量子系统的物理概念在经典的声波体系中构造拓扑态是声学研究最前沿的方向之一。然而对于四极子拓扑绝缘体这一物理模型,已有的研究结果往往只关注能量局域在角上的角模式,而忽略了沿边界传输的边界态。该研究利用超材料单元在声波体系中实现了四极子拓扑绝缘体,通过分析构造的声人工周期单元的拓扑性质,沿特定的路径切割声学超材料晶体实现了反常手征边界态,并进一步构建了一系列支持边界态传输的声学器件。利用有限元仿真软件计算的结果表明该手征边界态在空间上有较好的局域性,对于尖锐的转角和几何缺陷亦具有免疫性。该研究提出的反常手征边界态及相关的输运器件有望应用于空间声场操纵、声学通信、减振降噪等领域。

均匀磁场下二维拓扑绝缘体边缘态的多重Andreev反射研究

研究均匀磁场下的二维拓扑绝缘体在超导隧道结中的电压偏置约瑟夫森结的输运性质,电流-电压特性显示了马约拉纳束缚态的存在。在亚谐隙结构中,也可以观察到磁场对超导能隙的影响。研究结果表明,在S波超导体/正常金属/S波超导结的隧道谱中存在亚谐隙结构。透明度只影响超导结的零偏压电导值的大小,而不影响亚谐隙结构的位置。但是在磁场作用下,亚谐隙结构会发生变化,不再固定出现在特定位置。这一结果对应于拓扑螺旋态中超导和铁磁序之间的相互作用。

基于扩散模型的高阶拓扑绝缘体实时设计

作为一种全新的波控工具,高阶拓扑绝缘体可以将能量鲁棒高效地局域化在低维空间,且对缺陷不敏感.在光子和声子系统中,高阶拓扑绝缘体的快速设计仍然是一项挑战.采用移动可变形孔洞法显式描述C4v对称的单胞构型,并结合能带理论和对称指标刻画其性能(拓扑性质和非平凡带隙宽度).在此基础上,构建了包含几何参数、无量纲化带隙宽度与拓扑性质指标的高阶拓扑绝缘体数据集,并提出了一种基于去噪扩散概率模型(denoising diffusion probabilistic model,DDPM)的实时设计框架.相比采用其他生成式模型的设计框架,DDPM有效避免了训练不稳定和生成保真度低等问题.该框架可以精准且快速地按目标需求或最大化带隙宽度逆向设计力学高阶拓扑绝缘体,在单机上生成所需设计的平均相对误差在3.5%以内,平均耗时仅需0.01 s,相比传统逆向设计方法效率提升6~7个数量级.通过使用Wasserstein距离度量逆向设计样本的多样性,该框架相较基于深度学习代理模型的优化设计结果,表现出更高的生成结果多样性.此外,所得设计具有显式描述的几何信息,可以直接与CAD/CAE软件结合,避免了隐式描述算法中的后处理步骤.这种基于DDPM的实时设计框架可扩展应用于多物理场拓扑材料和其他类型超材料的逆向设计,并为构建声子和光子拓扑材料的数据库提供了基础.

三维拓扑绝缘体超材料光电效应仿真

提出了一种基于三维拓扑绝缘体Bi_(1.5)Sb_(0.5)Te_(1.8)Se_(1.2)的周期性方环阵列超材料结构。仿真结果表明超材料结构的表面等离子体共振强度随阵列周期和方环内环尺寸的减小而增大,其中,当周期为300 nm或尺寸为25 nm时,可以限制80%的电磁波在表面态上。此外,通过仿真正、斜圆偏振光入射下超材料和非超材料结构的表面电场随偏振态的变化关系,得到了两种结构正、斜入射下的圆二色性;结果表明,超材料结构圆二色性数值为0.92,远大于非超材料结构,并且该超材料结构的圆偏振分量在总偏振光电流分量的占比有显著提升,这是因为有更多的自旋电子被圆偏振光从拓扑表面态激发到体导带上。

22nm全耗尽型绝缘体上硅器件单粒子瞬态效应的敏感区域

基于3D-TCAD模拟,研究了22 nm全耗尽型绝缘体上硅(fully depleted silicon-on-insulator,FDSOI)器件单粒子瞬态(single-event transient,SET)效应的敏感性区域。对比了使用单管和使用反相器来研究器件SET敏感性区域的方法,从而分析实际电路中重离子轰击位置对22 nm FDSOI器件SET敏感性的影响,并从电荷收集机制的角度进行了解释。深入分析发现寄生双极放大效应对重粒子轰击位置敏感是造成器件不同区域SET敏感性不同的原因。而单管漏极接恒压源造成漏极敏感性增强是导致单管与反相器中器件SET敏感区域不同的原因。修正了FDSOI工艺下器件SET敏感性区域的研究方法,与单管相比,采用反相器进行仿真,结果更符合实际情况,这将为器件SET加固提供理论指导。

绝缘体上硅功率半导体单芯片集成技术分析

绝缘体上硅功率半导体单芯片集成技术是目前制作芯片的主要技术之一,使用该项技术生产的芯片体积小、损耗低,虽然技术难度高,但是在单封装形式下,智能功率大幅提升。通过对半导体单芯片的介绍,分析绝缘体上硅功率半导体单芯片集成工艺模式及集成工艺平台,并利用发射极、漂移区、集电极优化技术,通过检测半导体单芯片的可靠性、稳定性以及灵敏度,测试绝缘体上硅功率半导体单芯片集成技术的应用效果。

声学四极子拓扑绝缘体中的位错态

四极子拓扑绝缘体是人们提出的第一类高阶拓扑绝缘体,它具有量子化的四极矩而偶极矩为零.四极子拓扑绝缘体拓宽了传统的体-边对应关系,从而观察到了更低维度的拓扑边界态.最近,由局域在位错附近的拓扑缺陷态主导的体-位错对应关系引起了许多研究者的关注,其将晶格倒易空间的拓扑结构与位错态的出现联系起来.本文研究了声学四极子拓扑绝缘体中的位错态.在具有非平庸相的声学四极子拓扑绝缘体中嵌入部分具有平庸相的晶格,此时在由两种具有不同拓扑相晶格形成边界的角落处就会产生可以用1/2量化分数电荷表征的位错态.通过在系统内部引入缺陷,验证了此拓扑位错态的鲁棒性.此外,还证明了通过运用不同嵌入晶格的方式可以随意设计位错态的位置.本工作中研究的拓扑位错态拓宽了人工结构中高阶拓扑物态的种类,并为高阶拓扑绝缘体在声学中的应用(如声传感和高性能能量收集)提供了新的思路.

基于绝缘体上钛酸钡的2μm波段慢波高速电光调制器

电光调制器是光通信链路的重要组成部分。随着近红外波段光通信频谱的不断消耗,2μm中红外波段成为拓宽光纤通信频谱的新选择。文章提出了一种2μm波长的基于绝缘体上钛酸钡平台的中红外电光调制器。对钛酸钡脊波导和慢波电极进行了理论分析和结构优化。仿真结果表明,在2μm波长处,当调制长度为5 mm时,所设计的电光调制器拥有较高的调制效率并且实现了较大的电光带宽,其半波电压长度积(V_(π)·L)为0.677 V·cm,3 dB电光带宽为229.6 GHz。

(Y_(2-x)Pb_(x))Ru_(2)O_(7)中金属-绝缘体转变调控研究

烧绿石结构的Y 2 Ru_(2)O_(7)表现为反铁磁Mott绝缘体基态,而具有相同结构的Pb_(2)Ru_(2)O_(6.5)则呈现顺磁金属基态。为深入理解此差异,本研究采用固相反应法合成(Y_(2-x)Pb_(x))Ru_(2)O_(7)系列多晶材料,并系统研究了Pb^(2+)掺杂浓度x对其晶体结构和电阻率、磁化率等物理性质的影响。结果表明,(Y_(2-x)Pb_(x))Ru_(2)O_(7)(0≤x≤2.0)材料在x=0.5时经历了金属-绝缘体转变。通过与类似结构的烧绿石氧化物对比后发现,Pb^(2+)替代Y^(3+)不仅引入了额外的载流子,其6s^(2)存在的孤对电子还可能增强费米面附近的态密度,这两个因素的综合作用可能是其出现金属-绝缘体转变的原因。该类4d/5d烧绿石氧化物为研究受到强烈几何挫折的关联电子奇异物性提供了关键的材料平台。

火花塞绝缘体点击穿成因及抗电检测方法探讨

文章介绍火花塞绝缘体点击穿的故障模式、失效后果以及造成点击穿的成因,并提供几种火花塞成品抗电检测方法,还对不同的抗电方法的优劣势和可靠性进行探讨,得出更加适用新一代增压发动机用火花塞的抗电检测方案以及检测电压设置的原则,以便能提高火花塞抗电检测的可靠性,降低车辆短里程行驶后发生火花塞绝缘体点击穿的故障率。

PEEK绝缘体微小深孔加工技术改进

PEEK聚醚醚酮是一种特种工程塑料,具有难加工的特点,严重影响装配使用。通过对比测试后选用了京瓷SGS系列涂层钻头进行加工,有效保证钻头强度且螺旋槽容屑较好的效果,为PEEK微小深孔的顺利加工奠定了良好的基础。

低维拓扑绝缘体的凝聚态之美

低维拓扑绝缘体是凝聚态物理在半导体功率器件和固体材料上的研究方向,物理学家结合凝聚态物理和拓扑学的理论,对于低维度的碲化汞(HgTe)等拓扑绝缘体的固体结构和电子自旋性质进行了探索和研究.量子自旋霍尔效应和拓扑量子双重态是低维拓扑绝缘体的两个关键性质,对于拓扑绝缘体的物质组态和能带结构的预言和发现具有重要作用,并使用强场物理的手段进行了实验的证明.低维拓扑绝缘体是凝聚态物理的前沿理论和材料应用,同时融合了数论拓扑学的理论,具有低维度的凝聚态之美.

磁性拓扑绝缘体中的量子输运现象

磁性拓扑绝缘体是过去十年里凝聚态物理学领域的一个重要研究方向,其拓扑非平庸能带结构与自旋、轨道、电荷、维度等自由度之间的相互作用可以产生丰富的拓扑量子物态和拓扑相变现象.对磁性拓扑绝缘体输运性质的研究是探索其新奇物性的重要手段,对于深入理解拓扑量子物态以及开发新型低功耗电子学器件具有重要意义.本文回顾了近年来磁性拓扑绝缘体输运实验方面的重要研究进展,包括磁性掺杂拓扑绝缘体中的量子反常霍尔效应和拓扑量子相变现象、本征反铁磁拓扑绝缘体MnBi_(2)Te_(4)中的量子反常霍尔相、轴子绝缘体相和陈绝缘体相,以及在脉冲强磁场下陈绝缘体演化出的螺旋式拓扑物态.最后,本文对未来磁性拓扑绝缘体研究的方向和该体系中尚未充分理解的输运现象进行了分析和展望.

Floquet拓扑光子绝缘体研究进展(特邀)

拓扑光子学是光学领域一个重要的新兴研究方向,它的奇异光学响应特性颠覆了人们对光传播的理解,为人工操控光的传播提供了一种全新方法。Floquet拓扑光子绝缘体是拓扑光子学的一个重要分支,它利用周期性的驱动来探索物质的相变过程,发现了很多违反直觉的新奇物理现象。本文综述了近十年来Floquet拓扑光子绝缘体的主要研究进展。根据实现方式将其分为基于时间调制、基于空间调制、基于耦合谐振调制的三个大类进行详细论述。对于每一类Floquet拓扑光子绝缘体,从基础理论和物理实现平台两个方面论述了Floquet拓扑光子绝缘体的独特光学特性和奇异物理现象,并讨论了其潜在的应用前景。最后,总结了该领域当前面临的主要挑战,并对Floquet拓扑光子绝缘体的未来研究方向进行了展望。

瞬态条件下电磁轨道发射装置绝缘体热损伤分析

电磁轨道发射装置绝缘体在瞬态发射条件下易出现热损伤而影响其支撑强度和绝缘性能。为分析电枢膛内运动以及炮口电弧回流两个阶段绝缘体的热损伤情况,该文建立了三维瞬态电-磁-热耦合模型以及考虑G10绝缘体细观结构的流-固-热耦合模型。结果显示:电枢膛内运动阶段,绝缘体最高温度始终出现在电枢起始位置附近,接近最高允许工作温度;炮口电弧回流阶段,回流电弧对绝缘体纱线的影响很小,仅口部1.3 mm范围内的纱线形成“倒角”状热损伤,但对绝缘体内表面电弧流经区域的树脂造成了大范围热分解,树脂的热分解损伤占主导地位,并得到了试验验证。导轨冷却系统设计可以避免绝缘体支撑强度下降,采用炮口消弧装置以及提高树脂的抗热侵蚀能力有助于避免绝缘失效。

基于HfO_(2)插层的Ga_(2)O_(3)基金属-绝缘体-半导体结构日盲紫外光电探测器

作为一种新兴的超宽带隙半导体, Ga_(2)O_(3)在开发高性能的日盲紫外光电探测器方面具有独特的优势.金属-半导体-金属结构因其制备方法简单、集光面积大等优点在Ga_(2)O_(3)日盲紫外光电探测器中得到了广泛的应用.本文在传统的金属-半导体-金属结构Ga_(2)O_(3)日盲紫外光电探测器的基础上,利用原子层沉积技术引入高介电性和绝缘性的氧化铪(HfO_(2))作为绝缘层和钝化层,制备出带有HfO_(2)插层的金属-绝缘体-半导体结构的Ga_(2)O_(3)日盲紫外光电探测器,显著降低了暗电流,提升了光暗电流比,同时提高了器件的比探测率和响应速度,为未来Ga_(2)O_(3)在高性能弱光探测器件制备提供了一种新通用策略.

绝缘体上硅功率半导体单芯片集成技术

利用单芯片集成技术制造的智能功率芯片具有体积小、寄生小、损耗低等方面的优势,其技术难度远高于传统的多芯片、单封装形式的智能功率模块.本文首先介绍了单片智能功率芯片的架构与技术需求;然后,探讨了绝缘体上硅功率半导体单芯片集成的工艺流程和器件类型;接着,总结了高压横向IGBT器件技术、续流二极管器件技术、LDMOS器件技术的特征和效果;此外,还讨论了单片智能功率芯片的相关可靠性问题,包括高压互连线效应和低温雪崩不稳定.本课题组在功率半导体集成型器件的电流能力、关断速度、短路承受能力、反向恢复峰值电流、安全工作区、高压互连线屏蔽、低温可靠性等关键特性优化或可靠性提升方面进行了自主创新,构建了基于绝缘体上硅的功率半导体单芯片集成技术,并成功研制了单片智能功率芯片.

基于拓扑绝缘体异质结的宽带太赫兹探测器

二维材料中的新量子态对凝聚态物理和现代光电器件的发展具有重要意义。然而具有宽带、室温和快速响应能力的太赫兹光电探测技术,由于缺乏暗电流和光吸收之间的最佳平衡,仍然面临着巨大的挑战。在这项研究中,作者合成了新型拓扑绝缘体材料GeBi_(4)Te_(7),并搭建了其与Bi_(2)Te_(3)的范德华异质结,以实现高灵敏度的太赫兹光电探测器。在平面金属-材料-金属结构中实现了在室温下将低光子能量太赫兹波段直接转化为光电流。结果表明,基于Bi_(2)Te_(3)-GeBi_(4)Te_(7)的太赫兹光电探测器能够实现0.02~0.54 THz的宽谱探测,且具有很高的光响应率(在0.112、0.27、0.5 THz下分别为592 V·W^(-1)、203 V·W^(-1)、40 V·W^(-1)),响应时间小于6μs。值得注意的是,它被用于高频太赫兹的成像应用演示。这些结果为Bi_(2)Te_(3)-GeBi_(4)Te_(7)拓扑绝缘体异质结材料的低能量光电应用开辟了可行性途径。

空腔嵌入绝缘体上硅衬底制备技术

空腔嵌入绝缘体上硅(void embedded silicon on insulator,VESOI)衬底是一种面向新型互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)器件及集成技术的新型SOI衬底材料.当采用离子剥离技术制备该衬底时,由氢气形成的板状气泡会聚集在衬底剥离界面,对空腔结构产生挤压作用,并有可能造成空腔结构的破损,因而有必要对VESOI衬底制备过程中的应力机制和工艺稳定性进行深入研究.本文以单个矩形空腔结构为研究对象,借助固支梁理论分析了其在工艺制备过程中的力学状态,并利用有限元工具构建了其三维几何模型.通过应力仿真,找到了该空腔结构的破裂失效原因,并确认了其脆弱位点.结果表明,矩形空腔结构短边长度w、顶硅薄膜厚度t以及氢气泡压力是影响顶硅薄膜应力状态的主要因素.当w/t值超过4—5时,硅薄膜将因应力过大而破裂,破裂位点分布于空腔结构长边方向.通过优化顶层硅厚度t,以及内嵌空腔结构、尺寸,本工作成功制备了符合CMOS产线要求的高质量8 in(1 in=2.54 cm)VESOI衬底.该工作对基于VESOI衬底的集成技术具有较好参考价值.