谐振隧穿晶体管数字单片集成电路

阐述了谐振隧穿器件构成的与非门、单/双稳逻辑转换电路、或非门、流水线逻辑门、D触发器、静态存储器、多值逻辑和静态分频器等数字单片集成电路,它们具有高频高速、低功耗、多值逻辑、节点少、节省器件、简化电路等显著优势,将是数字集成电路后续小型化最有希望的代表。指出材料生长和芯片工艺制作等问题是其实现工业化生产的瓶颈。综述了国内外在该领域的研究现状和发展趋势,特别是美国已经有高水平的谐振隧穿晶体管数字单片电路问世,我国正在开展少量的研究工作。

大功率SiC MESFET内匹配技术及测试电路研究

采用管壳内匹配及外电路匹配相结合的方法,成功制作四胞合成大功率高增益SiCMESFET。优化了芯片装配形式,采用内匹配技术提高了器件输入、输出阻抗。优化了测试电路结构,成功消除了输入信号对栅极偏置电压的影响,提高了电路稳定性。四胞器件在脉宽为300μs、占空比为10%脉冲测试时,2 GHzVds=50 V脉冲输出功率为129 W(51.1 dBm),线性增益为13.0 dB,功率附加效率为31.4%。

220GHz GaAs单片集成分谐波混频器

基于在30μm厚的GaAs衬底上开发的平面肖特基二极管,设计了220 GHz GaAs单片集成分谐波混频器。考虑了二极管外形结构对电磁波传输的影响,采用场路结合联合仿真的经典方法建立二极管模型来仿真其电性能,并利用这一模型在非线性电路仿真软件中对混频器的性能进行仿真和优化。制作的220 GHz分谐波混频器模块在本振频率为110 GHz、输入功率为6 dBm的条件下进行测试。结果表明,在射频频率210~220 GHz内,混频器模块的单边带变频损耗小于11 dB,在220 GHz处具有最小变频损耗,为7.2 dB。

共振隧穿器件应用电路概述——共振隧穿器件讲座(2)

在“共振隧穿器件概述”的基础上,对共振隧穿器件应用电路作了全面概括的介绍。首先对共振隧穿器件应用电路的特点、分类和发展趋势作了简述;进一步对由RTDH/EMT构成的单-双稳转换逻辑单元(MOBILE)和以它为基础构成的RTD应用电路,包括柔性逻辑、静态随机存储(SRAM)、神经元、静态分频器等电路的结构、工作原理和逻辑功能等进行了介绍。关于RTD/HEMT构成的更为复杂的电路,如多值逻辑、AD转换器以及RTD光电集成电路等将在本讲座最后部分进行讲解。

0.1THz鳍线单平衡式基波混频电路研究

研究了一种基于石英基片的0.1THz频段的鳍线单平衡混频电路,混频电路的射频和本振信号分别从WR10标准波导端口通过波导单面鳍线微带过渡和波导微带探针过渡输入,中频信号通过本振中频双工器输出。这是一种新型的混频电路形式,与传统的W波段混频器相比,混频电路可以省略一个复杂的W波段滤波器,具有电路设计简单、安装方便的特点。该电路使用两只肖特基二极管通过倒装焊工艺粘结在厚度为75μm的石英基片上,石英基片相对传统基板,可以极大提高电路加工精度。在固定50MHz中频信号时,射频90~110GHz范围内,0.1THz混频器单边带变频损耗小于9dB。

RTD多值逻辑(MVL)电路

RTD具有双稳和自锁特性,用RTD构成电路可节省大量器件,这一优点在构建多值逻辑电路(MVL RTD)时显得尤为突出。在引用"遏止"概念的基础上介绍了几种典型的MVL RTD电路,包括多幅输入脉冲信号具有选幅功能的文字逻辑门、能提供三个不同电平输出的三态反相器、将一输入斜坡电压信号变成脉冲输出信号的折线量化器等电路;用"遏止"概念分析了异或门电路的工作原理。

RTD交流小信号等效电路模型——共振隧穿器件讲座(7)

RTD交流小信号等效电路模型是分析RTD交流特性的基础,也是用网络分析仪测量S参数,拟合提取交流参数和计算截止频率fR的依据。精确、合理的等效电路模型有助于深入理解RTD的工作原理,也对RTD器件和RTD集成电路的设计起重要的指导作用。介绍了四种常见而又重要的RTD交流小信号等效电路模型。

一种新的适用于数字电视地面传输国家标准的消除相位噪声的方法

正交频分复用(OFDM)易受相位噪声的干扰.本文介绍一种新的基于5点消除数字电视地面传输国家标准系统中相位噪声的方法,在相位噪声的频带比较窄的假设下,分析了它的简便性和实用性.仿真结果表明,基于TPS的五点消除相位噪声的方法在高斯白噪的信道下能提高1-3dB的信噪比,在有多径的情况下信噪比能提高1-4dB.本文还给出了该算法的具体实现方法.

GaAs HBT直接耦合微波单片集成电路

叙述了基于GaAsHBT的直接耦合级联形式,设计制造的几种微波单片集成电路，包括2.5Gb/s跨阻放大器、3GHz可级联放大器和10Gb/s跨阻放大器的设计、制造和测试结果。

CMOS宽带互导器及高Q值VHF选频电路

本文详细论述了一种可以有多输入的CMOS宽带互导（WBTC）电路，该电路具有线性，频率响应好的特点。利用该电路可以构成高Q值的VHF可调谐选频电路，文章中给出并详细分析了具体电路，最后是计算机仿真的结果。

FPGA芯片中边界扫描电路的设计实现

应用在FPGA芯片中的边界扫描电路侧重于电路板级测试,兼顾芯片功能测试,同时提供JTAG下载方式。FPGA芯片的规模越来越大,引脚数目越来越多,边界扫描单元也随之相应增加。在此情况下,边界扫描电路设计时为了避免移入错误数据,对时钟偏差提出了很高的要求。同时,由于扫描链包含大量的边界扫描单元,在板级测试时,大大降低了有效测试速率。针对这两个问题,提出了对边界扫描单元的改进方式,改进后的边界扫描电路不仅可实现测试、编程功能,而且大大提高了电路抗竞争能力,保证电路正常工作。改进后的电路使边界扫描寄存器链的长度可以改变,使有效测试速率提高了20倍左右。

改进的时间帧展开的时序电路等价验证算法

提出一种改进的基于时间帧展开的时序电路等价验证算法,其来源于模型检查中的基于数学归纳的验证算法,在使用并简化了SAT问题中不可满足子集提取过程后,将基本条件检查和归纳检查合并处理.为了能在时间帧展开过程中减少状态搜索空间,利用结构不动点技术并提出了准动态唯一状态约束等改进的方法.实验表明,随着时间帧的不断展开,文中算法运行时间的增长速度明显慢于基于数学归纳法的验证算法,其适合验证经过时序优化后的电路.

应用于FPGA芯片的边界扫描电路

针对在FPGA芯片中的应用特点,设计了一种边界扫描电路,应用于自行设计的FPGA新结构之中。该电路侧重于电路板级测试功能的实现,兼顾芯片功能的测试;同时,加入了器件编程功能。在电路设计中采用单触发器链寄存器技术,节省芯片面积。版图设计采用0.6μm标准CMOS工艺,并实际嵌入FPGA芯片中进行流片。该电路可实现测试、编程功能,并符合IEEE1149.1边界扫描标准的规定,测试结果达到设计要求。

一种基于状态转换图的时序电路等价验证算法

提出一种基于状态转换图的时序电路等价验证算法。此算法通过验证两时序电路的状态转换图是否同构,得到两电路是否等价的信息。若两状态转换图同构,则两图中的状态可一一匹配为等价状态对,算法将状态转换图存储为待验证等价状态对的形式,若所有待验证等价状态对均为等价,则两时序电路等价,反之,则不等价。此算法对ISCAS89测试电路进行验证,与基于BDD方法的SIS系统和基于时间帧展开算法相比,均有较好的结果。

330 GHz单片集成分谐波混频器

根据反向并联二极管的外围结构和材料构成,以四端口S参数包的形式建立了二极管结外围无源结构的三维电磁模型,与非线性仿真软件中的肖特基结模型结合起来建立太赫兹二极管对的完整模型,这样的处理方法提高了计算机仿真的准确性。分谐波混频电路制作在12μm厚度的砷化镓基片上,单片电路悬置安装在本振和射频中间剖开的减高波导腔体内。在本振5 mW功率注入时混频单片在330 GHz的频带范围内最小插损为10 dB。因为单片集成电路以四个梁式引线与波导外壁柔性连接,一端固定在波导壁上,混频单片电路能够释放腔体随温度变化而产生的机械应力。

基于肖特基二极管单片集成芯片的340 GHz收发链路

针对太赫兹通信及成像等系统对高集成度射频收发链路的需求,在自主研制的太赫兹肖特基二极管的基础上,建立了器件的精确模型,设计并制备出基于二极管的倍频/混频单片集成芯片,解决了传统二极管装配难度大、一致性差的难题,提高了器件的性能。成功研制出170 GHz、340 GHz倍频器和340 GHz混频器模块,并且开发出集成化的340 GHz发射与接收链路。发射端一体化模块实现了342 GHz功率为22 mW的输出,接收端一体化模块实现了330~350 GHz单边带变频损耗在10 dB上下。该模块的开发为未来太赫兹通信及成像技术的应用奠定基础。

砷化镓8Bit ADC电路的抗辐射设计和辐照试验研究

砷化镓模数转换器(ADC)具有良好的电性能和耐辐照能力,广泛应用于各种领域,尤其是航空航天领域.电路的抗辐射能力与设计和工艺密切相关,在前期对电路进行辐照试验基础上,针对电路设计和工艺制造进行大规模集成电路的抗辐射研究,改进电路的设计和工艺制造技术,提高电路的抗辐射能力.本文主要对该电路的设计、工艺研究和γ总剂量辐照试验进行描述,试验结果表明该模数转换器能够抗100K rad(Si)总剂量的辐照.

金刚石单晶中的位错及其对器件影响的研究进展

金刚石是超宽禁带半导体材料的代表之一,具有禁带宽度大、热导率高、载流子迁移率高、电子饱和漂移速度快、抗辐射性能好等优异性质,在功率器件、量子信息、辐射探测等高科技领域的应用越来越广泛。然而,与其他成熟的半导体材料如Si的零位错、SiC的螺位错(TSD)低于10^(2)cm^(-2)相比,金刚石单晶的位错密度处于10^(3)~10^(8)cm^(-2),这是其器件性能未能充分发挥的原因之一。研究位错机理和降低位错也是现阶段金刚石研究的热点之一。本文汇总分析了金刚石单晶中位错的主要类型和位错产生原因,重点讨论了金刚石位错的表征技术、位错密度降低方法以及位错的存在对不同器件性能的影响,最后总结了金刚石当前所面临的机遇和挑战,并展望了金刚石未来发展方向。

SiC MESFET工艺技术研究与器件研制

针对SiC衬底缺陷密度相对较高的问题,研究了消除或减弱其影响的工艺技术并进行了器件研制。通过优化刻蚀条件获得了粗糙度为2.07nm的刻蚀表面;牺牲氧化技术去除刻蚀带来的表面损伤层,湿氧加干氧的氧化方式生长的SiO2钝化膜既有足够的厚度又保证了致密性良好的界面,减小了表面态对栅特性和沟道区的影响,获得了理想因子为1.17,势垒高度为0.72eV的良好的肖特基特性;等平面工艺有效屏蔽了衬底缺陷对电极互连引线的影响,减小了反向截止漏电流,使器件在1mA下击穿电压达到了65V,40V下反向漏电流为20μA。为了提高器件成品率,避免或减小衬底缺陷深能级对沟道电流的影响,使用该工艺制备的小栅宽SiC MESFET具有195mA/mm的饱和电流密度,-15V的夹断电压。初步测试该器件有一定的微波特性,2GHz下测试其最大输出功率为30dBm,增益大于5dB。

蓝宝石衬底上化学气相沉积法生长石墨烯

化学气相沉积(CVD)法是制备大面积、高质量石墨烯材料的主要方法之一,但存在衬底转移和碳固溶等问题,本文选用蓝宝石衬底弥补了传统CVD法的不足。利用CVD法在蓝宝石衬底上生长石墨烯材料,研究生长温度对石墨烯表面形貌和晶体质量的影响。原子力显微镜(AFM)、光学显微镜(OM)、拉曼光谱和霍尔测试表明,低温生长有利于保持材料表面的平整度,高温生长有利于提高材料的晶体质量。研究氢气和碳源对蓝宝石衬底表面刻蚀作用机理,发现氢气对蓝宝石衬底有刻蚀作用,而单纯的碳源不能对衬底产生刻蚀效果。在1200℃下,直径为50 mm的晶圆级衬底上获得平整度和质量相对较好的石墨烯材料,室温下载流子迁移超过1000 cm^2?V^(-1)?s^(-1)。