基于微转印技术的金刚石上硅材料制备与表征

硅基电子器件在高温、高功率、射频领域应用时面临热管理的挑战。为解决其散热和射频损耗问题,采用微转印技术在常温常压下将单晶硅薄膜转移至金刚石衬底上,制备出新型集成电路材料——金刚石上硅(SOD)。实验结果表明,转移的单晶硅薄膜表面平整、无明显损伤,保持了其原有的完整性。透射电子显微镜的观察结果进一步显示,金刚石与硅之间的界面结合紧密,不存在纳米级间隙。界面热阻测试结果显示,SOD样品的有效界面热阻(R_(EI))为30.30m^(2)·K/GW,明显优于SOI样品的R_(EI)(376.78m^(2)·K/GW)。该研究验证了SOD材料在热管理方面的潜力,也为未来新型硅基器件的设计与应用提供了参考。

量子计算技术的产业变革与生态建构

如果把量子信息技术比作一架飞机,那么量子计算技术则是这架飞机的“发动机”,其重要性不言而喻。作为一种基于量子力学原理的计算方式,量子计算与传统的二进制计算有着本质差异。在因子分解、量子化学模拟、大规模数据分析等领域,量子计算机所拥有的超级计算能力能够解决传统计算机难以解决的问题,也为科学研究提供了新的手段和思路。全球各国的政府和企业已经开始投入大量资金和人力物力,推进量子计算机的研发和应用。但量子计算机的硬件和软件都需要长时间的研发和优化,当前我国量子计算机发展尚处于初级阶段,真正构建起一个成熟的量子计算机产业生态,需要国家政策、软硬件研究、行业应用开发、教育培训等多环节共同发力。

融入激光诊断的杯式燃烧器灭火实验教学设计

设计了融入先进激光诊断系统的杯式燃烧器灭火实验装置,创设了包含基础性和探究性的层次化实验教学内容,构建了分组协作和课堂研讨相结合的实验教学模式,让学生了解杯式燃烧器的结构特点,掌握利用杯式燃烧器测量气体灭火浓度值的原理和方法,并引导他们通过激光诊断技术进一步探究灭火机理。通过实验教学,加深学生对灭火基本理论的理解,激发他们的创新思维和团队精神,为其后续的科研工作打下基础。

侧栅晶体管太赫兹探测器的物理模型、结构制备与直流测试

针对侧栅结构高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistors,HEMTs)太赫兹探测器,构建了器件的直流输运和太赫兹探测的物理模型。运用自对准工艺,成功制备了形态良好、接触可靠的侧栅结构,有效地解决了器件双侧栅与台面间的接触问题,最终获得了不同栅宽(200 nm、800 nm和1400 nm)的侧栅GaN/AlGaN HEMT太赫兹探测器。通过直流测试表征发现,不同器件的栅宽与其阈值电压之间呈现出明显的线性关系,验证了侧栅结构HEMT太赫兹探测器的直流输运模型。上述结果为完整的侧栅HEMT太赫兹探测器的理论模型提供了实验验证和指导,为侧栅HEMT太赫兹探测器的发展提供了重要支持。

基于硅基过滤片的精子优选芯片设计与优化

利用半导体工艺技术构建了一种基于硅基过滤片的精子优选微流控芯片,具有高活力的精子会克服重力,在微孔的引导下游向精子收集池。分别在7,15,30,60 min对收集池中的精子取样,采用计算机辅助精子分析(CASA)系统进行精液常规检测、精子形态学和DNA碎片分析;对硅基过滤片的孔间距和筛选时间进行了优化。结果表明:6μm孔间距和15 min筛选时间为最佳的精子优选方案。所构建的基于硅基过滤片的精子优选芯片,可以有效优选出具有高活力且DNA完整性和形态正常率较高的精子。芯片精液吞吐量大,活动精子回收率较高,有一定的临床价值,同时提供了一种简单易操作的标准化精子优选流程。

“虚实交融、点面结合”的非电专业电路实验教学研究

电子线路课程内容多、系统性强,对于非电专业学生难度较大。与理论课相配套的电路实验,由于客观条件的限制,在时间上与理论课进度难以同步,且实验内容侧重于单个知识点的验证,综合性相对缺乏,难以充分发挥其对理论课程的支撑作用。基于Multisim设计了系列仿真实验,作为实体实验的补充,构建了“虚实交融、点面结合”的实验教学模式。实体实验立足章节纵向联系,聚焦“点上强化”,旨在加深学生对理论知识点的理解,训练学生的动手能力;仿真实验突出章节横向联系,强调“面上拓展”,着力挖掘实验内容的深度和广度,培养学生分析问题和解决问题的能力。通过实验教学改革与创新,有效激发学生学习的主动性和积极性,提升非电专业电路课程教学的质量和效果。

YOLO目标检测后处理算法的优化和硬件加速

YOLO目标检测网络系列因具有高精度低延时的特点而得到广泛运用,但如何加速其后处理仍未得到充分研究。利用YOLO计算特点,优化了后处理算法:(1)融合detect层和后处理计算过程,通过将置信度阈值判断移至detect层计算前,避免无效计算和通信;(2)结合模型量化,实现基于脉动阵列的后处理硬件加速。实验表明:YOLOv3、YOLOv5的detect层卷积计算量减少了87.3%~99.9%;加速硬件设计在Virtex Ultrascale+VCU112上实现,100 MHz时钟频率下,YOLOv3的detect层与后处理计算相较优化前加速比达到7.2~9.3,在3000选框中筛选5个最佳选框条件下延时1736μs。相比现有工作,本文的detect层与后处理计算速度提升了4.7~5.0倍,后处理所需FF资源仅为9.9%~10.5%。较后处理优化前,稀疏化的YOLOv3网络整体推理速度提升1.2%~1.3%。

三维体声波滤波器芯片电-力-热耦合建模与仿真

为了直接、高效地建模和分析实际复杂的三维(3D)体声波(BAW)滤波器结构电-力-热耦合效应,文章采用一种基于有限元方法的电-力-热耦合算法。首先,建模BAW滤波器的3D几何模型,设置几何结构内部的材料属性以及材料参数。其次,构建基于有限元(FEM)算法的固体力学和静电场耦合的电-力耦合算法。然后,在电-力耦合算法基础之上考虑BAW滤波器内部由于压电材料在工作过程中机械损耗产生的热耗散问题,建立直接求解的电-力-热耦合算法。该电-力-热耦合算法使用COMOSL软件内部的一种新型自主化的画网格技术。最终,得出一个工作带宽在2.27~2.44GHz,带内损耗在3dB以内,带外抑制在-20dB以下的BAW滤波器内部电-力-热耦合仿真结果。

基于45 nm SOI CMOS的56 Gbit/s PAM-4光接收机前端设计

在光接收电路设计中,光电二极管的寄生电容以及大的输入电阻会导致接收机带宽下降,造成严重的符号间干扰(Inter-Symbol Interference,ISI)。噪声性能是高速跨阻放大器(Transimpedance Amplifier,TIA)最重要的指标之一,跨阻值决定系统的噪声性能,同时也限制了数据速率。针对100G/400G互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)光接收机应用,基于45 nm绝缘衬底上的硅(Silicon-On-Insulator,SOI)工艺设计了一种采用四电平脉冲幅度调制(4-level Pulse Amplitude Modulation,PAM-4)、工作速率为56 Gbit/s(28 Gbaud/s)的低噪声光接收机前端放大器。小带宽TIA和用于带宽拓展的跨导/跨导(g_(m)/g_(m))放大器组成两级接收前端,在改善噪声性能的同时有效提高了带宽。采用反相器结构来增大先进CMOS工艺下的跨导和改善线性度。可变增益放大器(Variable Gain Amplifier,VGA)采用折叠Gilbert结构设计,采用并联峰化电感来提高带宽。整体电路的增益动态范围为51.6~70.6 dB,-3 dB带宽达到20.1 GHz;等效输入噪声电流密度为17.3 pA=Hz^(12);电路采用GF 45 nm SOI CMOS工艺实现,在1.1 V和1.3 V电源电压下功耗为65 mW;版图核心面积为600μm*240μm。

基于数据局部相似性的卷积神经网络加速器

为提高卷积神经网络的处理速度,使用零梯度近似处理的卷积方法(梯度卷积)来提高数据的复用率,减少计算量。以卷积核为单位对数据进行梯度计算,针对不同网络的不同层次采用灵活的梯度阈值计算策略,以合理复用相邻窗口的卷积结果。将其中关键的梯度处理模块和卷积计算部分在现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)上进行实现,与脉动阵列相结合以提高资源利用率,并针对负载不均衡的问题设计出适合梯度卷积的数据流。基于YOLOv3模型和Pascal VOC数据集的目标检测实验中,在付出较小精度损失的前提下,软件端减少约23.2%的计算量,结合硬件加速比约为17.8%。

从CTFT公式出发推导周期序列的DTFT

基本的傅里叶变换有四种,学生在学习和使用过程中在连续和离散之间感觉有一些隔离而不容易将二者融会贯通起来,而是机械地记忆。在频域引入冲激函数后,周期信号/序列也有傅里叶变换,以便于将傅里叶分析方法应用到调制和采样等问题中,这体现了傅里叶变换统一的重要性。借助四种基本变换讨论了在连续和离散之间傅里叶变换的统一性;将连续时间和离散时间傅里叶分析联系起来,提出了一个统一傅里叶变换的方法,以达到更好的教学效果。

一种基于图像处理的一维条码快速定位技术

基于数字图像处理技术实现一维条形码的快速定位。对输入的灰度图进行边缘检测和二值化等图像处理,通过数学形态学处理得到条形码候选区域,并利用梯度特征提取候选区域的边缘线;最后利用条形码条空的平行性对边缘线区域进行筛选,定位条形码区域。本文算法在WWU Muenster和ArTe-Lab条码图片数据集上进行测试,实验表明,本算法比现有的算法更快,因此,更适合部署在实时应用上。

一种用于Flash的新型电荷泵调节技术

在Flash、带电可擦可编程只读存储器(EEROM)等存储器中,电荷泵电路是用于提供编程、擦除和读取高压的重要模块。电荷泵调节电路用于输出稳定的电压和电流。文章提出了一种新型Flash电荷泵调节电路,以解决传统电路在轻负载时纹波过大而难以适用多位Flash的问题。其电路结构特征是对传统频率调节电路增加了时钟幅度调节模块,使得在电流轻载时电荷泵在较小的时钟幅度下工作,而在电流重载时切换到最大时钟幅度,并且通过锁存控制电路避免临界负载时的时钟幅度反复改变。基于XMC 65nm浮栅工艺的Cadence Spectre仿真表明,该电荷泵调节技术能够在轻载和重载两个状态下都保持40mV的纹波电压,有效减少了轻载情况下Flash电荷泵输出纹波。

面向化学专业新生的计算机程序设计实验教学模式

设计了与化学专业紧密结合的实验教学模式。以化学问题解决为导向,编制融入化学背景的程序设计实验案例,构建丰富多样的实验教学形式,多方位展现程序设计在化学学科中的重要应用。从而激发化学专业新生对程序设计的学习兴趣,培养他们的创新思维和利用计算机程序设计解决专业问题的能力,为他们的后续学习打下良好基础。

柔性集成化微针生物传感器研究

人体内葡萄糖和酒精浓度对人体健康起到重要的影响,针对上述两个问题,开发了一种新型的柔性集成式微针传感器。聚酰亚胺(PI)固化后的柔性微针薄膜可很好地贴合人体皮肤表面,同时将四电极整合为一个系统,使得传感器集成化、微型化、简易便携,且更易应用于人体,而微针阵列可实现穿透人体皮肤角质层监测,并且增大了传感器的传感表面积。本文利用该传感器成功地监测了类人体汗液和类组织液内葡萄糖和酒精浓度变化,同时进行了仿人体透皮穿透实验,使该传感器的检测效果得到初步验证,证明其在人体监测中的现实可行性。

相控阵芯片幅相自校准算法及电路实现

为了改善波束成形质量,基于相控阵芯片幅度和相位校准系统,提出了一种校准算法。在计算出每个状态的误差后,只需要遍历一次所有相控阵芯片的状态,就可以筛选出目标状态,生成查找表。筛选时,对每个状态的幅度误差、相位误差和使用CORDIC计算出的所有目标状态的RMS误差进行约束,可以使相控阵芯片实现误差(RMS)小于2°的6位移相(360°)和误差(RMS)小于0.3 dB的6位衰减(32 dB)。与穷举搜索和逐次逼近的方式相比,提出的校准算法节省了LUT的生成时间。根据此算法,使用65 nm CMOS工艺设计了一个自校准芯片,面积为584613.16μm^(2)。

基于微机电系统(MEMS)的磁通门传感器研究进展

磁通门传感器是由电磁感应效应衍生出来的一类主动式感应变压器,能够感应到外界微弱的直流或低频磁场,因为它在噪声、温度稳定性、磁场分辨率和灵敏度方面的优势,被广泛应用在了定位跟踪、航空航天、地磁探测和电流检测等领域。但现在,各类设备都朝着小型化发展,对磁通门质量、体积、功耗、集成度有了更高的要求,所以磁通门传感器的微型化研究十分必要。微机电(Micro-electro-mechanical System,MEMS)加工为此提供了技术基础。简要分析了磁通门传感器的基本原理,阐述了微型磁通门传感器工艺技术的发展历史,包括微加工技术、PCB技术和MEMS技术。重点总结了MEMS磁通门结构工艺的发展历程以及MEMS正交磁通门发展状况。介绍了MEMS磁通门在相应场合的应用优势与发展状况,并展望了此领域未来的研究重点。

一种晶态相变电阻补偿的带隙基准电压源的设计

阐述一种基于晶态相变电阻补偿的带隙基准电压源设计,该设计使用Verilog-A建立晶态相变电阻模型,利用其负温度系数特性作为补偿降低基准电压的温漂系数,并加入PSRR提升电路,优化了基准电路的电源抑制比。设计采用SMIC 40nm CMOS工艺模型仿真,结果表明,当电源电压在2.5~5V范围内变化时,基准电压变化仅为65.5μV;工作电压为3.3V,温度范围为-40~85℃时,基准电压的温度系数为4.93ppm/℃;在温度为27℃时,工作电流为9.4μA;低频下电源抑制比为-97dB。

MOCVD同质外延生长的单晶β-Ga_(2)O_(3)薄膜研究

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术,在(010)Fe掺Ga_(2)O_(3)半绝缘衬底上进行同质外延生长Ga_(2)O_(3)薄膜,系统性地研究了生长温度(880℃/830℃/780℃/730℃)和生长压强(80/60/40/20 Torr)对外延薄膜表面形貌、晶体质量以及电学特性等的影响。结果表明随着生长温度和压强的增加:薄膜生长速率分别呈现出略微增加和大幅下降的趋势;薄膜表面阶梯束(step bunching)的生长方式逐渐增强,并且呈现出沿着[001]晶向生长的柱状晶粒;高分辨X射线衍射(XRD)扫描显示薄膜均只在(020)面存在衍射峰,表明生长的薄膜为纯β相单晶薄膜,且半高宽可达到45.7 arcsec;霍尔测试表明780℃和60 Torr的生长条件下薄膜的室温电子迁移率最高。本文为基于MOCVD的Ga_(2)O_(3)同质外延生长提供了系统的参数指导,为高质量Ga_(2)O_(3)薄膜的制备奠定了基础。

闪速微量热芯片的研制

鉴于高分子结晶动力学研究过程中为抑制结构重组和结晶成核需要超快升降温测试,提出一种基于超薄氧化硅(SiO2)—氮化硅(Si3N4)复合膜的闪速微量热芯片。采用微机电系统(MEMS)技术,以铂(Pt)作为加热丝和测温电阻,采用背面硅干法刻蚀技术加工获得超薄悬空结构,完成闪速微量热芯片的加工,并对芯片热响应特性进行了表征测试。结果显示:闪速微量热芯片升降温响应时间在微秒(μs)量级,升温速率达到7.8×10^(7)K/s,并检测到热分析标准物质铟(In)的熔融特征点。