新型范德华绝缘体封装的MoS_(2)晶体管性能研究

以MoS_(2)为代表的二维半导体材料是下一代延续摩尔定律的潜在电子学新材料之一。然而,二维特性使得MoS_(2)中电子的输运行为对环境条件高度敏感。采用范德华绝缘体材料进行封装包覆,是目前消除二维半导体器件环境敏感性的有效方案之一。文章采用化学气相传输法制备新型范德华绝缘体材料CrOCl,并以少层CrOCl为介电层和封装材料,设计并制备了基于MoS_(2)的场效应晶体管。以CrOCl为底栅介电层及封装材料的MoS_(2)晶体管的室温场效应迁移率约为60 cm^(2)·V^(-1)·s^(-1),2 K下进一步增大至100 cm^(2)·V^(-1)·s^(-1)。此外,相比于无封装MoS_(2)晶体管高达20 V的回滞窗口,CrOCl的包覆有效消除了晶体管转移特性的回滞现象,证明其在二维材料电子学中的应用潜力。

大摆幅输出的高速线性行波驱动器

基于0.13μm SiGe BiCMOS工艺设计了高速线性行波马赫-曾德尔调制器(Mach-Zehnder Modulators,MZM)驱动器。驱动器主要由三个部分组成,分别是输入级、输出级和直流消除(Direct Current Offset Compensation,DCOC)。输入级在差分对的发射极引入可变电容和可变电阻来实现增益可调的功能,在输出节点采用了并联电感峰化技术来提高带宽;输出级中采用了击穿电压倍增技术来获得大摆幅输出电压,以及采用了并联电感峰化技术来提高带宽;DCOC通过在行波MZM驱动器的输出和输入之间建立反馈以消除直流失调,并且采用了一阶低通滤波器以保证环路稳定。仿真结果显示,驱动器的增益可以在较大的范围内可调,DCOC环路的相位裕度高达82°,最高工作速率为100 Gb/s,输出Vpp约为4 V,可以很好地驱动行波MZM。

调制度对可见光通信系统性能的影响

针对速率为100 Mbit/s、偏置电流为0.15 A的使用开关键控调制的可见光通信系统,通过软件仿真和实验验证相结合的方法,研究了调制度对通信系统性能以及照明效果的影响。结果表明,随着调制度的增大,误码率减小,且距离越短,误码率对调制度的变化越敏感。当速率为100 Mbit/s、距离为12.0 m时,在1 W荧光型发光二极管的可见光通信系统中,调制度最小为0.1就可以满足前向纠错误码率门限要求。如果对通信系统的可靠性要求较高,调制度应在0.1和误码率为0所对应的调制度之间选择,且调制度的大小不会对照明效果产生影响。

超低照度下的可见光物联网终端设计

针对物联网的广覆盖、多连接的应用需求,研究了超低照度下的可见光通信技术。采用LED照明灯发送红外协议格式的可见光信号时,调制深度小于0.625%时人眼觉察不到闪烁。参考朗伯光源辐射模型,模拟了一个30 m×2.1 m×2.6 m的室内可见光通信场景,仿真结果表明调制深度为0.46%时使用20×12阵列的9.7 W LED照明灯作为发射装置,其有效光信号覆盖范围可达616 m^2。在实验室搭建了可见光智能家居系统,测试遥控机器人对该信号响应准确率为100%时的最远距离,实验测试结果为14.3 m,与仿真运算结果14 m间相对误差约为2%。

看得见的无线通信技术——可见光通信

可见光通信作为新一代信息技术,除了为移动通信拓展频谱资源外,还具备高速、大容量、安全、节能的技术特点。现有射频通信的5G、6G技术方案能耗很高,而照明、显示用的LED已经无处不在,所以可见光通信将来可用于实现普适的万物光互连。商用照明的荧光型LED器件的带宽有限,通过均衡技术已经把可见光通信系统的3 d B带宽拓展到了600 MHz,单路二进制开关键控实时通信速率达到了1.39 Gbps。如果采用高阶调制和波分复用技术,多色LED光源的非实时通信总速率已经超过15 Gbps。灯光上网、灯光定位和智能家居系统等创新应用证明了可见光通信与照明或显示融合不是梦,预示看得见的光无线通信将引起更大的技术变革。