高分辨紫外电子轰击互补金属氧化物半导体器件的实验研究

基于真空紫外光电阴极和背照式互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器研制了紫外光响应的电子轰击CMOS(EBCMOS)器件,实现了EBCMOS器件在40 mlx光照度环境下的高分辨探测,电子图像灰度随电子能量的变化呈现出极好的线性关系.对器件成像分辨率测试的结果表明,在电场强度为5000 V/mm时,器件的空间分辨率可以达到25 lp/mm,与国际相关报道水平相当.研制的EBCMOS器件可直接在紫外弱光探测领域应用,如天文观察、高能物理、遥感测绘等,同时也可为下一步研制可见光和近红外敏感的EBCMOS器件提供参考.

基于4晶体管像素结构的互补金属氧化物半导体图像传感器总剂量辐射效应研究

对基于4晶体管像素结构互补金属氧化物半导体图像传感器的电离总剂量效应进行了研究,着重分析了器件的满阱容量和暗电流随总剂量退化的物理机理.实验的总剂量为200 krad(Si),测试点分别为30 krad(Si),100 krad(Si),150 krad(Si)和200 krad(Si),剂量率为50 rad(Si)/s.实验结果发现随着辐照总剂量的增加,器件的满阱容量下降并且暗电流显著增加.其中辐照使得传输门沟道掺杂分布发生改变是满阱容量下降的主要原因,而暗电流退化则主要来自于浅槽隔离界面缺陷产生电流和传输门-光电二极管交叠区产生电流.实验还表明样品器件的转换增益在辐照前后未发生明显变化,并且与3晶体管像素结构不同,4晶体管像素结构的互补金属氧化物半导体图像传感器没有显著的总剂量辐照偏置效应.

基于互补金属氧化物半导体的高精度地沟油检测计

利用地沟油与正常食用油的导电率不同导致单位体积电阻不同,提出一种基于互补金属氧化物半导体工艺(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)的线性检测模块。由于使用直接选择与短接到地的方法实现电阻串分压,使得分压线性度更高。在脉冲计数的作用下,电阻分压通过与参考电压相比较可以得到不同的高电平数,不仅可以区分地沟油与正常食用油,还可以得出正常油掺入地沟油的质量分数。在检测计核心电路设计方面,由于采用CMOS工艺设计,所以可以实现低面积和低功耗的检测。

用全耗尽绝缘硅互补型金属氧化物半导体集成技术实现一种激光测距电路

在对薄膜全耗尽绝缘硅互补型金属氧化物半导体 (SOICMOS)结构进行模拟和测试基础上 ,采用薄膜全耗尽绝缘硅 (SOI)结构 ,并在工艺中利用优质栅氧化、Ti硅化物、轻掺杂漏 (LDD)结构等关键技术实现了一种高速低功耗SOICMOS激光测距集成电路。测试结果表明 :1.2 μm器件 10 1级环振单门延迟为 2 5 2 ps ,总延迟为 5 4.2ns .电路静态功耗约为 3mW ,动态功耗为

太赫兹互补金属氧化物半导体场效应管探测器理论模型中扩散效应研究

针对基于经典动力学理论传统模型中忽略扩散效应的问题,通过对基于玻尔兹曼理论的场效应管传输线模型的理论分析,建立了包含扩散效应的太赫兹互补金属氧化物半导体(CMOS)场效应管探测器理论模型,研究扩散效应对场效应管电导及响应度的影响.同时,将此模型与忽略了扩散效应的传统模型进行了对比仿真模拟,给出了两种模型下的电流响应度随温度及频率变化的差别.依据仿真结果,并结合3σ原则明确了场效应管传输线模型中扩散部分省略的依据和条件.研究结果表明:扩散部分引起的响应度差异大小主要由场效应管的工作温度及工作频率决定.其中工作频率起主要作用,温度变化对差异大小影响较为微弱;而对于工作频率而言,当场效应管工作频率小于1 THz时,模型中的扩散部分可以忽略不计;而当工作频率大于1 THz时,扩散部分不可省略,此时场效应管模型需同时包含漂移、散射及扩散三个物理过程.本文的研究结果为太赫兹CMOS场效应管理论模型的精确建立及模拟提供了理论支持.

欧盟启动“洞察力”项目开发互补金属氧化物半导体技术

未来的雷达成像系统和5G通信系统在高频率工作时将具有更高的分辨率和更高的数据传输速率,但同时会增加功率消耗。为了降低功耗,提高性能和降低成本,欧洲启动＂洞察力＂（INSIGHT）项目（下一代高性能CMOS SoC技术的Ⅲ -Ⅴ族半导体纳米线集成）旨在开发Ⅲ -Ⅴ族CMOS（互补金属氧化物半导体）技术。该项目的参研单位包括德国应用固体物理研究所（IAF）、

用于射频能量收集的低阈值CMOS整流电路设计

基于TSMC 180 nm工艺,设计了一款高效率低阈值整流电路。在传统差分输入交叉耦合整流电路的基础上,提出源极与衬底之间增加双PMOS对称辅助晶体管配合缓冲电容的改进结构,对整流晶体管进行阈值补偿。有效缓解了MOS管的衬底偏置效应,降低了整流电路的开启阈值电压,针对较低输入信号功率,提高了整流电路的功率转换效率(PCE)。同时将低阈值整流电路三级级联以提高输出电压。测试结果显示,在输入信号功率为-14 dBm@915 MHz时,三级级联低阈值整流电路实现了升压功能,能稳定输出1.2 V电压,峰值PCE约为71.32%。相较于传统结构,该低阈值整流电路更适合用于射频能量收集。

基于CMOS的高响应度太赫兹探测器线阵

本文提出了一种基于CMOS 0.18μm工艺的改进型高响应度太赫兹探测器线阵,各探测像素单元由高增益片上天线、高耦合度差分自混频功率探测电路和集成电压放大器组成。其中,差分探测电路利用源极差分驱动场效应管的交叉耦合电容,将太赫兹差分信号耦合至场效应管的栅极与源极,增强场效应管沟道内自混频太赫兹信号的强度,实现高响应度。其次,该探测器配备高增益片上环形差分天线与集成电压放大器,可有效放大混频后的信号,进而提高系统信噪比,最终达到增强探测器响应度的目的。探测器1×3线阵系统充分利用CMOS工艺多层结构的特点,将电压放大器布置在天线地平面下方,提高了芯片面积的利用率,有效降低了制作成本,整个系统的面积为0.5 mm^(2)。测试结果表明,当场效应管的栅极偏置为0.42 V时,该探测系统对0.3 THz辐射信号的电压响应度(Rv)最大可达到43.8 kV/W,对应的最小噪声等效功率(NEP)为20.5 pW/Hz^(1/2)。动态测试结果显示该探测器可对不同材质的隔挡物进行区分。

MEMS矢量水听器敏感结构的后CMOS释放工艺研究

纤毛式微机电系统(MEMS)矢量水听器可探测水下质点振速等矢量信息,与互补金属氧化物半导体(CMOS)集成能够很大程度地提升其性能。针对纤毛式MEMS矢量水听器的CMOS集成提出了一种方案,该方案在MEMS后处理工艺中,利用侧墙保护和各向异性湿法腐蚀从正面释放水听器的十字梁敏感结构。整个后处理过程不需要光刻,降低加工难度的同时,保证了加工结构的精确性。设计出了一种验证性的工艺流程,具体分析了4种不同结构的湿法腐蚀过程。最终完成了这4种结构的工艺流片,对实验结果进行了分析。实验验证了该方案的可行性,为纤毛式MEMS矢量水听器的CMOS集成奠定了基础。

CMOS红外光源的设计与实现

基于红外气体传感器微型化、低成本和低功耗的发展需要,设计了一种用于非色散红外(NDIR)集成气体传感器的互补金属氧化物半导体(CMOS)红外光源。它以非等间隔的蛇形钨(W)薄膜电阻作为加热丝,以二氧化硅(SiO_(2))和氮化硅(Si_(3)N_(4))多层复合介质薄膜为支撑形成悬空膜片式微热板,以氧化铜(CuO)和二氧化锰(MnO_(2))纳米材料复合薄膜作为辐射增强层。基于COMSOL软件进行了热电耦合仿真,证明结构设计合理性。采用标准CMOS工艺、硅(Si)的深刻蚀工艺以及静电流体动力学打印技术流片制造了该CMOS红外光源芯片。性能测试结果表明:该红外光源从室温升温至469℃的热响应时间约为41 ms,电功耗仅为138 mW,辐射区温度分布均匀,引入辐射增强层使表面比辐射率提高约35%,红外光源的辐射功率和红外光谱辐射强度测试结果表明:该涂层有效地增强了红外辐射。

电离效应对EBCMOS中电子倍增层增益的影响研究

采用蒙特卡罗模拟方法研究了电子轰击互补金属氧化物半导体(EBCMOS)成像器件中高能电子轰击半导体时产生的电离效应对电荷收集效率和电子倍增层增益的影响。分析了入射电子能量、p型衬底层掺杂浓度、电子倍增层和钝化层厚度对电荷收集效率和增益的影响。结果表明,增加入射电子能量(小于4keV)、减小电子倍增层和钝化层厚度、降低掺杂浓度等是提高电荷收集效率和电子倍增层增益的有利途径,可为获得高增益的EBCMOS器件提供理论支撑。

基于45 nm CMOS SOI工艺的毫米波双频段低相噪压控振荡器设计

本文基于45 nm互补金属氧化物半导体绝缘体上硅工艺(Complementary Metal Oxide Semiconductor Silicon On Insulator,CMOS SOI)设计了一款支持5G毫米波24.25~27.5 GHz和37~43.5 GHz双频段的低相位噪声压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator,VCO).基于CMOS SOI工艺良好的晶体管开关特性,结合开关电容阵列及开关电感方案,提高宽带调谐电容、电感Q值,扩展VCO工作频段,降低相位噪声.同时,输出匹配网络也采用开关电容切换方式,实现了5G毫米波双频段良好阻抗匹配及稳定功率输出.流片测试结果表明该VCO可以完整覆盖5G毫米波双频段24.25~27.5 GHz和37~43.5 GHz,低频段输出功率-4.8~0 dBm,高频段输出功率-6.4~-2.3 dBm.在24.482 GHz载频,1 MHz频偏处的相位噪声为-105.1 dBc/Hz;在43.308 GHz载频,1 MHz频偏处的相位噪声为-95.3 dBc/Hz.VCO核心直流功耗15.3~18.5 mW,电路核心面积为0.198 mm^(2).低频段(高频段)的FoM(Figure of Merit)及FoMT优值分别达到-181.3 dBc/Hz(-175.4 dBc/Hz)、-194.3 dBc/Hz(-188.3 dBc/Hz).

安森美半导体PYTHON CMOS图像传感器为工业应用提供通用性及优异性能

安森美半导体（ON Semiconductor）推出新的PYTHON互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器系列的首批器件。PYTHON 300、PYTHON 500及PYTHON1300的分辨率分别为30万像素、50万像素及130万像素，它们针对工业图像传感应用的通用需求而设计，

Ka波段CMOS有源矢量合成移相器

本文基于65 nm硅基互补金属氧化物半导体工艺设计了一款Ka波段有源矢量合成移相器。该电路由正交耦合器、单端转差分信号的巴伦、可变增益放大器、信号合成网络组成。基于集总LC等效模型的正交发生器能够实现紧凑尺寸并获得高精度正交信号;可变增益放大器采用数字控制的共源共栅架构,能够实现精准的幅度调节,并提高输入输出之间的隔离度。实测结果表明,该移相器可在25 GHz~32 GHz频带范围内实现360°移相,相位步进5.625°,均方根(RMS)相位误差小于3°,寄生调幅RMS小于1 dB,电路面积为800μm×400μm,功耗11 mW。

紧凑型D波段宽带CMOS低噪声放大器

基于28-nm CMOS工艺,设计了一款工作于D波段的紧凑型、宽带低噪声放大器。该放大器由四级放大器单元级联而成,每级放大器单元均采用基于中和电容技术的差分共源极结构。输入、输出和级间阻抗匹配电路均由变压器网络实现,并且每个放大器单元的中心工作频率被交错配置在120GHz和155GHz附近以实现参差调谐带宽拓展,从而在宽带内实现了平坦的增益响应。仿真和测试结果表明,在34mW直流功耗下,该放大器在中心频率140GHz处实现了19.5dB的峰值增益和28GHz(128GHz~156GHz)的3dB工作带宽,噪声系数和输入1dB压缩点分别为7.8dB~9.2dB和-19.8dBm~-16.6dBm。芯片的核心面积仅为200μm×550μm。

基于0.18μm CMOS工艺的300GHz高响应度探测器

基于0.18μm CMOS工艺设计了一种300 GHz高响应度探测器。该探测器集成了双馈差分天线和双场效应管(FET)对称差分自混频电路。双馈差分天线较单馈天线有更高的精确度及更优的抗干扰性。差分自混频电路能有效地抑制共模信号,减小噪声输入。双场效应管后增加一级放大电路,将自混频电路输出的微弱信号进一步放大以增大响应度。天线与电路间的匹配网络实现了信号的最大功率传输。在全波电磁场仿真软件HFSS下对双馈天线进行建模与仿真优化,并与电路进行联合仿真。结果显示探测器在栅源电压为0.43 V、输入功率为-40 dBm时,最大响应度为11.25 kV/W,最小噪声等效功率为115pW/√Hz。

半导体照明光源恒流驱动芯片的研究

介绍了一种半导体照明光源恒流驱动芯片的设计。该芯片采用0.6μm CM O S标准工艺制造,包含有大功率M O SFET、带隙基准源电路、输出缓冲电路和取样反馈控制电路几个主要功能模块,在标准工艺线上实现了功率器件与控制电路的单片集成。该芯片可为工作电压为3.5 V,工作电流为350 mA的单个半导体照明光源提供恒定的驱动电流。在5 V电源电压有10%跳变的情况下,半导体照明光源的驱动电流的变化可被控制在1.71%以内,而距离光源10 cm处的照度变化仅为1.28%。当环境温度由25°C升高至85°C时,半导体照明光源的驱动电流减小1.14%,而距离光源10 cm处的照度仅减小1.09%。该恒流驱动芯片的电源效率可达63.4%。

基于ICMOS的机载紫外告警传感器设计

为提升机载紫外告警传感器性能,设计了一款基于ICMOS构架的紫外告警传感器。该型传感器工作波长覆盖250~270 nm,可通过RS422接口上传告警目标信息,具有超广角、高角分辨率、灵敏度高、重量轻、功耗低等优点。对传感器的技术指标、工作原理和设计构架等方面进行了介绍。完成了传感器的基本功能、性能测试,经环境试验验证,满足机载使用要求。

一种25Gbit/s CMOS判决反馈均衡器设计

为满足高速光通信系统的应用,基于标准40 nm CMOS工艺设计了一款25 Gbit/s判决反馈均衡器(DFE)电路,采用半速率结构以降低反馈路径的时序要求。主体电路由加法器、D触发器、多路复用器和缓冲器组成,为了满足25 Gbit/s高速信号的工作需求,采用电流模逻辑(CML)进行设计。经过版图设计和工艺角后仿验证,该DFE实现了在25 Gbit/s的速率下可靠工作,能提供10 dB的均衡增益,峰-峰差分输出电压摆幅约为950 mV,眼图的垂直和水平张开度均大于0.9 UI,输出抖动小于3 ps,在1.1 V的电源电压下功耗为12.5 mW,芯片版图的面积为0.633 mm×0.449 mm。