应用于MOEMS集成的TSV技术研究

硅通孔(TSV)通过缩短互连长度可实现低延迟、低功耗等目的。对应用于微光机电系统(MOEMS)集成的TSV工艺进行了研究,通过ICP-DRIE参数优化获得了陡直TSV通孔;通过金-金键合及bottom-up法,实现了TSV的无缺陷填充;对填充后的TSV进行电学表征,测试结果表明,单个TSV的电阻平均值为0.199Ω、相邻两个TSV的电容在无偏压时为170.45 fF、TSV的漏电流在100 V时为9.43 pA,具有良好的电学特性。

近红外波段光子晶体的微细加工方法研究进展

光子晶体及其在光电子领域的应用是目前国际上的研究热点之一,是一种新型的光电子功能材料。在近红外光通讯领域中,光子晶体(对应光子晶体晶格常数为亚微米)有非常重要的应用,可以制作许多以前所不能制作的高性能光学器件。如何制备用于光通讯领域的光子晶体越来越引起广泛关注。本文综述了近红外波段光子晶体的微细加工制备方法的研究进展。

微振动传感与声振特征识别的输电线路环境异变预警研究

输电线路常常遭受施工机械破坏导致停电事故,而传统的人工巡检和视频监控不具有实时性,光纤传感“后知后觉”,不能起到及时预警的作用。针对上述情况,文章通过研究声信号的特性及其在传播过程中的衰减特性,分析工程机械声信号的产生机理。并基于微振动传感器开发振动采集装置,现场采集各类工程机械不同条件下的声信号数据,分析声信号的振动特征,通过预处理和梅尔频率倒谱系数(Mel Frequency Cepstrum Coefficient,MFCC)特征提取,构建模型数据库,利用对数似然比的评价指标进行被测声信号识别。实际测试结果表明,典型工程机械的识别率达到93%以上,验证了声信号振动特征的准确性和识别算法的有效性,实现了输电线路环境异变监测和预警。

超导纳米线单光子探测系统数字化监控平台研究

超导纳米线单光子探测是新型光电探测技术,因具有高探测效率、低时间抖动、低暗计数等优良特性被广泛应用到量子信息技术等领域。系统包括电子学模块、制冷模块、探测器和真空模块。通过搭建硬件集成系统和使用软件开发技术,研发出基于传输/网际协议和RS-232串口协议通信的数字化监控平台。该平台能有效提升探测系统的可操作性,有效提高测量实验的工作效率,推进单光子探测技术产业化进程的发展和相关领域的应用。平台能实时采集与分析探测系统中的温度、真空度等参数,同时包括对系统安保监控信息呈动态展示,并自动控制系统从液氦温区到室温(4~300K)的升降温过程。

基于CS-FastICA的超导电磁数据消噪方法研究

超导电磁探测极易受到环境电磁噪声的干扰,严重影响了数据的解释精度。针对这一问题,提出了一种基于信噪分离消噪原理的超导电磁噪声抑制方法。该方法首先利用FastICA算法从观测信号中分离提取二次磁场信号,然后针对信号分离后的幅值不确定性问题,基于最大化非高斯性和最小畸变准则构建优化约束模型,最后利用CS搜索算法迭代求解分离矩阵的最优参数值。仿真结果显示,本文方法在信噪比和均方误差指标上均优于PCA、WA和ICA方法,消噪后信号的信噪比提高了16.6 dB。现场实验表明,本文方法对多种环境电磁噪声均具有良好的抑制效果,消噪后观测信有效时间提高了近4倍。观测信号质量得到了显著改善,视电阻率成像解释深度达1000 m,充分验证了本文方法的有效性和实用性。

上海光源ME2-BL02B实验站近常压X射线吸收谱方法及在催化中的应用

传统的软X射线吸收谱方法只能在超高真空条件下工作,从而无法用于探测真实条件下样品的电子结构变化。而近十年来发展的原位工况条件下的软X射线吸收谱方法主要是基于荧光产额模式,而缺乏具有表面灵敏特性的电子产额模式,特别是俄歇电子产额模式,这阻碍了对表面的化学信息和电子结构变化有效的探测。为了研究真实反应状态下样品表面的化学信息,最近在上海光源ME2-BL02B实验站发展的近常压X射线吸收谱方法可以对这一问题提出解决方案。通过该实验站的近常压软X射线吸收谱装置和方法,实验站可实现原位条件下不同模式的吸收谱采集(包括全电子产额、部分电子产额和俄歇电子产额模式),从而在不同深度上描述材料的表面的动态变化。以铂-二氧化钛样品为例,给出表面灵敏的X射线吸收谱方法的优越性。研究结果表明:近常压X射线吸收谱方法可以用于表征接近真实反应环境下样品表面的化学信息变化,从而为催化、环境和能源等研究领域的用户提供强有力的原位表征手段。

面向SNSPD系统的可拓展时间抖动测量模块

针对超导纳米线单光子探测器(SNSPD)应用需求的多样化,设计了一款面向SNSPD的可拓展时间抖动测量模块。基于对SNSPD系统时间抖动测量原理的分析,设计了数字化单元、时间数字转换(TDC)单元和现场可编程门阵列(FPGA)单元,实现对SNSPD输出信号的数字化、时间信息测量以及数据读取。对该模块TDC单元的分辨率、线性度和时间精度分别标定,测试结果表明TDC单元的分辨率好于55 ps,测量数据呈线性,100 ns以内时间精度低于36 ps。通过结合实用化SNSPD系统,实现了100 ps左右的时间抖动表征,并与商用时间相关单光子计数(TCSPC)模块进行对比,验证了该模块对于SNSPD系统时间抖动测量的可行性。

航天先进红外探测器组件技术及应用

随着航天遥感应用对探测目标的波段特性、空间分辨率、辐射分辨率、时间分辨率以及可靠性等要求的不断提高,作为航天遥感仪器核心部件的光电探测器,需要向扩展波长范围、提高光电性能、改善光谱形状、减小光敏元尺寸、增加器件规模、提高寿命和可靠性等方向发展。文中从空间多光谱红外探测器、光谱定量化、红外焦平面探测器可靠性封装、新型短波红外探测器等4个方面,介绍了中国近年来研制的一系列航天先进红外探测器组件所涉及的基础研究工作及其在气象卫星等航天应用的进展。

128×1线列InGaAs短波红外焦平面的研究

报道了用分子束外延(MBE)方法生长的掺杂InGaAs吸收层PIN InP/InGaAs/InP双异质结外延材料,通过干法刻蚀和湿法腐蚀相结合制作台面、硫化和聚酰亚胺钝化、电极生长等工艺,制备了128×1台面正照射InGaAs探测器阵列.测试了器件的变温I-V、响应光谱和探测率,在278K时平均峰值探测率为1.03×1012cmHz1/2W-1.实现了128元InGaAs探测器阵列与CTIA结构L128读出电路相互连,经封装后,在室温(291K)时成功测出128元响应信号.焦平面响应的不均匀性为18.3%,并对不均匀性产生的原因进行了分析.

InGaAs PIN光电探测器的暗电流特性研究

从理论上分析了In0.53Ga0.47AsPIN光电探测器在不同掺杂浓度及反向偏压下的暗电流特性,并与研制的器件的实测结果进行了比较和讨论。模拟结果表明:在低偏压下,器件中的产生复合电流起主要作用,偏压增大时,隧道电流起主要作用,且In0.53Ga0.47As光吸收层的载流子浓度对器件的暗电流有很大的影响,实测器件特性与模拟结果完全符合。文中还对器件结面积和电极尺寸等对暗电流的影响进行了比较和分析。

AlN薄膜室温直接键合技术

采用离子束增强沉积技术在 10 0 mm硅片上制备大面积均匀 Al N薄膜 ,原子力显微镜 (AFM)显示其表面平整光滑 ,均方根粗糙度 (RMS)为 0 .13nm ,满足直接键合的需要 .同时 ,采用智能剥离技术成功实现了室温下 Al N与注氢硅片的直接键合 ,形成了以 Al N薄膜为埋层的 SOI结构 ,即 Al N上的硅结构 (SOAN) .用扩展电阻、卢瑟福背散射 -沟道、剖面透射电镜等技术分析了所形成的 SOAN结构 .

一种瞬态响应增强的片上LDO系统设计

分析了传统LDO提高系统稳定性及瞬态响应的局限性,提出了一种片内集成补偿技术。该技术无需外挂电容和等效串联电阻(ESR),即可使系统在全负载范围内保持稳定,并具有良好的纹波抑制能力。仿真结果表明,系统空载时静态电流为46μA,且能提供200mA的最大负载电流,低频电源抑制比达到-65.6dB,启动时间只有16μs,在输出电容为10pF、负载电流以200mA/2μs突变时,最大下冲电压为120mV,上冲电压为160mV。

InGaAs/InP HBT材料的GSMBE生长及其特性研究

本文报道了采用气态源分子束外延 (GSMBE)技术生长InGaAs/InP异质结双极晶体管 (HBT)材料及其特性的研究。通过对GSMBE生长工艺的优化 ,在半绝缘 ( 10 0 )InP衬底上成功制备了高质量的InGaAs/InPHBT材料 ,InGaAs外延层与InP衬底的晶格失配度仅为 4× 10 - 4量级 ,典型的InP发射区掺杂浓度 ( 4× 10 1 7cm- 3)时 ,电子迁移率为 80 0cm2 ·V- 1 ·s- 1 ,具有较好的电学特性 ,可以满足器件制作的要求。

大电流负载的片上LDO系统设计

本文分析了传统大电流负载的LDO(Low-dropout Regulator)系统实现系统稳定性和瞬态响应提高的局限性,在此基础上,提出了一种片内集成的瞬态响应提高技术.此技术无需外挂电容和等效串联电阻(Equivalent SeriesResistor,ESR),即能使系统在全负载范围内保持稳定性和良好的纹波抑制能力.仿真结果表明,系统空载时,静态电流为64μA,且最大能提供800mA的负载电流,1KHz时的电源抑制比达到-60dB,当负载电流以800mA/5μs跳变时,最大下冲电压为400mV,上冲电压为536mV,恢复时间分别只需6.7μs和12.8μs,版图面积约为0.64mm2.

GSMBE InGaP/GaAs材料大面积均匀性研究

报道了气态源分子束外延 (GSMBE)技术生长的Φ5 0mm ,Φ75mmInGaP/GaAs材料的晶体完整性 ,组分均匀性和表面缺陷密度。用PhilipsX Pert′s四晶衍射仪沿Φ5 0mm ,Φ75mmInGaP/GaAs样品的x轴和y轴以 5mm间隔测量ω/2θ双晶摇摆曲线 ,获得沿x轴和y轴方向的晶格失配度分布和组分涨落分布。结果表明 ,用GSMBE生长的Φ5 0mm和Φ75mmIn0 .4 9Ga0 .51 P与GaAs衬底的失配度分别为 1× 10 - 4和 1× 10 - 5,组分波动Φ5 0mm沿x轴和y轴分别为± 0 .1%和± 0 .2 % ,Φ75mm <± 1%。表面缺陷密度在 1× 10～ 1× 10 2 cm- 2 。

多孔硅外延转移技术制备以氮化硅为绝缘埋层的SOI新结构

为减少自加热效应 ,利用多孔硅外延转移技术成功地制备出一种以氮化硅为埋层的 SOI新结构 .高分辨率透射电镜和扩展电阻测试结果表明得到的 SOI新结构具有很好的结构和电学性能 ,退火后的氮化硅埋层为非晶结构 .

大孔径光电导天线产生的太赫兹脉冲时间特性研究

在电流涌流模型中考虑了电场屏蔽效应、有限载流子寿命和有限弛豫时间的影响 ,得到了大孔径光电导天线表面辐射场和辐射远场的解析表达式 ,讨论了辐射场对载流子寿命、弛豫时间、激励光脉冲通量和脉冲宽度的依赖关系。

InGaAs/InP光伏探测器阵列钝化工艺及均匀性研究

通过对气态源分子束外延结合常规器件工艺研制的晶格匹配InGaAs/InP光伏型探测器阵列光响应和暗电流特性的表征和比较,研究了聚酰亚胺和氮化硅两种钝化工艺对阵列器件性能和均匀性的影响,并对两种不同钝化膜阵列器件后续封装的可靠性进行了比较和分析。实验结果表明,气态源分子束外延材料具有良好的均匀性;氮化硅钝化器件总体性能上优于聚酰亚胺钝化器件。引线封装实验显示,SiN钝化膜有较好的抗冲击和热稳定性,具有更好的工艺相容性。

氮元素对高k铪基介电薄膜总剂量抗辐射性能的影响研究

本文采用MIS电容结构,结合10keVX射线辐照试验,研究了HfON和HfO2介电薄膜的总剂量抗辐射性能。研究结果表明,在0—30kGy(Si)的辐照总剂量下,以HfON薄膜为绝缘层的MIS结构的平带电压漂移均远低于HfO2MIS电容结构。从微观角度探讨了氮元素对改进高k铪基介电薄膜总剂量抗辐射性能的作用机理。

双异质结扩展波长InGaAs PIN光电探测器暗电流研究

模拟分析了三种不同结构的双异质结扩展波长In0.78Ga0.22As PIN光电探测器在室温下的暗电流特性,并与器件的实际测量结果进行了比较和讨论。结果表明,对于扩展波长的探测器,零偏压附近暗电流主要为反向扩散电流,随着反向偏压增加,产生复合电流和欧姆电流逐渐起主要作用。在InAlAs/InGaAs异质界面处引入的数字递变超晶格以及外延初始生长的InP缓冲层能够有效地改善探测器的暗电流特性。