场效应晶体管太赫兹探测器在太赫兹成像领域的研究进展(下)

太赫兹(Terahertz,THz)波具有能量低、穿透性强、分辨率高等特性,因而THz成像技术在安全检测、医学诊断、无损探伤等领域具有广阔的应用前景。THz探测器作为THz成像系统的重要组成部分,其性能对成像分辨率、成像速度等有重要影响。由于具备可室温工作、易大面积集成、响应速度快等特性,场效应晶体管(Field Effect Transistor,FET)THz探测器在成像应用中潜力巨大。综述了近年来FET THz探测器在THz成像领域的研究进展(包括成像阵列、材料选择等方面),分析了设计和制造中存在的问题;指出天线和像素间距是限制大规模阵列化的重要因素,并在此基础上对未来的研究方向进行了展望;指出新的材料和结构设计将进一步改善器件性能,从而实现更快速、更清晰的THz成像。

场效应晶体管太赫兹探测器在太赫兹成像领域的研究进展(上)

太赫兹(Terahertz,THz)波具有能量低、穿透性强、分辨率高等特性,因而THz成像技术在安全检测、医学诊断、无损探伤等领域具有广阔的应用前景。THz探测器作为THz成像系统的重要组成部分,其性能对成像分辨率、成像速度等有重要影响。由于具备可室温工作、易大面积集成、响应速度快等特性,场效应晶体管(Field Effect Transistor,FET)THz探测器在成像应用中潜力巨大。综述了近年来FET THz探测器在THz成像领域的研究进展(包括成像阵列、材料选择等方面),分析了设计和制造中存在的问题;指出天线和像素间距是限制大规模阵列化的重要因素,并在此基础上对未来的研究方向进行了展望;指出新的材料和结构设计将进一步改善器件性能,从而实现更快速、更清晰的THz成像。

硅微机械陀螺仪温度补偿方法的研究现状

综述了硅微机械陀螺仪温度补偿方法的研究现状。介绍了陀螺仪的基本原理,并分析了陀螺仪的温度特性。分别对温度控制、器件设计和算法补偿三种温度补偿方法进行了原理和结果分析,总结了各种方法的优势与不足。介绍了算法补偿中两种常用的温度误差模型构建方法,算法补偿既符合小体积、低成本的设计理念,又能有效提升陀螺仪的温度稳定性,但复杂的算法需要强大的内存支撑,系统的响应速度亦会受到影响,因此在算法的优化设计方面仍有巨大的研究潜力和空间。随着陀螺仪数字化进程的不断推进,温度误差模型构建的标准化方法以及优化的算法是未来进一步的发展方向。

AlGaN/GaN HEMT器件工艺的研究进展

首先论述了Al GaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)在微波大功率领域的应用优势和潜力;其次,介绍并分析了影响Al GaN/GaN HEMT性能的主要参数,分析表明要提高Al-GaN/GaN HEMT的频率和功率性能,需改善寄生电阻、电容、栅长和击穿电压等参数。然后,着重从材料结构和器件工艺的角度阐述了近年来Al GaN/GaN HEMT的研究进展,详细归纳了目前主要的材料生长和器件制作工艺,可以看出基本的工艺思路是尽量提高材料二维电子气的浓度和材料对二维电子气的限制能力的同时减小器件的寄生电容和电阻,增强栅极对沟道的控制能力。另外,根据具体情况调节栅长及沟道电场。最后,简要探讨了Al GaN/GaN HEMT还存在的问题以及面临的挑战。

增强型AlGaN/GaN HEMT器件工艺的研究进展

随着高压开关和高速射频电路的发展,增强型GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)成为该领域内的研究热点。增强型GaN基HEMT只有在加正栅压才有工作电流,可以大大拓展该器件在低功耗数字电路中的应用。近年来,国内外对增强型GaN基HEMT阈值电压的研究主要集中以下两个方面:在材料生长方面,通过生长薄势垒、降低Al组分、生长无极化电荷的AlGaN/GaN异质材料、生长InGaN或p-GaN盖帽层,来控制二维电子气浓度;在器件工艺方面,采用高功函数金属、MIS结构、刻蚀凹栅、F基等离子体处理,来控制表面电势,影响二维电子气浓度。从影响器件阈值电压的相关因素出发,探讨了实现和优化增强型GaN基HEMT的各种工艺方法和发展方向。

GaN基HFET电力电子器件的研究

作为第三代宽禁带半导体器件,GaN基HFET功率器件具耐高压、高频、导通电阻小等优良特性,在电力电子器件方面也具有卓越的优势。概述了基于电力电子方面应用的AlGaN/GaN HFET功率器件的研究进展。从器件的结构入手,介绍了AlGaN/GaN HEMT的研究现状,从栅材料的选取以及栅介质层的结构对器件性能的影响着手,对AlGaN/GaN MIS-HFET的研究进行了详细的介绍。分析了场板改善器件击穿特性的原理以及各种场板结构AlGaN/GaNHFET器件的研究进展。论述了实现增强型器件不同的方法。阐述了GaN基HFET功率器件在材料、器件结构、稳定性、工艺等方面所面临的挑战。最后探讨了GaN基HFET功率器件未来的发展趋势。

GaN基SBD功率器件研究进展

作为第三代宽禁带半导体器件,GaN基肖特基势垒二极管(SBD)功率器件具有耐高温、耐高压和导通电阻小等优良特性,在功率器件方面具有显著的优势。概述了基于功率应用的GaN SBD功率器件的研究进展。根据器件结构,介绍了基于材料特性的GaN SBD和基于AlGaN/GaN异质结界面特性的GaN异质结SBD。根据器件结构对开启电压的影响,对不同阳极结构器件进行了详细的介绍。阐述了不同的肖特基金属的电学特性和热稳定性。分析了表面处理,包括表面清洗、表面等离子体处理和表面钝化对器件漏电流的影响。介绍了终端保护技术,尤其是场板技术对击穿电压的影响。最后探讨了GaN基SBD功率器件未来的发展趋势。

Ⅲ-Ⅴ族纳米线晶体管的研究进展

从器件结构和电学特性等方面,对具有垂直结构和水平结构的Ⅲ-Ⅴ族纳米线晶体管的最新研究进展进行了综述。对于垂直器件,虽然高质量的垂直Ⅲ-Ⅴ族纳米线易于获得,但栅极的逻辑布线难以实现;对于水平结构器件,虽然栅极的逻辑布线与当前的平面硅差异不大,但无催化剂条件下难以选区定位生长水平Ⅲ-Ⅴ族纳米线。硅基Ⅲ-Ⅴ族纳米线晶体管不仅能有效提高沟道迁移率等性能,而且可以保证与硅工艺的兼容性,同时降低Ⅲ-Ⅴ族材料晶体管高昂的成本。研究表明,水平结构的硅基Ⅲ-Ⅴ族纳米线晶体管将具有更大的发展潜力。

低维纳米材料热电性能测试方法研究

通过近几十年的研究,人们对于块体及薄膜材料的热电性能已经有了较全面的认识,热电优值ZT的提高取得了飞速的进展,比如碲化铋相关材料、硒化亚铜相关材料、硒化锡相关材料的最大ZT值都突破了2.但是,这些体材料的热电优值距离大规模实用仍然有较大的差距.通过理论计算得知,当块体热电材料被制作成低维纳米结构材料时,比如二维纳米薄膜、一维纳米线,热电性能会得到显著的改善,具有微纳米结构材料的热电性能研究引起了科研人员的极大兴趣.当块体硅被制作成硅纳米线时,热电优值改善了将近100倍.然而,微纳米材料的热电参数测量极具挑战,因为块体材料的热电参数测量方法和测试平台已经不再适用于低维材料,需要开发出新的测量方法和测试平台用来研究低维材料的热导率、电导率和塞贝克系数.本文综述了几种用于精确测量微纳米材料热电参数的微机电结构,包括双悬空岛、单悬空岛、悬空四探针结构,详细介绍了每一种微机电结构的制备方法、测量原理以及对微纳米材料热电性能测试表征的实例.

谐振式集成光学陀螺系统中用于抑制背散射噪声的相位调制技术（英文）

在谐振式集成光学陀螺系统中,相位调制技术被广泛用于检测陀螺旋转信号。本文详细介绍了近几年来国内外学者为提高陀螺精度、抑制陀螺噪声所提出的相位调制技术。文章首先从理论上分析了谐振环中的背散射噪声,发现载波抑制是抑制背散射噪声的关键因素。然后,详细介绍了近几年来为提高陀螺精度而提出的两类相位调制技术,分别是单相位调制技术和双相位调制技术,并分析比较了其技术原理、噪声抑制能力以及系统的鲁棒性和复杂度。新型的边带锁定技术可以有效抑制陀螺中的背散射噪声。最后通过总结这些相位调制技术的优缺点发现,在陀螺系统中除了需要借助于相位调制技术抑制背反射噪声外,提高对其他类型噪声的抑制是集成光学陀螺性能进一步提高的关键。

立方相SiC MEMS器件研究进展

主要介绍了近年来国内外出现的有市场推广潜力的立方相碳化硅(3C-SiC)MEMS器件,详细描述了其中一些典型器件的基本结构、加工工艺及初步测试结果,并指出了要想提高器件的可靠性,需要获得低残余应力、低应力梯度的薄膜材料,应当采用合适的刻蚀方法,还需保证金属与碳化硅欧姆接触的稳定性,同时高温引线键合与封装工艺亦不能忽视。随着材料生长和加工成本的不断降低,3C-SiC基MEMS器件将会逐步走向商品化。

纳米尺度相变存储器小型化研究进展

相变存储器(PCRAM)因其具有非挥发性、循环寿命长、结构简单、与现有CMOS工艺相匹配等优点,在存储技术领域受到了广泛重视。综述了相变存储器器件小型化的研究现状,介绍了相变存储器的基本原理和特性。概述了目前相变存储器器件小型化的方法,主要包括器件结构优化和材料优化。器件结构优化的主要目的是减小有效相变体积以降低单元尺寸。材料优化主要是针对电极材料,选用性能优异的新材料替代传统金属材料作电极材料以实现器件小型化。对不同方法制作的各种器件结构所涉及的工艺特点进行了分析,并且比较了不同的器件结构对操作电流的影响,为相变存储器器件小型化的进一步发展提供了参考。

蝶形天线增强的InP基室温HEMT太赫兹探测器研究

采用分子束外延技术制备了InP基HEMT样片,室温下样片迁移率达10 289 cm2/(V·s)。通过光刻、腐蚀、磁控溅射、点焊等工艺技术制备出了蝶形天线耦合的太赫兹探测器件。器件采用的蝶形天线经HFSS软件仿真优化后,天线S11参数为-40 d B,电压驻波比(VSWR)为1.15,增益可达6 dB,并与二维电子气沟道实现阻抗匹配。在VDI公司0.3 THz肖特基二极管太赫兹源辐照下进行器件测试,测试结果表明,室温下器件噪声等效功率(NEP)为40 nW/Hz1/2,探测响应度46 V/W,器件响应时间优于330μs。

硒化亚铜薄膜热电性能研究进展

热电材料可以实现热能和电能的相互转换,它是一种环境友好的功能性材料.当前,热电材料的热电转换效率低,这严重制约了热电器件的大规模应用,因此寻找更加优异热电性能的新材料或提高传统热电材料的热电性能成为热电研究的主题.与块状材料相比,薄膜具有二维的宏观性质和一维的纳米结构特性,方便研究材料的物理机制与性能的关系,还适用于制备可穿戴电子设备.本文总结了Cu_(2)Se薄膜5种不同的制备方法,包括电化学沉积、热蒸发、旋涂、溅射以及脉冲激光沉积.另外,结合典型事例,总结了薄膜的表征手段,并从Cu_(2)Se的电导率、塞贝克系数和热导率等参数出发,讨论了各个参数对热电性能的影响机制.最后介绍了Cu_(2)Se薄膜热电的热门应用方向.

基于MEMS技术的三明治结构被动阀微泵研制

为解决微泵自吸困难、难以实现流速精确控制等问题,利用MEMS技术研制出具有三明治结构和两被动阀的压电驱动微泵,其中泵腔、泵膜和阀片分别由硅、聚二甲基硅氧烷(PDMS)和SU-8构成.从理论上,分别对气体和液体微泵的工作原理、被动阀性能以及结构参数对微泵工作性能的影响进行了分析.综合两类微泵特点,提出了气液两用微泵设计方案、工艺流程及其优化方案.在不同驱动电压条件下测试了具有不同形状泵腔、不同阀口尺寸和不同类型阀片结构的微泵.实验结果表明,该微泵可用于气体和液体介质,气、液体的最大流量分别达到53.6mL/min和1 280μL/min;泵腔高度影响到微泵的体积压缩比,是影响微泵自吸的一个重要因素.该泵具有结构简单、自吸、低成本、易于加工及操作方便的特点.

高深宽比倾斜沟槽的深硅刻蚀技术

针对微电子机械系统(MEMS)行业对3D加工日益增长的需求,提出了一种结合法拉第笼和倾斜衬底支架,利用改进的BOSCH工艺进行任意角度深硅刻蚀的创新工艺方案。首先通过仿真计算对法拉第笼的特征尺寸进行了优化,进一步采用法拉第笼和用于制备倾角的衬底支架,对BOSCH工艺参数进行了调整,最终获得了倾角为30°、深度超过25μm、深宽比高达7.9∶1的倾斜沟槽。结果表明利用法拉第笼和倾斜衬底支架,采用深硅刻蚀工艺可以制备高深宽比的倾斜沟槽,而且沟槽角度可以通过加工不同倾角的支架实现。结合法拉第笼和倾斜衬底支架进行等离子体刻蚀可为其他倾斜结构的制备工艺提供参考。

量子定位导航技术研究与发展现状

最近二十年,作为一种新型导航技术,量子定位系统(QPS)因其特有的信息传输优势得到了飞速发展。简要介绍了卫星导航与惯性导航系统的原理及各自面临的问题,阐述了量子定位导航系统的概念与基本原理、量子导航的优势、量子导航的分类及国内外发展状况,并就目前量子导航所面临的问题及其发展前景提出了相应的观点。

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。

基于原子体系人造晶格构建量子模拟器

量子模拟技术通过调控原子体系构建人造晶格,可用于模拟微观世界的多体物理现象。概述了以超冷原子光晶格、莫尔超晶格与量子点超晶格为代表的人造晶格构建量子模拟器的方法及其研究成果,讨论了原子体系下不同类型人造晶格量子模拟平台的特点和优势。然而,由于材料和技术上的限制,目前固态量子模拟平台还未能实现室温工作且大规模集成生产。硅纳米晶体管局域沟道内具有量子点特性的杂质原子为解决这一问题提供了可能。最后,总结了人造晶格量子模拟器所面临的挑战,并给出了后摩尔时代基于杂质原子量子点阵列构建硅基量子模拟器的发展思路。

纳米二氧化钒薄膜的电学与光学相变特性

采用双离子束溅射氧化钒薄膜附加热处理的方式制备了纳米二氧化钒薄膜。在热驱动方式下,分别利用四探针测试技术和傅里叶变换红外光谱技术对纳米二氧化钒薄膜的电学与光学半导体-金属相变特性进行了测试与分析。实验结果表明,电学相变特性与光学相变特性之间存在明显的偏差,电学相变温度为63℃,高于光学相变温度,60℃;电学相变持续的温度宽度较光学相变持续温度宽度宽;在红外光波段,随着波长的增加,纳米二氧化钒薄膜的光学相变温度逐渐增大,由半导体相向金属相转变的初始温度逐渐升高,相变持续的温度宽度变窄。在红外光波段,纳米二氧化钒薄膜的光学相变特性可以通过光波波长进行调控,电学相变特性更适合表征纳米VO2薄膜的半导体-金属相变特性。