AlGaN/GaN HEMT小信号放大电路设计及放大增益预测

采用计算机辅助设计技术(TCAD)对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)器件进行了仿真,并利用Multisim设计了AlGaN/GaN HEMT器件的低频小信号放大电路.由于GaN材料的宽带隙和高载流子迁移率,HEMT器件可以在空间科学应用中取代Si基MOSFET.TCAD的仿真结果通过与测试结果的比较进行了修正.通过Multisim仿真结果与搭建的AlGaN/GaN HEMT共源共栅放大电路的测试结果对放大电路的放大特性进行了验证.以此为基础,利用TCAD模拟改变了结构参数的器件特性并采用改进了结构参数的AlGaN/GaN HEMT设计共源共栅放大电路.仿真结果表明,该放大电路在低频和室温下的电压放大能力可达6 200倍.

AlGaN/GaN HEMT器件高温栅偏置应力后栅极泄漏电流机制分析

AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的栅特性会受到温度应力和电应力的影响.在高温栅偏置(HTGB)应力下,器件的栅特性会发生退化,如栅极泄漏电流增大.为了研究退化机理,分析了AlGaN/GaN HEMT在栅电压为-2 V时,250℃高温应力作用后的栅极泄漏电流机制.随着HTGB时间的增加,栅极泄漏电流持续增大,受到应力器件在室温下静置后栅极泄漏电流密度恢复约20%.结果表明,在正向偏置范围内,栅极泄漏电流是由热电子发射(TE)引起的.在反向偏置范围内,普尔-弗伦克尔(PF)发射在小电压范围内占主导地位.阈值电压附近的范围由势垒层中的陷阱辅助隧穿(TAT)引起;在大电压范围内,福勒-诺德海姆(FN)隧穿导致栅极发生泄漏.

基于机械剥离制备的PEDOT:PSS/β-Ga_(2)O_(3)微米片异质结紫外光电探测器研究

β-Ga_(2)O_(3)具有超宽带隙(约4.9 eV)、高的击穿电场(约8 MV/cm)、良好的化学稳定性和热稳定性等优点,是一种很有前途的制备紫外光电探测器的候选材料.由于未掺杂的β-Ga_(2)O_(3)为n型导电,所以制备p型β-Ga_(2)O_(3)面临很多困难,从而制约了同质PN结的开发与应用.聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)是一种p型导电聚合物,在250—700 nm有着较高的透明度,采用p型有机材料PEDOT:PSS和n型β-Ga_(2)O_(3)构成的异质结可能为PN结型光电器件的研制提供一种途径.本文利用机械剥离法从β-Ga_(2)O_(3)单晶衬底上剥离出单根β-Ga_(2)O_(3)微米片,微米片的长度为4 mm,宽度为500μm,厚度为57μm.将有机材料PEDOT:PSS涂覆在剥离出来的微米片的一侧制备出PEDOT:PSS/β-Ga_(2)O_(3)无机-有机异质结的紫外光电探测器,器件表现出典型的整流特性,而且发现器件对254 nm紫外光敏感,具有良好的自供电性能.该异质结紫外探测器的响应度和外量子效率分别为7.13 A/W和3484%,上升时间和下降时间分别为0.25 s和0.20 s.此外,3个月后器件对254 nm紫外光的探测性能并未发现明显的衰减现象.本文的相关研究工作将对研发新型紫外探测器提供了新的思路和理论基础.

液相剥离法制备MoTe_(2)纳米片及其对三乙胺的气敏性能

二碲化钼(MoTe_(2))材料呈现层状结构,不利于气体的吸附。为了提高MoTe_(2)基传感器的气敏性能,采用液相剥离的方法制备了二维MoTe_(2)纳米片。扫描电子显微镜(SEM)、N2吸脱附分析仪以及Raman光谱仪的表征结果证明,相比于原始的MoTe_(2)材料,液相剥离的MoTe_(2)纳米片具有疏松的层状结构,液相剥离材料的比表面积(2.0648m^(2)/g)比原始材料(0.3578m^(2)/g)扩大约6倍,为气体分子的吸附提供了充足的活性位点。并且,经过液相剥离操作之后的材料对三乙胺气体的响应值以及选择性显著增高,MoTe_(2)基传感器在室温下对体积分数10ppm(1ppm=1×10^(-6))三乙胺气体的响应值由26.02%提升至39%。结果表明,液相剥离的二维MoTe_(2)纳米片对于三乙胺气体的检测具有很大的应用潜力。

一种基于分段电阻的低功耗电流舵DAC

基于SMIC 180 nm标准CMOS工艺,设计了一款面积仅为320μm×150μm的10 bit分段式电流舵数模转换器(DAC)。该设计采用“5+5”式分段,通过电阻实现高位子DAC的量化阶梯,从而减小高位子DAC所需电流。与原始的电阻量化结构相比,改变电流流向,节约了一半的电流源数量。同时通过校准电阻的方式,有效校准了结构中存在的特殊非理想特性。仿真验证结果表明,本分段电流舵DAC微分非线性(DNL)和积分非线性(INL)最大值分别为0.09 LSB和0.34 LSB,无散杂动态范围为64.52 dB,功耗为8.58 mW。与传统结构相比,该结构面积减小约80%,有效减小分段式电流舵DAC的功耗以及面积。

Al纳米孔阵列/(Al_(x)Ga_(1-x))_(2)O_(3)薄膜中的紫外波段超常透射

采用有限差分时域算法计算(Al_(x)Ga_(1-x))_(2)O_(3)薄膜衬底上的周期性三角晶格Al纳米孔阵列的透过率,研究不同(Al_(x)Ga_(1-x))_(2)O_(3)衬底的Al组分x以及Al纳米孔阵列的厚度、孔径和周期对其光学传输特性的影响.数值计算结果表明,当x=0时,在263 nm和358 nm波长范围处出现两个强透射峰,随着x的增大,其中位于263 nm处的透射峰发生轻微蓝移,强度则先增强后下降;358 nm处的透射峰发生明显蓝移且不断加强.若纳米孔阵列的周期不变,随着空气柱孔径增大时,紫外波段两强透射峰峰值位置分别位于244 nm和347 nm处,两峰均先发生红移再蓝移,透过率不断增大,反射率减小.随着周期扩大,紫外波段两强透射峰分别位于249 nm和336 nm处,两透射峰均发生明显红移,其中249 nm处的透射峰红移至304 nm,336 nm处的透射峰红移至417 nm,并且透过率不断降低.随着Al厚度的增大,位于380 nm处的透射峰峰值位置发生蓝移,且透过率不断下降.本文数据集可在https://doi.org/10.57760/sciencedb.j00213.00036中访问获取.

一种用于CIS列级ADC的片上抗PVT变化高精度自适应斜坡发生器

传统的片上全局斜坡发生器电路容易受工艺、电压和温度(PVT)的影响,导致斜坡信号易失真、线性度差;由于寄生电容的影响,片外校准的难度较大。提出了一种可以抗PVT变化,实现自适应校准斜率的斜坡发生器,采用逐次逼近算法细调和定步长搜索法微调相结合的方式,实现对斜坡的两点校正。斜坡校准电路包括电阻型DAC、电流型DAC、逻辑控制、动态比较器等模块。仿真结果表明,自适应斜坡发生器的平均校准周期约为1.143 ms,校准后斜坡微分非线性为+0.00207/-0.00115 LSB,积分非线性为+0.6755/-0.3887 LSB,在不同PVT条件下校准电压误差小于1.5 LSB,平均功耗仅为1.155 mW,与传统斜坡发生器相比具有精度高、功耗低的优点。

感光层厚度对a-GaO_(x)基日盲紫外光电探测器的性能影响研究

为制备高性能日盲紫外光电探测器,采用低温金属有机物化学气相沉积方法制备了非晶氧化镓薄膜。通过对薄膜结构特性测试证明了薄膜的非晶特性,并且薄膜表面较为平坦,光学吸收边位于深紫外波段范围内。在此基础上,研制了日盲紫外光电探测器。随非晶氧化镓感光层厚度由33.2 nm增至133.6 nm,探测器的光电流和暗电流均提升了2个数量级,并且响应度和外量子效率均随感光层厚度提升而增大,探测器的响应度和外量子效率的最大值分别达到2.91 A/W和1419.12%。探测器的厚度依赖特性可归因于界面高缺陷层、光吸收强度以及探测器的几何参数。此外,探测器展现出良好的波长选择性以及时间分辨响应稳定性。

应用于高速图像传感器的高线性度Latch ADC

针对高速应用设备对CMOS图像传感器高速、高线性度的要求,本文在传统SS ADC(Single Slope ADC,单斜模数转换器)的基础上,实现了一款应用于图像传感器的Latch ADC,工作频率达到了600 MHz。Latch ADC可以多列像素共用一个Gray Code计数器,并通过Latch结构快速锁定和存储数据,实现了SS ADC中Counter和SRAM的功能。本文采用110 nm工艺,实现了一种高速12位Latch ADC。经过仿真验证,本文的Latch ADC具有高线性度,每次转换的周期为7.094μs,平均功率为180.3μW,转换功耗为1.279 nJ.

基于AZFA技术的高精度低功耗Σ-Δ调制器

为满足高精度Σ-Δ调制器在实际应用中对于低功耗日益严格的要求,提出一种基于自稳零和双通道动态运放结合的AZFA技术的离散型Σ-Δ调制器。设计采用局部前馈、全局反馈的全差分二阶单bit量化结构,具有低功耗、低失调、低噪声、稳定性好的优点。整体电路采用SMICBCD 0.18μm工艺,工作电压为5 V。仿真结果表明,在过采样率(OSR)为512、采样时钟频率为163 kHz条件下,其信噪比、有效位数、整体功耗等相关指标均有优秀表现,适用于低速高精度低功耗系统的应用场景。

量子级联技术研究进展:从光源到探测

量子级联技术基于多量子阱或超晶格结构中的子带跃迁和共振隧穿理论,既可以产生光源,又可以探测光信号,是量子级联激光器(QCL)和量子级联探测器(QCD)的理论基石,在检测、遥感、通信、雷达等领域具有广泛的应用前景。经过最近三十年的研究,量子级联技术在基础研究、产品性能以及应用系统研发和场景试验方面都取得了重大进展。本文首先简要介绍了量子级联技术的原理和发展历史,随后阐述了量子级联器件子带能级结构和电子输运动力学计算思路,接着重点综述了量子级联技术的研究进展,包括中远红外高功率QCL、中远红外宽调谐QCL、太赫兹QCL、高性能QCD,以及QCL和QCD的单芯片光子集成方面的内容,最后介绍了QCL和QCD的产品与应用情况。

基于分时复用SAR ADC的Zoom ADC

为了在增加有限硬件开销的基础上实现更高的信号噪声抑制比、提高面积利用效率,提出一种基于分时复用SAR ADC的动态zoom ADC。同时提出一种提取粗量化模拟残差并前馈的无源实现方案,不需要有源求和运放的设计,避免了普通无源求和信号的衰减,减小了粗量化部分量化噪声泄露引起的“毛刺”。整体电路分为粗量化和细量化两部分进行设计,粗量化由3位异步SAR ADC实现,细量化由二阶3位量化的sigma-delta调制器实现。基于0.18μm CMOS工艺、3.3V供电电压,在1MHz采样频率下、1kHz带宽内,消耗76μA电流,得到信噪失真比和FOM的具体值,验证了设计的可行性。

非制冷PbSe中红外光导探测器的研究现状与发展趋势

从类型来看,PbSe属于窄禁带直接带隙半导体材料。在室温条件下,其探测性能类似于制冷型光子红外探测材料。然而,目前PbSe探测器的两种标准制造工艺仍存在技术瓶颈,难以制备出大面积、高性能的PbSe光敏薄膜,导致大面阵、高性能PbSe红外成像系统尚未实现商业化生产。此外,诱发和提升PbSe薄膜红外探测能力的敏化机制和光电探测机理仍未明确,无法对晶圆级PbSe薄膜的敏化过程提供精确、量化的指导。这样也就对进一步优化与提升PbSe红外探测器的性能形成了制约。基于PbSe红外探测器的发展历程,归纳与总结了PbSe红外探测器的器件结构、制备工艺、探测机理等方面的研究成果,并预测了PbSe红外探测器未来的发展趋势。

基于斩波稳定技术的可编程增益放大器

为满足模拟前端检测电路的低噪声、低失调的要求,介绍一种采用0.18μm CMOS工艺制作的基于斩波稳定技术的可编程增益放大器。采用斩波稳定技术降低失调与低频1/f噪声,利用可编程增益级提高模拟前端电路输出摆幅的利用率,以满足不同环境下的检测需求。该款放大器从1 Hz到10 kHz的等效输入噪声积分值为1.43μV,使用阻抗增强电路实现4.52 GΩ的运放输入阻抗;采用C-2C电容阵列作为可变电容阵列,可实现0~15倍最小步长1/64倍的增益调节,对于需要精细化调节增益的低噪声电路有广泛的应用场景。

基于NDIR的甲烷气体传感器设计与测试

针对目前非分光红外CH4气体传感器灵敏度较低且响应时间较长等问题,设计一款基于光电导原理的CH4气体传感器。该传感器主要由PbSe光导型红外探测器、信号处理部分电路、光源驱动部分电路及光路气室组成,通过分析气体浓度与探测器输出信号之间的关系,拟合浓度输出关系方程,以实现检测功能。通过实验,在室温下对不同浓度气体进行检测,结果表明该传感器的输出误差、最低检测限、最低响应时间等参数表现良好,可在1000 cm^(3)/m^(3)范围内对气体实现有效测量。

一种采用分段电容DEM方法的噪声整形SARADC

针对传统动态元件匹配(DEM)方法所需硬件资源较多的问题,设计一种二阶误差反馈噪声整形SAR ADC。该设计采用分段电容以减小DAC阵列规模及误差反馈环路电容的容值,缩减整体电路的面积。在此基础上形成一种应用于分段电容阵列的DEM方法,以较小的电路复杂度为代价,减轻电容失配对信噪失真比(SNDR)等性能参数的影响。仿真结果表明,在0.3%的电容失配下,所设计的噪声整形SAR ADC采用8位电容阵列即可实现70.9dB的SNDR,所需面积仅为0.019mm^(2)。

热流传感器响应时间优化方法研究

热流传感器在各个领域的应用越来越广泛,由于航天设备、电子产品等对温度有更严格的控制需求,热流传感器的精度和响应时间也需要达到更高的要求。只提升热流传感器的稳态特性满足不了很多工业领域的动态测量需求,提高热流传感器的动态特性具有很大的意义。从电路方面对热流传感器的响应时间进行优化,从热流传感器系统的主要电路模块入手,包括滤波放大模块,A/D转换模块,调理电路模块,提出具体的优化方案,并比较不同的方案,用Multisim软件仿真,从中选择出响应时间最短的电路方案。

高质量钙钛矿纳米线的气相离子交换及其光电性能

金属卤化物钙钛矿材料具有较高的柔韧性和离子迁移能力,可通过离子交换的方法实现化学组分和光学性能调控。室温溶液法虽然可以制备高质量且较高稳定性的δ-CsPbI_(3)纳米线,但其光电性能较差。利用快速低压气相离子交换的方法,通过改变反应条件,将非钙钛矿相的δ-CsPbI_(3)单晶纳米线转化为具有钙钛矿相晶体结构的混合钙钛矿纳米线(CsPbI_(3-n)Br_(n)(0<n<3)),制得的钙钛矿相CsPbI_(3-n)Br_(n)纳米线不仅保持良好的表面形貌,还具有较强的光致荧光发射特征,并可通过调节交换条件来调控混合钙钛矿纳米线中Br^(-)/I^(-)的浓度比以实现纳米线对不同光谱的吸收与发射。此外,还制备了基于混合钙钛矿CsPbI_(3-n)Br_(n)纳米线的光电探测器,探究了交换程度对光电性能的影响。通过电学测试发现,在3 V偏压、405 nm波长紫外光照射下,该器件的开关比约为1.8×10^(2),响应率最高约为2.26 mA·W^(-1),探测率最大约为1.55×10^(11) Jones。未来,通过优化金属卤化物钙钛矿的离子交换方法,可更精准地调控其化学组成和光学性能,从而增强其在光电探测领域中的应用。