新型自对准石墨烯场效应晶体管制备工艺

提出了一种新型自对准石墨烯场效应晶体管(graphere field-effect transistor,GFET)制备工艺,该工艺可与现有Si CMOS工艺相兼容。利用该工艺制备的自对准栅GFET器件可以消除传统GFET器件制备过程中存在的栅极与漏极和源极覆盖区的寄生电容或栅极与源极和漏极暴露区的寄生电阻,使器件直流特性得到了很大改善。对制作的样品进行直流I-V特性测试时,清楚地观测到了双极型导电特性。制作的沟道长度为1μm的自对准GFET器件样品最大跨导gm为2.4μS/μm,提取的电子与空穴的本征场效应迁移率μeeff和μheff分别为6 924和7 035 cm2/(V·s),顶栅电压VTG为±30 V时,器件的开关电流比Ion/Ioff约为50,远大于目前已报道的最大GFET开关电流比。     

石墨烯场效应管的Verilog-A建模

在传统硅基器件日益趋近物理极限的背景下,石墨烯场效应管作为一种新型纳米器件受到了广泛关注。以漂移-扩散传输理论为基础,得到了石墨烯场效应管的漏电流解析表达式,并以此建立了适合电路设计的石墨烯场效应管Verilog-A模型。利用该模型对栅长为10μm、沟道宽度为5μm的石墨烯场效应管进行HSPICE仿真,仿真结果与实验所测数据相符。在此基础上,给出了基于石墨烯场效应管的共源放大电路、共漏放大电路和共栅放大电路三种基本电路组态的仿真结果,表明石墨烯场效应管应用于模拟及RF电路具有广阔的前景。     

石墨烯太赫兹波段性质及石墨烯基太赫兹器件

石墨烯在太赫兹波段的优异性质,使其在太赫兹源、太赫兹探测和太赫兹调控三个方面都具备广阔的应用前景。主要对石墨烯在太赫兹波段的性质及石墨烯基太赫兹器件的相关研究进行了综述,并对石墨烯在太赫兹波段的应用前景进行了展望。在石墨烯太赫兹波段性质方面,主要介绍了石墨烯的电导模型、静态和超快光谱响应特性,以及表面太赫兹波辐射特性。在石墨烯基太赫兹器件方面,主要综述了基于光、电、磁调控的太赫兹主动器件,石墨烯基超材料的太赫兹调制器,基于阻抗匹配的减反射调控器件,以及可调太赫兹源器件的最新研究进展。     

石墨烯纳米条带场效应管及构建电路研究

本文提出一种源漏轻掺杂异质栅结构石墨烯纳米条带场效应晶体管Graphene Nano Ribbon Field-effect Transistor(HMG-LDDS-GNR-FET),采用量子力学模型,研究其电学特性.仿真结果表明,与普通石墨烯纳米场效应晶体管(C-GNRFET)相比,HMG-LDDS-GNRFET的漏电流更小、开关电流比更大,电压增益也更大.该研究结果对碳基材料场效应管器件的设计有指导意义.     

太赫兹InP HEMTs的神经网络建模方法

包含新技术、新材料的非传统器件的不断涌现使现有的模型已不能完全表征THz器件的特性。而采用神经网络建模的方法,可极大地提高建模的效率和精确度,解决一系列传统模型所无法解决的问题,是一种新型的CAD建模方法。本文采用神经网络空间映射的方法,在传统的粗模型的基础上对输入信号进行有效地修正,从而得到适合太赫兹器件的精确模型,器件的截止频率Ft和最高振荡频率Fmax分别为220GHz和310GHz。模型在直流IV和1-110GHz范围内的S参数与测试结果吻合较好,比传统粗模型的精度有了较大的提高。     

太赫兹 InP HEMTs 的神经网络建模方法

包含新技术、新材料的非传统器件的不断涌现使现有的模型已不能完全表征THz 器件的特性。而采用神经网络 建模的方法,可极大地提高建模的效率和精确度,解决一系列传统模型所无法解决的问题,是一种新型的CAD 建模方法。 本文采用神经网络空间映射的方法,在传统的粗模型的基础上对输入信号进行有效地修正,从而得到适合太赫兹器件的 精确模型,器件的截止频率Ft 和最高振荡频率Fmax 分别为220GHz 和310GHz。模型在直流IV 和1-110GHz 范围内的S 参数与测试结果吻合较好,比传统粗模型的精度有了较大的提高。     

基于载流子注入产热机制的半导体激光器热模型分析

为解决常用经验计算公式参数复杂、产热项考虑不足等问题,采用优化的激光器热模型分析了激光器连续工作时有源区温度的变化并进行了实验验证。通过分析有源区注入载流子产热机制,建立了替代传统的热源计算公式的经验计算公式,考虑了载流子通过激光器内部渐变异质结时的势垒电阻以提高焦耳热计算精度。制作了电极尺寸为10μm、台面尺寸为20μm的半导体激光器件并对器件热特性进行了模拟。由于未考虑热载流子注入效应,利用传统经验公式得出的有源区热功率密度比提出的优化模型偏低,因而理论模拟的器件内部温升也偏低。对激光器出光特性进行测试,推导出不同注入电流下激光器内部有源区的温升。测量与理论分析对比表明,采用经验公式得出的结果比实际测试结果偏低,而优化的热模型解决了该问题,利用该方法得出的有源区温升与测试结果最大偏差仅为0.2K,且温升随注入电流的变化趋势一致。     

基于Matlab/Simulink的SiC MOSFET建模与分析

针对现阶段SiC MOSFET建模研究无法应用在电机控制系统领域的现状,提出了一种基于Matlab/Simulink的SiC MOSFET仿真电路模型。对功率器件的动态特性和静态特性进行综合分析,采用非分段受控电流源模型模拟功率器件静态特性,具体分析SiC MOSFET的开关过程,同时采用曲线拟合的方法对影响器件开关过程的非线性电容进行表征,在Matlab/Simulink中建立SiC MOSFET等效电路模型。为了验证模型准确性,将仿真结果与数据手册中的数据进行比较分析,仿真结果表明所建模型可以较为准确地描述SiC MOSFET动、静态特性,开通时间和关断时间误差均小于7%,对比结果验证了模型的准确性和有效性。建立的模型为SiC MOSFET在电机控制策略仿真及应用领域提供了参考依据。     

基于分段拟合的SiC MOSFET模型优化方法

提出了一种基于分段拟合的SiC MOSFET模型优化方法.将表征静态特性的核心单元模型优化为分段模型,以使其能同时准确表征高、低栅压下器件的静态特性.同时,在模型分段处进行线性插值以保证模型函数的连续性,基于器件漏源支路元器件参数对拟合数据进行修正以提高模型表征参数的提取准确度.此外,为提高器件的动态模型准确度,增加了栅漏结电容模型函数的分段点,并给出了分段点选择方法.将优化前后栅漏结电容模型函数和静态仿真结果与测试获得的电容曲线、转移曲线和输出曲线进行对比,曲线匹配度较高,表明提出的优化方法显著提高了动态和静态模型的准确性.最后,搭建了SiC MOSFET开关特性测试平台,通过动态开关实验验证了模型优化方法的准确性.     

基于光场理论的场景仿真

成像系统仿真对光学遥感器的论证、设计和在轨性能预估具有重要意义。场景作为遥感的对象,其特性的表征和模拟对仿真结果有直接影响。场景特性难以全面表征,针对光学遥感及其应用最为关键的几何、光谱和辐射特性,提出一种基于光场理论的数字场景仿真方法。以包含空间坐标、方向、波长、强度的全光函数作为数字场景仿真的表征参数,建立了涵盖太阳直射、天空漫射和背景反射等因素的数字场景入射辐照度场模型,以及考虑方向反射特性的数字场景出射辐亮度场模型,并基于简单场景对模型进行分析和验证。该方法能够为成像系统仿真及新型载荷研制提供包含多种特性的数字场景模型。     

基于MET模型的VDMOSFET建模

研究了VDMOS的独特结构,建立了适合该器件的拓扑结构,电容、源漏二极管和源漏电流方程,提出了一个基于MET模型的VDMOS模型。以Verilog-A语言嵌入到EDA设计工具Cadence和电路模拟程序HSPICE中,基于Verilog-A的仿真结果可实现与测试数据的准确拟合。应用模型到士兰微电子S-Rin系列第三代高压VDMOS产品的建模中,工作电压涵盖500V、600V、650V和800V,测量和仿真所得I-V,C-V特性曲线对比结果吻合很好,验证了模型具有良好的精度,可以表征VDMOS交直流特性。     

腐蚀溶液对石墨烯转移质量和GFET性能的影响

对比分析了过硫酸铵(APS)与三氯化铁(FeCl3)两种腐蚀溶液对转移后石墨烯质量的影响.结果表明,采用FeCl3腐蚀溶液转移后的石墨烯表面会引入Fe和Cl离子,而APS腐蚀溶液转移后的石墨烯表面基本未引入杂质.将两种转移到SiO2/Si基底上的石墨烯样品蒸镀100 nm厚的金的源漏电极后分别制成了石墨烯场效应晶体管(GFET),并在室温下对其进行了电学性能测试.测试结果表明,相对于FeCl3腐蚀溶液转移的石墨烯样品制成的器件,采用APS腐蚀溶液转移的石墨烯样品制成器件的狄拉克点从75 V左右降低到了0V左右,载流子迁移率从823 cm2/(V·s)提升到了1 324 cm2/(V·s).因此,采用APS腐蚀溶液转移石墨烯引入杂质更少,制备的器件性能更优越.     

太赫兹平面肖特基二极管参数模型

根据太赫兹平面肖特基二极管物理结构,在理想二极管SPICE参数模型的基础上建立了二极管小信号等效电路模型。依据该二极管等效电路模型设计了基于共面波导（CPW）去嵌方法的二极管S参数在片测试结构,并对其在0.1~50 GHz、75~110 GHz频率范围内进行了高频小信号测试,利用测试结果提取了高频下二极管电路模型中各部分电容、电阻以及电感参数。将相应的高频下电容与电阻参数分别与低频经验公式电容值和直流I-V测试提取的电阻值进行了对比,并利用仿真手段对高频参数模型进行了验证。完整的参数模型以及测试手段相较于理想二极管SPICE模型和传统的参数提取方法可以更为准确地表征器件在高频下的工作状态。该建模思路可用于太赫兹频段非线性电路的优化设计。     

GaN HEMT器件22元件小信号模型

采用了新型的包含22元件的GaN HEMT小信号模型,通过增加与栅源电容Cgs和栅漏电容Cgd并联的电导Ggsf和Ggdf来表征GaN HEMT栅漏电情况.结果表明22元件小信号模型拟合度提高,物理意义更为明确.同时重点改进了寄生电容参数的提取方法,可有效地提取新型栅场板、源场板器件小信号参数.由算法提取的参数值可准确反映GaN HEMT器件的物理特性.     

GaN HEMT器件22元件小信号模型

采用了新型的包含22元件的GaN HEMT小信号模型,通过增加与栅源电容Cgs和栅漏电容Cgd并联的电导Ggsf和Ggdf来表征GaN HEMT栅漏电情况.结果表明22元件小信号模型拟合度提高,物理意义更为明确.同时重点改进了寄生电容参数的提取方法,可有效地提取新型栅场板、源场板器件小信号参数.由算法提取的参数值可准确反映GaN HEMT器件的物理特性.     

III-V族化合物HBT建模

III-V族化合物 HBT微波特性的精确建模对该类器件的微波功率应用极为重要.本文开发了一个可精确用于表征III-V族化合物HBT直流、大、小信号特性的新模型，并可用于对HBT器件极为重要的自热效应的仿真. 模型开发过程中对UCSD HBT模型和VBIC BJT模型进行了借鉴，但新模型不同于以上两个模型. 模型通过对比直流、S参数和功率测量结果进行验证.     

AlGaN/GaN HEMT小信号模型参数提取算法

本文采用了新型的22元件AlGaN/GaN HEMT小信号等效电路模型,较传统的模型,增加了栅漏电导Ggdf和栅源电导Ggsf来表征GaN HEMT的栅极泄漏电流。同时针对新型的栅场板、源场板结构器件,提出了一种改进的寄生电容参数提取方法,使之适用于提取非对称器件的小信号模型参数。为验证此模型,获得了S参数的测试结果和模型仿真结果,此二者的吻合度较高,表明新型的22元件小信号模型精确、稳定而且物理意义明确。     

n型纳米非对称DG-TFET阈值电压特性研究

n型纳米非对称双栅隧穿场效应晶体管(DG-TFET)速度快、功耗低,在高速低功耗领域具有很好的应用前景,但其阈值电压的表征及其模型与常规MOSFET不同.在深入研究n型纳米非对称DG-TFET的阈值特性基础上,通过求解器件不同区域电场、电势的方法,建立了n型纳米非对称DG-TFET器件阈值电压数值模型,探讨了器件材料物理参数以及漏源电压对阈值电压的影响,通过与Silvaco Atlas的仿真结果比较,验证了模型的正确性.研究表明,n型纳米非对称DG-TFET的阈值电压分别随着栅介质层介电常数的增加、硅层厚度的减薄以及源漏电压的减小而减小,而栅长对其阈值电压的影响有限.该研究对纳米非对称DG-TFET的设计、仿真及制造有一定的参考价值.     

Ⅲ-Ⅴ族化合物HBT建模

Ⅲ-Ⅴ族化合物HBT微波特性的精确建模对该类器件的微波功率应用极为重要.本文开发了一个可精确用于表征Ⅲ-Ⅴ族化合物HBT直流、大、小信号特性的新模型,并可用于对HBT器件极为重要的自热效应的仿真.模型开发过程中对UCSD HBT模型和VBIC BJT模型进行了借鉴,但新模型不同于以上两个模型.模型通过对比直流、S参数和功率测量结果进行验证.     

Ⅲ-Ⅴ族化合物HBT建模

Ⅲ-Ⅴ族化合物HBT微波特性的精确建模对该类器件的微波功率应用极为重要.本文开发了一个可精确用于表征Ⅲ-Ⅴ族化合物HBT直流、大、小信号特性的新模型,并可用于对HBT器件极为重要的自热效应的仿真.模型开发过程中对UCSD HBT模型和VBIC BJT模型进行了借鉴,但新模型不同于以上两个模型.模型通过对比直流、S参数和功率测量结果进行验证.