水平式隧穿磁强计表头的制作

水平式隧穿磁强计是一种新型隧穿磁强计,其特点是反映磁场变化的洛伦兹力与敏感元件在同一水平面内。该文介绍了这种隧穿磁强计的工作原理,分析了与垂直式隧穿磁强计的区别。给出了表头的加工版图、加工工艺及相应的工艺简图,分析了工艺难点。介绍了按此工艺研制的两种表头:一为直梁式,其加工相对容易、可靠性高;另一种为折叠梁式,其弹性好,位移灵敏度高。SEM照片显示:结构平整、无毛刺。两种结构的表头均进行了封装。     

谐振式隧穿磁强计的理论研究

分析了隧道扫描显微镜和隧穿磁强计的区别，认为隧穿磁强计的隧尖不需要也不应该过尖。研究了隧道间隙和隧道电流的关系。研究表明，虽然按照隧道效应理论，隧道间隙和隧道电流应该成指数关系，但对隧穿磁强计而言，其隧道电流和隧道间隙的关系可以近似看作线性关系。推导了谐振式隧穿磁强计的灵敏度计算公式。     

MOSFET栅氧泄漏隧穿电流的分析模型:量子力学研究(英文)

研发了一种通过MOSFET的超薄栅氧化物分析直接隧穿电流密度的模型。采用Wentzel-Kramers-Brilliouin(WKB)近似计算了隧穿概率,利用清晰的表面势方程改进模型的准确性。在研究模型中考虑了Si衬底中反型层的量子化和多晶硅栅耗尽,还研究了多晶硅掺杂对栅氧化层隧穿电流的影响。仿真结果表明,栅氧化层隧穿电流随多晶硅栅掺杂浓度的增加而增加。该结论与已报道的结果相吻合,从而证明了该模型的正确性。     

隧穿晶体管研究进展

随着晶体管尺寸不断缩小,CMOS电路的功耗问题变得日益严重。隧穿晶体管是一种基于载流子的隧道效应工作的器件,可以在室温下实现小于60 mV/dec的亚阈值摆幅,具有很好的低功耗应用前景。但常规的隧穿晶体管导通电流比较小,而且具有双极特性。首先介绍了隧穿晶体管的结构和工作原理。其次,针对常规隧穿晶体管问题,综述了国内外研究进展,包括Ge材料隧穿晶体管、纳米线隧穿晶体管等。最后介绍了一种基于隧穿介质层的新型隧穿晶体管,器件仿真结果表明这种新型器件可以有效抑制双极特性。     

量子效应和小型化对隧穿晶体管特性的影响

基于二维器件仿真工具,研究了量子效应和小型化对双栅隧穿场效应晶体管的特性和可靠性的影响.隧穿晶体管中的量子效应除了带间隧穿,还包括量子统计效应和垂直沟道方向的量子限制效应.研究表明,量子统计效应和量子限制效应对隧穿晶体管的电流电压特性,特别是正偏压温度不稳定性(PBTI)是非常重要的.另外,随着沟道长度和体硅厚度的缩小,隧穿晶体管的电流电压特性和可靠性都得到了改善,但在保持相同等效氧化层厚度的情况下,使用高介电常数的栅介质不会改善器件的电流电压特性及可靠性.     

共振隧穿电路中翻转-传输代数系统的建立

在传统数字电路天关一信号理论的基础上.提出了一个全新的基于共振隧穿RT(Resonant Tunneling)电路的翻转-传输理论,建立了适用于共振隧穿电路的翻转-传输代数系统,确定了两种联结运算,并用共振隧穿器件实现了该两种联结运算的基本电路结构.为设计共振隧穿电路特别是基本逻辑电路提供了一个全新的理论基础和系统的设计方法.     

轴向应变对双势垒结构共振隧穿的影响

首先介绍了共振隧穿理论和一种新效应--介观压阻效应,对AlxGa1-xAs/GaAl/AlxGa1-xAs共振隧穿双势垒结构的轴向施加压应变作了分析,然后计算了轴向应变对垒宽和垒高的影响,对透射系数和隧穿电流用Matlab作了仿真.发现压应变可以使隧穿电流线性增加,偏压不同电流增加的速率也不同,为设计共振隧穿器件提供了理论依据.     

（英）中红外量子级联激光器输运特性的仿真

基于一种非局域化的输运模型,对不同结构不同温度下的中红外量子级联激光器的输运特性进行了仿真。在这个模型中,利用量子隧穿、微带隧穿以及热载流子输运等长程载流子输运模型,对传统的扩散-漂移方程进行了矫正.并将基于上述集成模型的计算结果和实验结果进行了比较,通过拟合参数的合理设置,计算结果和实验结果得到了很好的吻合.     

加速度计/磁强计无陀螺捷联惯导姿态解算研究

针对无陀螺捷联惯导系统姿态解算随时间不断积累的问题,提出一种磁强计辅助无陀螺捷联惯导的组合方案,利用磁强计测量的地磁信息来修正无陀螺惯导系统的姿态角误差,提高了姿态角的解算精度。推导了磁强计输出和姿态角之间的关系,在此基础上提出了一种姿态优化算法,介绍了算法的基本原理;建立了误差四元数的姿态组合模型,并采用反馈校正完成动态条件下姿态的确定;最后对姿态误差角进行了仿真研究,仿真结果表明该方法有效地抑制了误差的发散。     

深亚微米MOS器件中栅介质层的直接隧穿电流

在WKB近似的理论框架下,提出了一个MOS器件中栅介质层直接隧穿电流的模型.在这个模型中,空穴量子化采用了一种改进的单带有效质量近似方法,这种方法考虑了价带的混合效应.通过与试验结果的对比,证明了这个模型可以适用于CMOS器件中电子和空穴的隧穿电流.还研究了介质层能隙中的色散对隧穿电流的影响.这个模型还可以进一步延伸到对未来高介电常数栅介质层中隧穿电流的研究.     

新型磁驱动增大检测电容的高精度MEMS惯性传感器研究

增大传感器振子的质量和静态测试电容可以减小电容式MEMS惯性传感系统的噪声,而深度粒子反应刻蚀工艺由于复杂的工艺原因,当深宽比较大时,不能刻蚀出大质量和大初始电容的传感器.据此,本文研究了一种磁驱动增大检测电容的MEMS惯性传感器,通过电磁驱动器,传感器的静态测试电容可以大幅增加,在梳齿电容上刻蚀阻尼槽后,其机械噪声达到0.61μg每根号赫兹,仿真其共振频率为598Hz,静态位移灵敏度为0.7μm每重力加速度,基于硅 玻璃键合工艺,制作了栅形条电容式惯性传感器,并用电磁驱动的方式测试其品质因子达到715,从而验证了制作工艺的可行性和电磁驱动器改变传感器初始静态测试电容的可行性.     

Geometry optimization of a Lorentz force,resonating MEMS magnetometer

In this paper, we propose a multiphysics-based optimization of the geometry of a microbeam, which represents the sensing part of a Lorentz force, resonating, MEMS magnetometer. The optimization problem is framed by accounting for a (weak) electro-thermo-mechanical coupling, which induces a state of residual stresses in the microbeam, clamped at both its ends. Nonlinearities caused by the aforementioned residual stresses and by the electrostatic sensing are taken into account up to second order. In the optimization procedure, two objective functions are handled, as linked to the sensitivity (to be maximized) and to the power consumption (to be minimized) of the system; a constraint is also accounted for to ensure the sensor to work within a required frequency regime.By considering the microbeam width and length as design parameters, we show that a set of possible optimal designs can be obtained by tuning the weighting factors mixing the two aforementioned objective functions.     

地面连续测量轮轨垂向力的方法

现普遍采用的轮轨力测试方法一般是测力轮对法或根据我国规范测试轮轨力方法较为常用。测力轮对法虽然可以实现轮轨力在线连续测量,但需要安装专门的轮对,不便于现场普遍测试。按照测试规范进行测试又不能实现地面轮轨力连续测量。中国铁路交通具有运量大、车次频、速度越来越快等显著特征,在这样的背景下,研究出地面连续测量轮轨垂向力的方法对于保证列车运行安全具有普遍作用。从轨道结构力学方法入手,结合有限元结构计算,研究轨道结构受力形态和轨枕支承反力分布情况,进而研究地面连续测量轮轨垂向力的方法。     

Investigation of a Lorentz force biomagnetometer

This work evaluates an approach to the noninvasive measurement of small ionic current flows by a technique of Lorentz force magnetometry. An instrument was constructed that is basically a very sensitive force-balance that can measure Lorentz forces experienced by ionic currents flowing in small objects when exposed to strong oscillating magnetic fields. For objects that can fit on a microscope slide, the system is sensitive to ion current dipole moments as low as 180 pA-m. Images were made of ionic currents flowing in thin profiles by a process of scanning a localized magnetic field over the object, measuring generated Lorentz forces, and using a computer to reconstruct images. It can be shown that this method of Lorentz magnetometry has an immunity to ambient magnetic noise and has system characteristics that might suggest its possible use in biomagnetometry of small thin specimens     

Motion of a charged particle in electric and magnetic fields

The motion of a charged particle in time-varying uniform electric and magnetic fields has been determined exactly by writing the Lorentz force equation in a matrix form. The general solution is obtained by solving the ordinary first-order linear differential equation.     

谐振式隧穿磁强计的理论研究

分析了隧道扫描显微镜和隧穿磁强计的区别 ,认为隧穿磁强计的隧尖不需要也不应该过尖。研究了隧道间隙和隧道电流的关系。研究表明 ,虽然按照隧道效应理论 ,隧道间隙和隧道电流应该成指数关系 ,但对隧穿磁强计而言 ,其隧道电流和隧道间隙的关系可以近似看作线性关系。推导了谐振式隧穿磁强计的灵敏度计算公式     

洛伦兹光束通过一阶轴对称光学系统的传输变换特性

从广义惠更斯-菲涅耳衍射积分出发,导出了洛伦兹光束通过一阶轴对称光学系统传输变换的解析公式.给出了洛伦兹光束的束宽、瑞利长度和发散角的表达式,讨论了这些参量通过自由空间的变换规律.结果表明,洛伦兹光束的瑞利长度大于高斯光束的瑞利长度,洛伦兹光束光斑半径的扩展速度慢于高斯光束,洛伦兹光束的远场发散角小于高斯光束的远场发散角.结果还表明,自由空间中洛伦兹光束的束宽、瑞利长度和发散角的变化规律与高斯光束相应参量的变化规律相同.     

Test and Testability of a Monolithic MEMS for Magnetic Field Sensing

This paper addresses MEMS testing through a case study: a micromachined magnetic field sensor with on-chip electronics. The sensor element is based on a cantilever beam that is deflected by means of the Lorentz force. Embedded piezoresistors are used to detect strain in the cantilever beam and thus to detect the magnetic field. A test approach is presented for the whole system focussing on fault classification, on design for testability and on production test costs. Fault classification introduces several catastrophic and parametric faults on both mechanical and electrical elements. Simple and low-cost design for testability such as test point insertion is then discussed for test cost reduction and for fault coverage enhancement.     

An Instrument for Recording ULF-ELF Geomagnetic Fluctuations Measured by Optically Pumped Magnetometers

A small, low-cost, highly sensitive system to record geomagnetic fluctuations on the ocean floor is described. The technique employed is to amplify the effective sensitivity of the Cs-vapor magnetometer with an intermediate stage discriminator amplifier voltagecontrolled oscillator prior to magnetic recording. The resultant overall electronic system noise level obtained is well below the inherent noise level of the sensor, permitting accurate measurement of undersea magnetic fluctuations up to 5 Hz.