基于多模速率方程电路建模的太赫兹量子级联激光器稳态性能及输出光谱特性分析

通过改进的三能级多模态速率方程,运用电路建模 方法,建立了太赫兹(THz)量子级联激光器(QCL)的一种等效电路模型。由于基于多模 态效应进行建模,所建模型能够有效表 征多模态效应对THz QCL光电性能的影响。模型中,涉及的非辐射散射时间、自激发射弛豫 时间以及电子逃 逸时间均根据器件有源层结构参数通过自洽数值求解获得。采用所建模型,可运用通用电路 仿真工具实现对 THz QCL光电特性的模拟分析,克服了数值分析方法计算复杂、模拟时间长的缺点。运用电 路仿 真工具PSPICE对2.47THz QCL的稳态特性和输出光谱特性进行了模拟 分析,并讨论了温度变化对器 件阈值电流、输出光功率以及输出频谱的影响,分析结果与已报道的理论和实验结果一致 ,验证了本文方法的适用性和准确性。     

低矫顽力GMR磁传感器及其单畴模型的研究

在硅片上制备结构为Ta/NiFeCr/NiFe/CoFe/Cu/CoFe/IrMn/Ta的IrMn顶钉扎自旋阀薄膜,并最终制成了一组基于此自旋阀结构的GMR磁传感器芯片。利用弱磁场下的退火工艺,改变薄膜易磁化轴的方向,当退火温度为150℃、外加磁场为120Oe时,GMR芯片的矫顽力可以降至0.2Oe以下。同时建立了一种自旋阀自由层的单畴模型,用以解释这一退火效应。利用Mat-lab计算GMR芯片的Meff-H曲线,所得到的计算结果与实验结果一致。所以,自旋阀自由层易磁化轴的方向与GMR磁传感器的性能有着密切的关系。     

热稳定自旋阀磁传感器及其性能优化研究

对一种Ta/NiFeCr/CoFe/Cu/CoFe/MnIr/Ta结构的顶钉扎自旋阀进行了优化。对自旋阀各层材料在整个结构中所起的作用进行了分析,并通过实验,研究自旋阀中每一层的厚度对磁电阻变化率(MR)的影响。最终得到了在80℃下磁电阻变化率高达10.5%的GMR自旋阀。     

一种新型MEMS可调滤波器的设计

提出了一种采用非均匀分布MEMS结构的可调滤波器设计方案。基于这种新型结构,讨论了一个中心频率为20GHz的二阶带通可调滤波器模型。通过HFSS对该二阶带通滤波器模型进行了全波分析。仿真结果表明:通过分别改变共面波导结构上方不同部分的MEMS电容高度,该滤波器中心频率在18.71~20.62GHz连续可调,相应的3dB带宽值为2.36GHz和2.94GHz。该滤波器9.5%的可调率相比于同类型均匀分布式滤波器的可调范围增加了大约18.6%(300MHz)。通过分析可知,采用非均匀分布MEMS结构的可调滤波器不仅结构更紧凑合理,而且获得了比均匀结构更大的调节范围,极大地增加了设计的灵活性。     

YIG thin film for RF integrated inductor

The yttrium iron garnet(YIG) thin films prepared by the sol-gel method and rapid thermal annealing(RTA) process for integrated inductor are investigated. The X-ray diffraction(XRD) results indicate that the YIG film annealed above 650 ℃ is poly-crystalline with single-phase garnet structure. Moreover, it can be found that the initial permeability μi, saturation magnetization M_S and coercivity H_c of these YIG films increase with increasing RTA temperature. Low temperature annealing after crystallization can further improve the magnetic properties of YIG film. Thereby, a planar integrated inductor in the presence of Si substrate/SiO_2 layer/Y_(2.8)Bi_(0.2)Fe_5O_(12) thin film/Cu spiral coil structure is fabricated successfully by the standard IC processes. Due to the magnetic enhancement originated from YIG film, the inductance L and quality factor Q of the inductor with YIG film are improved in a certain frequency range.     

一种控制硅深刻蚀损伤方法的研究

提出了提高硅深反应离子刻蚀的新方法。该方法在硅的侧壁PECVD淀积SiO2，硅的底部采用热氧化的方法形成SiO2。由于在刻蚀中硅与SiO2的刻蚀选择比为120∶1-125∶1，因此SiO2层可以抑制在硅-玻璃结构的刻蚀中出现的lag和footing效应，扫描电镜结果也证明，采用改进工艺后的硅结构在经过长时间的过刻蚀后仍然保持了完整性。硅陀螺测试结果也证明了改进工艺的正确性。     

基于电路建模的THz量子级联激光器稳态性能分析

通过改进的三能级速率方程运用电路建模方法建 立了太赫兹(THz)量子级联激光器(QCL,quantum cascade)的一种等效电路模型。模型中, 涉及的非辐射散射时间、自激发射弛豫时间 以及电子逃逸时间均根据器件有源层结构参数通过自洽数值求解获得。采用该模型可运用通 用电路仿真工 具实现对THz QCL器件光电特性的模拟仿真,克服了数值分析方法计算复杂,模拟时间长的 缺点。运 用电路仿真工具PSPICE对3.9THz QCL的稳态特性进行了模拟仿真,并 讨论了温度变化对器件阈值电 流、增益系数、粒子数反转的影响,其分析结果与已报道的理论和实验结果一致,验证了本 方法的适用性和准确性。     

注入区势垒厚度对THz量子级联激光器光电特性的影响

为优化多量子阱结构THz量子级联激光器(QCL,qua ntum cascade laser)有源区的结 构设计,本文运用自洽数值求解与电路建模相结合的方法研究了器件有源层注入区势垒厚度 变化 对器件光电及温度特性的影响。首先采用自洽数值求解获得注入区势垒厚为3.0~6. 8nm器件非辐射 散射时间、自激发射弛豫时间以及电子逃逸时间等描述器件有源区输运特性的重要参量;然 后运用电路建 模方法基于三能级速率方程建立了器件的等效电路模型;最后运用电路仿真工具PSPICE对注 入区势垒厚 为3.0~6.8nm器件的光电特性进行了模拟分析,并讨论了器件有源层 注入区的势垒厚度参数变化对器件阈 值电流、输出光功率和输入阻抗等性能参数的影响,分析结果与已报道的理论和实验结果一 致,证明了 通过合理优化有源区的结构参数可以进一步提高器件性能。     

THz量子级联激光器跃迁速率的数值求解及验证

THz量子级联激光器(QCL,quantum cascade laser )有源区载流子的跃迁速率是研究激光器内部输运特性,模拟激光器特性和优化设计的关键 参数。本文针对跃迁速率的计算问题,在连续介质模型下提出了一种运用自洽方法和费米黄 金法则计算THz QCL有源区载流子跃迁速率的方法。方法考虑了包括电子-纵向光声子散射 、电子-电子散射机制以及电子-光子散射对跃迁速率的影响。利用本文方法对已报道的TH z QCL进行了数值模拟,讨论了温度参数和注入掺杂浓度参数对跃迁速率的影响并进行了模 拟分析,分析结果与已报道的理论和实验结果一致,验证了方法的适用性和准确性。本文方 法的提出为运用速率方程法进行THz QCL有源层的建模和优化设计提供了基础。     

热稳定自旋阀磁传感器及其性能优化研究

对一种Ta/NiFeCr/CoFe/Cu/CoFe/MnIr/Ta结构的顶钉扎自旋阀进行了优化.对自旋阀各层材料在整个结构中所起的作用进行了分析,并通过实验,研究自旋阀中每一层的厚度对磁电阻变化率(MR)的影响.最终得到了在80℃下磁电阻变化率高达10.5%的GMR自旋阀.