基于CVD单层MoS_2 FET的光电探测器北大核心

通过化学气相沉积(CVD)工艺在SiO_2/Si衬底生长出MoS_2材料,对材料进行喇曼光谱表征,验证了单层MoS_2的存在;基于CVD生长的单层MoS_2完成了晶圆级背栅场效应晶体管(FET)光电探测器的工艺研发;对MoS_2 FET器件进行了电学特性表征,开关比可达到105数量级,场效应迁移率约为1 cm2·V-1·s-1,栅极漏电流为10-10 A数量级;对MoS2FET器件的光电特性进行了表征,该光电探测器具有普通光电导探测器的基本光电特性,其光电流随光照强度的增强以及源漏电压的增加而增加,同时由于栅极的调制提高了光电探测器的灵活性。通过控制栅极电压能够控制MoS2FET光电探测器的暗电流大小,实现对探测器η参数的有效调制。最后通过器件能带图对MoS_2 FET光电探测器的光电特性进行了阐释,为其走向实际应用奠定了理论基础。     

后CMOS器件的候选者

介绍了几种后CMOS器件可能的候选器件:谐振隧道器件、单电子晶体管、碳纳米管晶体管、分子器件和自旋晶体管。     

一种改进型的CMOS电荷泵锁相环电路

设计了一种宽频率范围的CMOS锁相环(PLL)电路,通过提高电荷泵电路的电流镜镜像精度和增加开关噪声抵消电路,有效地改善了传统电路中由于电流失配、电荷共享、时钟馈通等导致的相位偏差问题。另外,设计了一种倍频控制单元,通过编程锁频倍数和压控振荡器延迟单元的跨导,有效扩展了锁相环的锁频范围。该电路基于Dongbu HiTek 0.18μm CMOS工艺设计,仿真结果表明,在1.8 V的工作电压下,电荷泵电路输出电压在0.25~1.5 V变化时,电荷泵的充放电电流一致性保持很好,在100 MHz~2.2 GHz的输出频率内,频率捕获时间小于2μs,稳态相对相位误差小于0.6%。     

MOSFET基分布式放大器的研究进展

对于一种基于金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的分布式放大器的设计原理做了较为详细的阐述.从增益单元的设计、匹配网络和低噪声特性的改进三个不同的方面,介绍了MOSFET基分布式放大器的研究进展并展望了MOS-FET基分布式放大器的发展趋势.     

基于CMOS工艺的150 GHz正交外差探测器电路设计

传统太赫兹探测器仅能获取信号幅值信息,为此提出一种正交外差混频结构,可同时获得信号的幅值、相位和极化信息,有效提升探测器的灵敏度和信息量。该探测器基于40 nm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺,在传统吉尔伯特双平衡混频结构的开关级与跨导级之间串联电感,输出级联cascode中频放大器,进一步提高探测器响应电压。经过仿真优化,该探测器在 -50 dBm射频功率,0 dBm本振功率条件下,1 GHz中频信号的电压响应度为1 100 kV/W,噪声等效功率为26.8 fW/Hz^1/2,输出波形显示了良好的正交性。同时,设计了一个1∶8层叠式功分器用于分配本振功率,在150 GHz频率处,该功分器的插入损耗约为5 dB,四路差分输出信号的幅值差为0.8~1.2 dB,相位差为0.4°~1.7°。     

由pnp双极型晶体管和PMOS构成的CMOS负阻单元

使用pnp双极型晶体管和pMOS,按照正反馈产生负阻I-V特性的原理,采用CMOS工艺,设计研制成功CMOS负阻单元,并对它进行了实际的测试与验证,效果良好,而且可以用它作为基础性器件,构成与CMOS工艺相兼容的负阻型逻辑电路,比常规CMOS电路节省大量器件。     

基于0.13μm CMOS的WiFi功率放大器设计

基于TSMC 0.13 μm CMOS工艺,设计了一款适用于无线保真(WiFi)收发机的发射端、工作在2.4 GHz且增益可控的三级级联功率放大器.驱动级采用单管结构,后两级采用共源共栅(MOSFET)结构.利用调节共源共栅晶体管栅极的电容来改变栅极电压的相位,进而弥补了共源共栅结构的劣势,增加了整个系统的线性度和增益.另外,使用外部数字信号控制每级偏置的大小来适应不同的输出需求.整个结构采用电源电压:第一级为1.8V,后两级为3.3V,芯片面积为1.93 mm×1.4 mm.利用Candence Spectre RF软件工具对所设计的功率放大器进行仿真.结果表明,在2.4 GHz的工作频点,功率放大器的饱和输出功率为24.9 dBm,最大功率附加效率为22％,小信号增益达到28 dB.     

基于应变Si/SiGe的CMOS电特性模拟研究

提出了一种应变Si/SiGe异质结CMOS结构,采用张应变Si作n-MOSFET沟道,压应变SiGe作p-MOSFET沟道,n-MOSFET与p-MOSFET采用垂直层叠结构,二者共用一个多晶SiGe栅电极.分析了该结构的电学特性与器件的几何结构参数和材料物理参数的关系,而且还给出了这种器件结构作为反相器的一个应用,模拟了其传输特性.结果表明所设计的垂直层叠共栅结构应变Si/SiGe HCMOS结构合理、器件性能提高.     

基于CMOS工艺的太赫兹探测器

提出了一种新型多频太赫磁探测器电路结构,采用圆形、菱形以及环形天线嵌套式构成多频探测单元,四个探测器相互之间设计保护层包围隔离,防止外部电路对其影响.在高频结构仿真器(HFSS)下对设计的双环差分天线、单环差分天线、圆形开槽天线和菱形天线进行模型与特性参数仿真优化.基于TSMC CMOS 0.18 μm工艺制备了多频太赫兹探测器芯片,该芯片能实现280,290,320,600和806 GHz多频段探测功能.测试结果表明,双环天线结构、圆形开槽天线结构、菱形天线结构和单环差分天线结构的探测器在阈值电压为0.42 V时,最佳响应度分别为366.6,1 286.6,366.3和701.2 V/W,最小噪声等效功率分别为0.578,0.211,0.594和0.261 nW/√Hz.     

2.4GHz全集成CMOS Doherty功率放大器

采用0.18μm CMOS工艺设计并制作了一个2.4 GHz全集成CMOS Doherty功率放大器.着重考虑了片上螺旋电感的回流路径对电感模型的影响,并在设计中使用了一种新颖的螺旋电感版图结构来避免回流路径的影响.实测结果表明该功率放大器增益达到16dB,1dB压缩点为20.5dBm,峰值输出功率和对应功率附加效率分别为21.2dBm和20.4％,整个芯片面积为2.8mm×1.7mm.     

基于RTD与CMOS的新型数字电路设计

纳米电子器件RTD与CMOS电路结合,这种新型电路不仅保持了CMOS动态电路的所有优点,而且在工作速度、功耗、集成度以及电路噪声免疫性方面都得到了不同程度的改善和提高。文中对数字电路中比较典型的可编程逻辑门、全加器电路进行了设计与模拟,并在此基础上对4×4阵列纳米流水线乘法器进行了结构设计。同时讨论了在目前硅基RTD器件较低的PVCR值情况下实现相应电路的可行性。     

Engineering Field Effect Transistors with 2D Semiconducting Channels: Status and Prospects

The continuous miniaturization of field effect transistors (FETs) dictated by Moore's law has enabled continuous enhancement of their performance during the last four decades, allowing the fabrication of more powerful electronic products (e.g., computers and phones). However, as the size of FETs currently approaches interatomic distances, a general performance stagnation is expected, and new strategies to continue the performance enhancement trend are being thoroughly investigated. Among them, the use of 2D semiconducting materials as channels in FETs has raised a lot of interest in both academia and industry. However, after 15 years of intense research on 2D materials, there remain important limitations preventing their integration in solid‐state microelectronic devices. In this work, the main methods developed to fabricate FETs with 2D semiconducting channels are presented, and their scalability and compatibility with the requirements imposed by the semiconductor industry are discussed. The key factors that determine the performance of FETs with 2D semiconducting channels are carefully analyzed, and some recommendations to engineer them are proposed. This report presents a pathway for the integration of 2D semiconducting materials in FETs, and therefore, it may become a useful guide for materials scientists and engineers working in this field.     

10Gb/s0.25m CMOS1∶4键合分接器

首先分析了1∶4分接器的树型结构及其主要特点。在此基础上,进一步探讨了树型结构中所用的1∶2分接器,并给出其中的锁存器电路结构。此外,还讨论了分频器电路及输入输出电路。最后分析了超高速键合电路并给出测试方案。测试结果表明,在采用标准0.25μmCMOS工艺设计的分接器中,本设计首次达到键合后能够在STM-16和STM-64所要求的数据速率上稳定工作的性能,最高工作速率达10.58Gb/s。     

基于IBM SOI CMOS 工艺单刀六掷射频开关芯片

基于IBM 0.18um SOICMOS工艺设计了一种可广泛应用于无线通讯系统中的低成本, 高性能的单刀六掷（SP6T）射频开关. 该电路利用SOI器件的特殊结构, 以一条总路分成六条支路的设计思路进行设计.测试结果显示,在0.1-2.7GHz频段下, 插入损耗<0.6dB, 隔离度>30dB, 0.1dB压缩点>37.5dBm, 三阶交调点>70dBm, 二次谐波和三次谐波都在96dBc以上, 控制电压为(+2.46V,0,-2.46V).     

基于时序特征的CMOS施密特电路开关级设计

根据施密特电路对输入信号具有二种检测阈值的工作特点 ,提出了施密特电路与用作存贮元件的触发器之间具有相同的时序特征。利用时序电路的设计方法 ,系统地研究了传统的 CMOS施密特电路的各种设计 ,并发现了一些新的设计方案。 PSPICE模拟证明所设计的电路具有理想的施密特电路特性     

Transition Metal Dichalcogenide‐Based Transistor Circuits for Gray Scale Organic Light‐Emitting Displays

Two types of transition metal dichalcogenide (TMD) transistors are applied to demonstrate their possibility as switching/driving elements for the pixel of organic light‐emitting diode (OLED) display. Such TMD materials are 6 nm thin WSe₂ and MoS₂ as a p‐type and n‐type channel, respectively, and the pixel is thus composed of external green OLED and nanoscale thin channel field effect transistors (FETs) for switching and driving. The maximum mobility of WSe₂‐FETs either as switch or as driver is ≈30 cm² V^?1 s^?1, in linear regime of the gate voltage sweep range. Digital (ON/OFF‐switching) and gray‐scale analogue operations of OLED pixel are nicely demonstrated. MoS₂ nanosheet FET‐based pixel is also demonstrated, although limited to alternating gray scale operation of OLED. Device stability issue is still remaining for future study but TMD channel FETs are very promising and novel for their applications to OLED pixel because of their high mobility and I _D ON/OFF ratio.     

Si基OLED微显示器阳极图案化研究

在传统的Si基OLED微显示器像素阳极工艺流程基础上,提出利用互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺制作像素阳极的一次图案化工艺,从而精简工艺流程,节省投资。分析了常规CMOS工艺中Al作为像素阳极表面材料对OLED微显示器光电性能的影响,开发了一种Si芯片作为微显示器基板,最小像素面积为12mm×4mm,在其表面制作有机发光材料,形成Si基OLED微显示器。实验结果表明,在5V驱动电压下,本文研制的OLED微显示器发光强度可达1 000cd/m2以上,电流密度0.1mA/mm2以上,光电响应速度280ns以下,表明利用常规CMOS工艺开发Si基微显示器的可行性。     

低电压CMOS压控振荡器设计

设计和分析了一种低电压CMOS压控振荡器,对设计的电路进行理论分析和模型建立,并使用仿真工具对电路进行验证和优化。设计中主要考虑相位噪声和调谐宽度等指标,通过采用电感电容滤波技术以及合理调整电路结构和元器件参数,使相位噪声和调谐宽度均达到了较高的性能指标。结果表明,在1.2 V工作电压下,设计的VCO的尾电流为3 mA,输出振荡频率为2.24~2.57 GHz,中心频率约为2.4 GHz,调谐范围达到13.7%。