单电子晶体管探针的电荷检测机制（英文）

单电子晶体管(SET)具有极高的电荷灵敏度,是一种超灵敏电荷计。在先前工作的基础上,首先建立了电荷检测的电路模型,该SET扫描探针系统将SET器件集成制备在探针针尖上。然后利用从已制备的SET探针系统中提取的器件参数,模拟研究了该探针系统对直流偏置的量子点(QD)进行电荷检测的过程,分析了探针系统的耦合系数、电压灵敏度及空间分辨率等性能参数。模拟结果表明,随着探测距离的增加,探针的电导响应减弱。该SET探针系统的电压灵敏度高达10~(-6) V/Hz~(1/2)、空间分辨率大于100 nm。通过模拟,最终获得了该探针系统的量子点的二维电势分布图。     

单电子晶体管的I-V特性数学模型及逻辑应用

基于正统单电子理论，提出了单电子晶体管的I-V特性数学算法改进模型。该模型的优点是：考虑了背景电荷的影响，可由实际物理参数直接获得，支持双栅极工作，便于逻辑电路的分析。研究了背景电荷和各物理参数对I-V特性及跨导的影响，讨论了双栅极单电子晶体管的逻辑应用：简化了“异或”逻辑电路，改进了二叉判别图电路的逻辑单元。     

单电子晶体管的Ⅰ-Ⅴ特性数学模型及逻辑应用

基于正统单电子理论,提出了单电子晶体管的Ⅰ-Ⅴ特性数学算法改进模型.该模型的优点是考虑了背景电荷的影响,可由实际物理参数直接获得,支持双栅极工作,便于逻辑电路的分析.研究了背景电荷和各物理参数对Ⅰ-Ⅴ特性及跨导的影响,讨论了双栅极单电子晶体管的逻辑应用简化了"异或"逻辑电路,改进了二叉判别图电路的逻辑单元.     

浮栅晶体管不同射线剂量响应特性研究

针对浮栅晶体管在不同射线下的响应差异问题,进行了⁶⁰Co-γ射线、25 MeV质子和1 MeV电子的辐照试验,研究了不同射线下浮栅晶体管的剂量响应差异。采用蒙特卡罗方法对器件灵敏区的吸收剂量进行了修正。通过中带电压分离出界面陷阱电荷,分析了不同射线下电离辐射响应差异的微观机理。研究结果表明,在等效剂量下,质子辐照后电离响应特性与⁶⁰Co-γ射线较为接近,电子辐照后响应程度略低于质子和⁶⁰Co-γ射线。对器件灵敏区的吸收剂量进行修正后,三种射线下的剂量响应特性差异降低。质子辐照后界面陷阱电荷数量多于⁶⁰Co-γ射线和电子射线。试验研究为浮栅晶体管辐照传感器的研制提供参考。     

背景电荷对单电子晶体管性能的影响及解决方法

在分析单电子晶体管(Single Electron Transistor，SET)I-V特性基础上，阐明了背景电荷对SET I-VGS特性和I-VDS特性的影响，并针对SET工作的不同情况，提出了解决背景电荷问题的几种不同方法。举例说明了其中的一种抑制SET积分器电路背景电荷的方法，仿真结果证实了其有效性。文中所提出的解决背景电荷问题的方法同样适用于其它SET电路。     

单电子晶体管的制备、集成与电路研究

我们制备出了高温Si单电子晶体管,研究了单电子晶体管的集成原理,实现了14个单电子晶体管的串联集成和2个单电子晶体管的并联集成。同时也研究了单电子晶体管与传统高迁移率晶体管的集成和技术,发现可用单个电子来调控传统晶体管的栅对源漏极电流的控制能力（跨导）,利用单电子晶体管的集成方法,建立了对电荷超敏感的探测技术（包括超敏感的库尔计）,实现了单电子存储器中的单电子过程的探测,并设计了一种新型的多值存储器。     

浮栅晶体管的辐照响应及退火特性研究

对浮栅晶体管进行了⁶⁰Co-γ射线总剂量辐照试验，研究了浮栅晶体管的电离辐射响应特性，通过对晶体管在辐照后的常温和高温100℃下的退火，分析了电离辐射环境下浮栅晶体管的陷阱电荷的产生及变化过程，监测了浮栅电荷存储能力。结果表明，辐照导致浮栅晶体管中多晶硅浮动栅极存储电荷的丢失，界面处感生的陷阱电荷数量远少于氧化物陷阱电荷及浮栅中电荷丢失量，退火效应可恢复浮栅受辐射影响的存储能力。试验数据为浮栅晶体管在电离辐射环境的测试及应用提供参考。     

基于单电子晶体管的动态全加器电路设计

基于单电子晶体管的I-V特性,运用CMOS动态电路的设计思想,提出了一种基于单电子晶体管的全加器动态电路,利用SPICE对设计的电路进行了仿真验证,分析了电荷分享问题.相对于静态互补逻辑电路的设计方法,基于单电子晶体管的动态逻辑电路不仅克服了单电子晶体管固有的电压增益低的缺点,而且器件数目也大幅减少.多栅SET的使用可以减少电荷分享问题对动态电路的影响.     

太赫兹探测器读出电路的单电子晶体管制备

射频单电子晶体管具有高电荷灵敏度和高读出速率的特点,可用于超导太赫兹单光子探测器产生的微弱电荷信号的读出。采用绝缘体上硅(SOI)材料制备的硅基单电子晶体管具有结构可控、工艺可重复的优点。但是,目前单电子晶体管的成品率约为30%,难以满足探测器阵列化的需求。为进一步提高单电子晶体管成品率,首先采用电子束零宽度线曝光工艺精确设定单电子晶体管的图形,其次对感应耦合等离子体刻蚀工艺中的气氛比例进行优化,实现电子束曝光图形的良好转移。最后通过降低氧化温度进一步保持了图形转移的准确度。单电子晶体管的隧穿势垒宽度得到了良好的控制,使成品率提高到90%,增强了单电子晶体管作为阵列化超导太赫兹单光子探测器读出电路的可行性。     

基于SIMON仿真软件的单电子存储器分析

介绍了目前国际上比较流行的单电子器件仿真软件SIMON的工作原理,并且以单电子环形存储器单元电路为例,利用SIMON软件对其功能和性能进行了仿真分析,同时,还仿真了温度和随机背景电荷对单电子环形存储器单元电路的影响。研究表明,单电子环形存储器单元电路利用量子点环状电路结构形式,由外接输入电压控制各岛上的电荷,能够得到存储器的"0"和"1"状态。并且该电路对温度和背景电荷极为敏感,在温度为0K和零背景电荷条件下电路能够正常工作,但是当温度和背景电荷发生微小变化,电路的输出状态将会受到破坏。     

重离子成角度入射导致的锗硅异质结双极晶体管单粒子效应三维数值仿真

针对国产锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBTs),采用TCAD仿真,建立SiGe HBT单粒子效应三维损伤模型,研究重离子成角度入射SiGe HBT时单粒子效应电荷收集的关键因素。选择几个典型入射位置和不同入射角度进行数值仿真,通过分析器件结构和仿真结构来研究电荷收集机制。结果表明,无论是离子入射位置如何,只要离子径迹穿过器件的灵敏体积,就会引起大量电荷收集。电荷收集量不仅与离子径迹在SiGe HBT敏感体积内的长度有关,同时也受到浅槽隔离以及离子径迹和电极之间的距离的影响。此项工作对SiGe HBT空间实际应用,并进一步提出加固方案提供了理论依据。     

数字电荷量表测试方法讨论及其测量不确定度的评定

数字电荷量表是用于检测防静电产品的数显仪表,其用途为测量防静电工作服和织物等所携带的电荷量,主要应用于纺织和成衣行业,以及对防静电等级要求比较高的精密电子制造行业。该文以HDL-1型数字电量表为例,介绍了数字电荷量表的校准方法,并对测量结果的不确定度进行了评定。     

用以制备单电子晶体管的2DEG结构的设计

在一定的边界条件近似下,通过联立求解泊松和薛定谔方程,利用电荷控制模型对赝型高电子迁移率器件(p-HEMT)进行了模拟,分析了器件中二维电子气的面密度n、6面掺杂层距离表面层厚度d1和距离二维电子气厚度d2对器件特性的影响,并讨论了这些结构参数的优化,为制备高温、稳定和有应用前景的单电子晶体管器件提供了依据.     

电容耦合三结高温超导单电子晶体管数值模拟

基于单电子隧道效应的半经典模型，研究了电容耦合三结高温超导单电子晶体管的基本方程，分析了其I－V特性，并对两结和三结高温超导单电子晶体管的特性进行了比较。结果表明，单电子晶体管的特性与常规晶体管有很大的差别，且三结高温超导单电子晶体管比两结高温超导单电子晶体管有更高的灵敏度和更强的抗电磁干扰能力。     

单电子晶体管的数值模拟及特性分析

在正统单电子理论的基础上,使用主方程方法,对金属隧道结组成的单电子晶体管进行了I-Vg和I-Va特性曲线的数值模拟。在单电子晶体管中,电子能否隧穿通过势垒,主要是由电子隧穿引起的系统自由能的变化而决定的。文中从自由能量出发对器件特性进行分析,从而得到电容、电阻以及电压等参数对库仑台阶及电导振荡的影响。当两个结电阻不同时,能够看到明显的库仑台阶现象。具有较大结电阻的隧穿结,电容也较大时可以完善库仑台阶,优化单电子晶体管的曲线。     

电子感应加速器的加速电荷测量系统设计

阐述针对缺乏小型电子感应加速器密封加速管状态下的加速电荷检测手段,提出依据加速电子与靶相互作用产生电流的机制来计算加速电荷量。设计了基于FPGA的靶电流测量系统,根据实验结果计算加速电荷量为3.02×10^-8C。     

130 nm NMOS器件的单粒子辐射电荷共享效应

研究了同一p阱内两个130nm NMOS器件在受到重离子辐射后产生的电荷共享效应。使用TCAD仿真构造并校准了130nm NMOS管。研究了在有无p+保护环结构及不同器件间距下,处于截止态的NMOS晶体管之间的电荷共享,给出了电荷共享效应与SET脉冲电流产生的机理。同时分析了NMOS晶体管中的寄生双极管效应对反偏漏体结电荷收集的加剧作用。仿真结果表明,p+保护环可以有效地减小NMOS器件间的电荷共享,加速SET脉冲电流的泄放,证实了p+保护环对器件抗单粒子辐射的有效性,从而给出了该方法在抗单粒子辐射器件版图设计中的可行性。     

一种兼顾速度和功率损耗的硅探测器模拟前端电路设计

提出了一种兼顾速度和功率损耗的增益可调模拟前端电路,适用于硅探测器。该电路主要由快速电荷灵敏放大器、整形器以及可调节主要参数的控制系统组成。其中快速电荷灵敏放大器由低噪音场效晶体管（JFET）和电流反馈运算放大器构成,以确保较高频率和较短上升时间。整形器为五阶复数滤波器,能够提供较高的对称脉冲。通过实验验证了其可行性,在电容小于100 pF的范围内,实现了6种可调增益且兼顾了速度和功率损耗,电荷灵敏放大器上升时间为12ns,功率损耗为96mW。当探测器电容为40 pF时,等效噪音电荷（ENC）均值为180e-。     

双极型晶体管宽带放大器传递函数和输入、输出阻抗的研究

本文提出双极型晶体管是一种电荷控制器件并提出其电荷控制参数的概念;建立描述晶体管内部物理过程的微分方程;与外电路的基尔霍夫定律结合,导出各种基本晶体管宽带放大器的传递函数、输入和输出阻抗的解析表示,作为应用Bode反馈理论来设计宽带反馈放大器的基础。     

单电子晶体管研究进展

文章介绍了单电子晶体管的产生背景、工作原理、最新的制备工艺、计算机数值模拟和存在的问题，并对其应用前景进行了展望。