基于肖特基栅共振隧穿三极管的器件模拟与实验分析

通过流片,制作出肖特基栅共振隧穿三极管(SGRTT).根据ATLAS软件的模拟发现,当发射极接地, 集电极接外加偏压时,栅极电压对于SGRTT的电流起到明显的控制作用.当集电极接地,栅极电压会主要影响峰值电压,其原因是栅极电压和发射极、集电极的电场分布将会改变耗尽区的分布.实验测试结果对这种现象也予以证实.     

共振隧穿晶体管的反相器统一模型

综合分析了各种不同结构的共振隧穿晶体管(RTT),将其等效为一反相器电路,建立了一个统一的RTT模型.在此模型中,按照处理反相器的方法来分析RTT的I-V特性,对各种不同类型的I-V特性给出了统一的解释.该模型所导出的结果与相应的电路模拟和电路模拟实验结果相一致.此RTT反相器统一模型可成为分析和设计各种RTT器件的有力工具.     

一种超高速太赫兹测试信号产生器的设计

太赫兹通信系统具有极高的数据率特性,对测试环境提出巨大挑战.本研究实现一种伪随机二进制序列(pseudo-random bit sequence,PRBS)发生器,能够支持正交相移编码(quadrature phase shift keying,QPSK)调制模式,实现在QPSK调制模式下高达40 Gbit/s码率的数据率输出,为太赫兹频带的通信系统应用测试环境提供必要条件.该PRBS发生器采用交叉存取的拓扑结构和高速数据选择器,延迟单元采用电流模式逻辑电路结构以保证高频工作情况下具有良好性能.电路采用标准40 nm互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide-semiconductor,CMOS)工艺,版图面积为0. 25×0. 15 mm2. PRBS产生器在电源电压为1. 0 V下功耗为37. 5 m W.该技术可解决太赫兹高速数据测试的瓶颈问题.     

栅型共振隧穿晶体管的设计与研制

在研制RTD经验的基础上设计并研制成功栅型GaAs基共振隧穿晶体管(GRTT).文中对该器件的材料结构设计、器件结构设计、光刻版图设计、器件制作、参数测量与分析等进行了系统的描述.所研制出的GRTT最大PVCR为46,最大跨导为8mS,为进一步改善器件性能和参数奠定了基础.     

一种与标准CMOS工艺兼容的光电集成接收机设计与实现

设计了一种与标准CMOS工艺完全兼容的高速光电探测器和宽带光电集成接收机,并采用0.6μm标准CMOS工艺流片. 测试结果表明,该光电集成接收机的性能已接近实用要求. 探测器的频率响应带宽为1.11GHz,光电集成接收机的3dB带宽为733MHz;在误码率为10-12条件下,对波长为850nm的输入光信号,灵敏度达到-9dBm.     

肖特基栅共振隧穿三极管(SGRTT)的器件模拟

使用Atlas软件模拟了肖特基栅共振隧穿三极管。通过改变发射极长度、栅极金属和上层AlAs势垒的距离以及靠近AlAs势垒的GaAs层浓度,得到器件耗尽区边界以及所对应的I-V特性,由此分析和解释了器件结构参数对器件特性的影响,最后对器件在电路中的应用予以说明。     

可应用于光互连的新型高带宽、高灵敏度差分光接收机的概念提出与设计

提出了一种可应用于高速光通信和光互连的新型高带宽、高灵敏度差分光接收机.其中,高带宽和高灵敏度分别通过输入负载平衡的全差分跨阻前置放大器和将入射光信号转换成一对差分光生电流信号的两个光电探测器来实现.与常用光接收机相比,这种新型光接收机无任何附加成本.设计了一种相应的、与0.35μm标准CMOS工艺完全兼容的光电集成接收机.其中,光电探测器采用面积为60μm×30μm、结电容为1.483pF的插指型p+/n-well/p-substrate光电二极管.仿真结果表明:该光电集成接收机的带宽为1.37GHz;跨阻增益为81.9dBΩ;面积为0.198mm2;数据传输率至少可达2Gb/s;对于215-1位的输入伪随机码序列(PRBS),在误码率为10-12条件下,灵敏度至少可达-13dBm.     

肖特基栅型共振隧穿三极管器件模型的研究

基于共振隧穿二极管(RTD)的电流-电压方程,结合对肖特基栅型共振隧穿三极管(SGRTT)物理机制的分析和计算,推导出了SGRTT器件的器件模型。根据实际器件的材料结构、版图参数等指标计算得到的SGRTT器件模型,能很好地与实际器件的特性相吻合。利用PSPICE软件,该模型可准确快捷地实现电路功能验证和仿真,此项研究的结果为共振隧穿器件的电路集成和研制奠定了基础。     

InP基共振隧穿二极管太赫兹振荡器的设计与实现

利用InP基共振隧穿二极管（RTD）和加载硅透镜的片上天线设计实现了超过1 THz的振荡器。采用Silvaco软件对RTD模型进行仿真研究,分析了不同发射区掺杂浓度、势垒层厚度、隔离层厚度以及势阱层厚度等对器件直流特性的影响规律。对研制的RTD器件直流特性测试显示：峰值电流密度Jp为359.2 kA/cm²,谷值电流密度Jv为135.8 kA/cm²,峰谷电流比PVCR为2.64,理论计算得到的器件最大射频输出功率和振荡频率（fmax）分别为1.71 mW和1.49 THz。利用透镜封装的形式对采用Bow-tie片上天线和RTD设计的太赫兹振荡器进行封装,测试得到振荡频率超过1 THz,输出功率为2.57μW,直流功耗为8.33 mW,是国内首次报道超过1 THz的振荡器。     

太赫兹倍频器研究进展

太赫兹CMOS电路具有小型化、与大规模硅基工艺兼容的特点,非常适合未来太赫兹通信以及5G通信的应用。本文以太赫兹CMOS本振电路为切入点,调研了国际和国内的最新CMOS倍频器电路结构,在此基础上,对推推(push-push)倍频器、注入锁定倍频器以及混频倍频器的电路结构和特点进行了详细介绍。通过对以上几种倍频器的分析对比,总结了不同的倍频器在实际应用中的优缺点,为太赫兹射频前端小型化实际应用奠定基础。