高均匀性1×4多模干涉耦合器的研究与设计

针对多输出端口输出光功率的不均匀性问题,文章设计了一种基于绝缘体上硅(SOI)的1×4多模干涉(MMI)耦合器,提出了一种优化其均匀性的新方法。耦合器输入/输出端采用锥形波导,为提升MMI耦合器的均匀性,对输出端锥形波导采用不等宽设计,通过优化,四路输出端口均匀性高达0.007 4 dB,而总的插损仅有0.058 dB。依据该方法最终使得输出端波导的传输常数失配,避免了波导之间的串扰,实现了对MMI耦合器输出端口均匀性的提升。     

基于EMIF总线接口的桥芯片设计

EMIF是DSP（数字信号处理器）器件上的外部存储接口,基于TMS320VC5510电路的EMIF接口,提出了一种桥芯片的设计方法。该桥芯片包含了多个低速外设如I2C、UART以及SDIO接口,同时集成了IDO、ADC模拟IP,设计进行了充分的EDA仿真和FPGA验证,并进行了流片验证,实装测试结果表明EMIF接口可与桥芯片通信无误,实现了TMS320VC5510电路的外设扩展功能。该桥芯片的设计方法大大增加了市场上SoC设计的灵活度,有效地降低了设计周期,节约了设计成本。     

冶金法制备低成本锂离子电池Cu-Si负极

硅是一种理想的锂离子电池负极材料,但在嵌脱锂时体积变化巨大,容易崩解;铜用做商用锂离子电池的负极集流体,本身不具备储锂能力,但导电性和延展性良好。采用冶金法制备Cu-Si合金负极,对比常温冷却与铜模吸铸法快速冷却制备样品的性能差异。30℃下,Cu-Si母合金以0.10 C在0.01～1.20 V（vs.Li/Li⁺）循环20次,比容量从3 228 mAh/g衰减到约700 mAh/g; 20次循环后,容量衰减缓慢,基本稳定在690～700 mAh/g。母合金的比容量在前20次循环的衰减幅度大于铜模吸铸样品,原因是铜模吸铸样品冷却速率高、晶粒更细,具有更高的充放电稳定性。随着充放电次数增加,铜模吸铸样品的容量衰减幅度比母合金更大,主要是因为铜模吸铸过程冷却速率很快,晶体组织内部产生较大的残余热应力,与硅嵌锂产生的体积膨胀发生耦合作用,加速局部硅颗粒的失效,产生“死硅”现象。     

一种防闩锁的多嵌入阱SCR ESD器件

针对高压BCD工艺使用SCR器件ESD保护时面临的高触发电压与低维持电压之间的矛盾,设计了一种多嵌入阱可控硅(MEWSCR)结构。相比于常规SCR结构,首先,通过移动阳极/阴极的N+/P+掺杂区引入辅助泄放器件,MEWSCR结构实现了二次触发,增加了维持电压;其次,通过在阳极P+区和阴极N+区下方分别嵌入N浅阱和P浅阱,增强非平衡载流子的SRH复合作用,降低SCR的再生反馈效应,提高了维持电流。基于0.18 μm BCD工艺,采用TCAD软件进行模拟。结果表明,新型MEWSCR器件的维持电压提升至23 V,维持电流提升1 A以上,满足ESD设计窗口要求。     

基于石墨烯/硅微米孔阵列异质结的高性能近红外光探测器

本文报道了一种由石墨烯和硅微米孔阵列构筑的异质结探测器,具备高性能近红外光探测能力。通过光刻和反应离子刻蚀技术制备的硅微米孔阵列具有整齐光滑的表面,保证了较低的表面载流子复合速率。同时,孔阵列结构能有效地抑制入射光的反射,增加了有效光照面积,提高了石墨烯/硅异质结的吸收效率,从而提高了器件的光响应度。器件在±3 V偏压下表现出明显的电流整流特性,整流比为4.30×105,在功率密度为4.25 mW/cm2的810 nm入射光照射下器件的开关比达到了9.20×105。在入射光强为118.00 μW/cm2的810 nm光照下,光探测器的电流响应度可达到679.70 mA/W,探测率为3.40×1012 Jones;入射光强为7.00 μW/cm2电压响应度为1.79×106 V/W。更重要的是,该器件具有20.00/21.30 μs的升/降响应速度。相比于商业化硅光电二极管,石墨烯/硅微米孔阵列光电探测器结构简单、制备工艺简便,有望大幅降低制备成本。研究结果显示了石墨烯/硅微米孔阵列异质结探测器在未来低成本、稳定和高效近红外光探测应用方面的巨大潜力。     

14 nm SOI FinFET器件单粒子瞬态的复合双指数电流源模型

单粒子瞬态(SET)的电路仿真通常是注入双指数电流源来模拟,然而,纳米FinFET器件的SET采用单个双指数电流源模拟会带来较大误差。TCAD仿真结果较准确,但耗时较长,为了较为准确地电路仿真SET,提出了一种SET的复合双指数电流源模型。利用TCAD对电学特性校准的14 nm SOI FinFET器件的SET进行仿真,通过分析瞬态电流波形,对比双指数模型特点,提取特征参数,并利用遗传算法对模型参数进行优化处理,得到了关于线性能量转移(LET)的复合双电流源参数的解析模型。利用此复合双指数电流源模型与TCAD得到的瞬态电流波形、峰值和收集电荷量进行对比检验。结果显示,本文模型得到的SET电流波形与TCAD的基本吻合,与TCAD相比,模型的峰值电流的平均误差和最大误差分别为3.00%、5.06%;收集电荷量的平均误差和最大误差分别为4.02%、7.17%。     

激光退火硅晶圆温度场分布的数值模拟研究

目前,激光退火技术被广泛应用于半导体加工领域,但对如何选择激光条件进行相应的退火并没有系统清晰的准则可以参考,尤其是在硅的深注入杂质激活方面。本文通过对激光照射在硅晶圆上形成的温度场分布进行数值模拟研究,分析了激光波长和脉冲宽度对加热深度以及晶圆背面温度的影响。结果表明,延长激光波长或脉冲宽度,都有助于增加激光退火的加热深度。而对于特定的激活深度需求,存在着最优的激光波长和脉冲宽度组合,可以使退火所需要的激光脉冲能量最低,硅晶圆背面的温升最小。本文通过模拟仿真给出了激活深度在1～10μm范围内的最优波长和脉宽值,可为实现高效的深硅注入激光激活工艺提供重要的条件参考。     

硅基微波光子波束形成器研究进展

微波波束形成器是相控阵雷达、5G通信基站等射频发射系统中的核心器件。近年来硅基微波光子波束形成器以其带宽大、尺寸紧凑、重量轻、损耗低、抗电磁干扰等优势成为微波光子学中的研究热点之一。文章从微波光子波束形成的基本原理和性能指标出发,总结了近年来应用于微波光子波束形成器的多种集成可调光学真延迟线结构和波束形成网络架构,并介绍了微波光子波束形成系统集成芯片和自动化控制的最新进展,最后对硅基微波光子波束形成器的未来发展进行了展望。     

硅基片上集成二维光控多波束形成的研究

传统雷达系统在当今日益复杂的电磁环境中面临严重挑战,而集成微波光子学技术可突破传统雷达的技术瓶颈,具有大带宽、高分辨率、高复用度、高集成化等技术优势。本文基于集成微波光子技术,研制了一款硅基集成二维光控多波束形成系统样机,提出了一种基于二氧化硅平面光波导的片上集成二维光控多波束形成系统架构,结合流片加工平台完成了关键光芯片的设计流片和封装测试,最终完成系统样机整机联调测试,并对实验结果进行理论计算处理,验证了硅基集成波束形成系统的关键性能指标。系统具有大瞬时带宽、二维同时多波束、各波束多波位独立扫描的能力,与此同时兼具硅基光子集成技术的小型化、轻量化、低成本等优势,试验结果验证了集成微波光子技术应用于雷达系统的先进性和应用潜力。     

中红外硅基调制器研究进展（特邀）

硅材料在1.1~8.5 μm有非常低的吸收损耗,因此硅基光电子学有望扩展到中红外波段。并且随着通信窗口扩展、气体分子检测、红外成像等应用需求的出现,硅基中红外波段器件研发工作的开展势在必行。在中红外波段硅基光电子器件中,硅基调制器有着举足轻重的地位:它是长波光通信链路中不可或缺的一环,还可以应用在片上传感系统中提高信噪比、实现光开关等功能。研究发现,相比于近红外波段,硅和锗材料在中红外波段有更强的自由载流子效应和热光效应,因此,基于硅基材料的中红外调制器具有独天得厚的优势。系统总结了中红外硅基调制器的发展趋势和研究现状,介绍了基于硅和锗材料的电光调制器以及热光调制器的工作原理和最新研究进展,最后对中红外硅基调制器进行了总结与展望。