提取光栅耦合的高电子迁移率晶体管中的太赫兹辐射

借助于傅立叶光谱仪,在具有耦合光栅的高电子迁移率晶体管中观察到了波长在400um左右的微弱的太赫兹辐射。同时使用了一种调制探测技术,从而使得太赫兹辐射的绝对功率能够被提取计算出来。并且发现器件的太赫兹辐射功率正比于源漏电流,而黑体辐射功率则与器件电功率有密切关系。此外,太赫兹辐射对于源漏偏置电压及栅压的依赖性,说明太赫兹辐射是由加速电子与光栅的相互作用而引起的。     

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。     

单电子晶体管用于电荷检测的研究

单电子晶体管可用作超灵敏电荷计进行高灵敏电荷检测。首先建立了单电子晶体管电荷检测的电路模型,阐释了其电荷检测机制;然后利用COMSOL和MATLAB软件对检测过程进行了模拟研究,分析了不同电荷量和检测距离时单电子晶体管库仑岛的电势,并研究了电荷量、检测距离及电荷间静电耦合对单电子晶体管电导的影响。结果表明,单电子晶体管电荷检测时工作点和检测距离决定其电荷检测的量程,最佳检测距离应设置在电导-距离曲线的斜率最大处。     

硅基单电子晶体管的可控制备

采用电子束曝光、感应耦合等离子体刻蚀和热氧化等工艺技术,通过独特的图形反转设计,即在电子束曝光时采用负的曝光图形,并以电子束曝光的光刻胶作为掩膜进行干法刻蚀,通过后续的干法热氧化等工艺,在磷离子重掺杂的绝缘体上硅基底上成功地制备出单电子晶体管。该方法具有高精度、结构可控、可重复和加工成本低的优点,可作为一种批量制备单电子晶体管的工艺技术。所制备的单电子晶体管在2.6 K到100 K的温度范围内呈现出明显的库仑阻塞效应,导通电阻小于100 kΩ。该单电子晶体管将成为高速、高灵敏度射频电路的关键器件。     

Extraction of terahertz emission from a grating-coupled high-electron-mobility transistor

In a grating-coupled high-electron-mobility transistor,weak terahertz emission with wavelength around 400μm was observed by using a Fourier-transform spectrometer.The absolute terahertz emission power was extracted from a strong background blackbody emission by using a modulation technique.The power of terahertz emission is proportional to the drain-source current,while the power of blackbody emission has a distinct relation with the electrical power.The dependence on the drain-source bias and the gate voltage suggests that the terahertz emission is induced by accelerated electrons interacting with the grating.     

基于射频单电子晶体管的超灵敏电荷计的数值分析

集成单电子晶体管SET（Single Electron Transistor）与射频共振电路的射频单电子晶体管RF SET（Radio Frequency Single Electron Transistor）是一种高速高灵敏的电荷计。通过建立RF SET的等效电路模型,对共振电路及其与射频传输线的集成进行模拟分析,得到了SET阻抗的最佳匹配,获得了所需的谐振频率、品质因子和对SET阻抗的灵敏度。结果表明,受电荷调制的SET阻抗直接影响着共振电路的品质因子、阻抗和射频透射/反射系数。射频信号随着SET的阻抗降低而减小,峰位基本不变。在SET阻抗小于200 kΩ时,共振信号幅度随阻抗的变化率较大。透射式与反射式两种结构相比,前者共振频率及品质因子更高,后者则具有更高的灵敏度优势。     

A sensitive charge scanning probe based on silicon single electron transistor

Single electron transistors（SETs） are known to be extremely sensitive electrometers owing to their high charge sensitivity. In this work, we report the design, fabrication, and characterization of a silicon-on-insulatorbased SET scanning probe. The fabricated SET is located about 10 m away from the probe tip. The SET with a quantum dot of about 70 nm in diameter exhibits an obvious Coulomb blockade effect measured at 4.1 K. The Coulomb blockade energy is about 18 me V, and the charge sensitivity is in the order of 10^-（5）–10（^-3）e/Hz^1/2. This SET scanning probe can be used to map charge distribution and sense dynamic charge fluctuation in nanodevices or circuits under test, realizing high sensitivity and high spatial resolution charge detection.     

基于射频单电子晶体管的超灵敏电荷计的模拟研究

集成单电子晶体管(single electron transistor, SET)与射频共振电路的射频单电子晶体管(radio frequency single electron transistor, RF SET)是一种高速高灵敏的电荷计。本文通过建立RF SET的等效电路模型,对共振电路及其与射频传输线的集成进行模拟分析,得到了SET阻抗的最佳匹配,获得了所需的谐振频率、品质因子和对SET阻抗的灵敏度。结果表明,受电荷调制的SET阻抗直接影响着共振电路的品质因子、阻抗和射频透射/反射系数。射频信号随着SET的阻抗降低而减小,峰位基本不变。在SET阻抗小于200 k?时,共振信号幅度随阻抗的变化率较大。透射式与反射式两种结构相比,前者共振频率及品质因子更高,后者则具有更高的灵敏度优势。