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为SOI像素探测器开发新型高速读出系统
摘要： 我们正在为绝缘体上硅（SOI）像素探测器开发新型高速读出系统。该SOI探测器是基于0.2微米FD-SOI CMOS工艺的单片辐射成像探测器。此前我们采用Xilinx Virtex-4/5 FPGA读出板为该探测器服务，并为此开发了诸多功能模块。但由于Virtex-4/5 FPGA现已停产，且无法满足当前需要大面阵像素实现超过1kHz高速成像的实验需求，我们开始基于Xilinx Kintex-7 FPGA评估板KC705研发新型高速读出系统。新系统在此评估板上实现了与旧环境向后兼容的数据采集架构，并针对显微CT等实际应用开发了多项功能。该系统在连续数据采集模式下可实现42.6万像素探测器95.3帧/秒的传输速度，在最高速模式下可达762.5帧/秒。本文详细介绍了这套新型读出系统。
关键词： X射线成像、绝缘体上硅（SOI）、现场可编程门阵列（FPGA）、数据采集（DAQ）、像素探测器
更新于2025-09-23 15:23:52
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通过仿真研究横向宽度变化的LDMOS器件导通态行为
摘要： 本文主要围绕横向变宽（VLW）LDMOS器件的导通特性展开研究。通过三维数值分析探究了该器件的比导通电阻，仿真结果与结合器件尺寸的解析计算结果高度吻合，为未来器件设计提供了理论依据。随后采用三维热电耦合仿真对比了氧化硅（SOI）衬底与碳化硅（SiC）衬底VLW结构的自热效应。电学特性和温度分布表明：采用SiC衬底能有效缓解自热损耗，减轻自热效应并提升器件可靠性。
关键词： 自加热效应、比导通电阻、绝缘体上硅（SOI）、横向双扩散金属氧化物半导体晶体管（LDMOS）
更新于2025-09-23 15:21:01
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面向数据中心内部应用的超高速2:1数字选择器与行波等离子体调制器IM/DD发射机（工作速率222 GBaud）
摘要： 本文提出了一种基于物理的紧凑建模方法，该方法将总电离剂量（TID）和应力诱导缺陷的影响纳入金属氧化物半导体（MOS）器件与集成电路（IC）的仿真中。该方案通过计算表面电势（ψs）来捕捉氧化层陷阱电荷和界面陷阱的电荷贡献，并描述它们随电离辐射暴露及老化效应变化的MOS静电特性与器件工作特性影响。该建模方法在大块硅和绝缘体上硅（SOI）MOS器件中得到验证，其公式体系通过TCAD仿真以及辐照器件模型计算与实验I-V特性的对比得以证实。该建模方法适用于模拟先进MOS器件和IC中的TID与老化效应，且与现代MOSFET紧凑建模技术兼容。文中还给出了SRAM单元中TID和老化效应的电路级验证示例。
关键词： 紧凑建模、绝缘体上硅（SOI）、电离辐射、半导体器件、金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）、老化效应
更新于2025-09-23 15:19:57
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[2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC） - 德国慕尼黑（2019年6月23日-27日）] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC） - 构建城郊量子网络链路
摘要： 本文提出了一种基于物理的紧凑建模方法，该方法将总电离剂量（TID）和应力诱导缺陷的影响纳入金属氧化物半导体（MOS）器件与集成电路（IC）的仿真中。该方案通过计算表面电势（ψs）来捕捉氧化层陷阱电荷和界面陷阱的电荷贡献，并描述它们随电离辐射暴露及老化效应变化的MOS静电特性与器件工作特性影响。该建模方法以体硅和绝缘体上硅（SOI）MOS器件为例进行验证，其公式体系通过TCAD仿真以及辐照器件模型计算与实验I-V特性的对比得到验证。该建模方法适用于模拟先进MOS器件与IC中的TID和老化效应，且与现代MOSFET紧凑建模技术兼容。文中还给出了SRAM单元中TID和老化效应的电路级验证实例。
关键词： 紧凑建模、绝缘体上硅（SOI）、电离辐射、半导体器件、金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）、老化效应
更新于2025-09-19 17:13:59
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基于绝缘体上硅芯片的临界绝热线性锥形波导与多模波导耦合器组合结构
摘要： 在绝缘体上硅（SOI）芯片上，将多模波导干涉（MMI）耦合器与临界线性锥形波导相结合。当TE0模式实现从单模波导到与MMI组合的极端线性锥形波导的临界绝热模式转换时，该线性锥形波导可达到最大发散角（即最短长度）。在1×1 MMI与该临界线性锥形波导组合的情况下，最大发散角表示为θ ≤ 2 tan?1[(0.35Wmmi ? Ws)/(0.172Lmmi)]。通过将宽度分别为4 μm/8 μm/12 μm的三种1×1 MMI与该临界线性锥形波导组合，验证了该表达式。因此，在此线性锥形波导损耗为0.022 dB/0.172 dB/0.158 dB时，获得最大发散角θ ≈ 16°/14°/8°，且该线性锥形长度较发散角θ ≈ 1°的情况分别缩短了93.7%/92.9%/87.5%。在上述条件0.95以上时，与临界线性锥形波导组合的1×1 MMI输出功率至少增强1.5倍。
关键词： 多模波导干涉（MMI）耦合器、TE0模式、线性锥形波导、绝缘体上硅（SOI）芯片、绝热模式转换
更新于2025-09-12 10:27:22
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基于倾斜亚波长超材料的零双折射硅波导
摘要： 由于该材料平台固有的高双折射特性，偏振无关的绝缘体上硅纳米线备受青睐。当前最先进的非双折射波导设计包括脊形波导和方形纳米线，但这些方案要么需要较大尺寸、多次刻蚀步骤，要么存在低制造公差或高波长依赖性的问题。本研究通过倾斜亚波长结构克服了上述所有限制，该结构能实现对所得超材料的各向异性调控。仅需300纳米（高）×550纳米（宽）的波导横截面，在亚波长结构约48°倾斜角时即可获得零双折射点。即使在±10纳米的尺寸偏差下，标称设计的双折射恶化幅度也仅为9×10?3。此外，在1550纳米中心波长周边100纳米带宽范围内，双折射始终保持在6×10?3以下。这种创新方案可轻松适配多种波导尺寸，同时保持单次刻蚀工艺。
关键词： 偏振无关性，绝缘体上硅（SOI），亚波长光栅（SWG），零双折射波导，各向异性工程
更新于2025-09-11 14:15:04
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陡坡绝缘体上硅反馈场效应晶体管：设计与性能分析
摘要： 反馈场效应晶体管（FBFET）作为一种替代性开关器件，因其理想的陡峭开关特性而备受关注。通过利用正反馈现象，参与漏极电流的电子和空穴总量会急剧增加。尽管该器件具有显著的亚阈值斜率（SS）特性，但对其结构和性能的深入研究仍显不足。本文从多个维度研究了具有超陡峭开关特性（约1 mV/十倍频程）的单栅无间隔绝缘体上硅（SOI）FBFET：包括SS属性、缩比FBFET的性能变化、结构参数的影响、器件版图的栅极裕量以及迟滞窗口。同时详细探讨了SOI FBFET作为未来CMOS逻辑应用候选器件的前景。
关键词： 反馈场效应晶体管（FBFET）、栅极开关与裕量率、绝缘体上硅（SOI）、沟道长度变化
更新于2025-09-10 09:29:36
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具有p型衬底多结结构的全耗尽SOI像素探测器
摘要： 提出了一种具有p型衬底多结结构的完全耗尽绝缘体上硅（SOI）像素探测器，以降低二极管电容并改善SOI电路与传感器之间的有效屏蔽。通过分别对埋入式p阱（BPW）和埋入式n阱（BNW）施加偏置电压，实现衬底中SOI电路与传感器的屏蔽。BPW施加偏压以抵消背栅效应。采用深度BPW形成电子势垒阻止BNW中的前向-后向漏电流，同时形成的横向电场可加速空穴向p+电荷收集区运动。仿真结果表明该像素在完全耗尽条件下可实现设计目标，电荷收集区的电容得以降低，其主要取决于电荷收集区/BNW结区特性。
关键词： 全耗尽、电容、绝缘体上硅（SOI）像素探测器、串扰
更新于2025-09-10 09:29:36
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用于TDD前端的低损耗毫米波收发组合器合成技术
摘要： 时分双工（TDD）收发（T/R）毫米波（mm-wave）前端包含功率放大器（PA）、低噪声放大器（LNA）、天线开关以及相应的无源匹配与合路网络。本文提出一种综合设计方法，通过将PA输出匹配网络、LNA输入匹配网络与T/R开关整合为统一网络来最小化整体损耗。该技术提升了毫米波收发机在PA效率和LNA噪声系数方面的性能。所提出的T/R合路器可实现高线性度并处理大PA输出电压摆幅。该架构适用于任何具备高集成能力的工艺平台。采用45nm绝缘体上硅CMOS工艺实现了Ka波段方案，包含基于四堆叠结构的高功率PA和基于电感源极退化的共源共栅LNA。该前端中PA实现23.6dBm饱和输出功率与28%的峰值功率附加效率，LNA噪声系数为3.2dB。芯片总面积（含焊盘）为0.54平方毫米。
关键词： 发射/接收（T/R）开关、低噪声放大器（LNA）、功率放大器（PA）、5G发射机、堆叠式功率放大器、绝缘体上硅（SOI）、时分双工（TDD）、互补金属氧化物半导体（CMOS）、毫米波（mm-wave）、Ka波段
更新于2025-09-04 15:30:14
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采用像素级三维集成技术实现具有线性和宽动态范围响应的四分之一视频图形阵列数字像素图像传感
摘要： 我们采用三维集成技术研制了一款四分之一视频图形阵列（QVGA）数字像素图像传感器。脉冲频率调制（PFM）模数转换器（ADC）作为数字像素运行，克服了光电二极管（PD）满阱容量导致的信号饱和问题。我们还专门为具有钉扎光电二极管和浮动扩散层的像素新设计了PFM-ADC，以适配实现高灵敏度与低噪声的CMOS图像传感器工艺。通过直径5微米的金电极实现像素级三维集成，将光电二极管、比较器、逻辑电路和计数器集成在两层绝缘体上硅层中，从而在0.18微米和0.2微米工艺节点下，于20平方毫米芯片上实现了QVGA分辨率。该传感器兼具优异线性度和超过96分贝的宽动态范围，还获得了16位高比特深度的视频图像，展现出卓越的图像传感性能，能够高保真地捕捉现实世界。
关键词： 模数转换器（ADC）、动态范围、图像传感器、三维集成电路、集成电路互连、脉冲产生、绝缘体上硅（SOI）
更新于2025-09-04 15:30:14