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低损耗高集成度氮化硅阵列波导光栅波分(解)复用器

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半导体技术 2022年第1期47卷 19-24页

作者：冯俊波李智慧梁宇鑫杨忠华赵恒崔乃迪联合微电子中心有限责任公司重庆401332

氮化硅平台阵列波导光栅(AWG)波分(解)复用器具有损耗低、集成度高、温度敏感性低等优势。基于联合微电子中心有限责任公司(CUMEC)的氮化硅集成光子工艺平台,从波导传输损耗、阵列波导与平板波导模式转换损耗、截断损耗、泄漏损耗等方... 详细信息

氮化硅平台阵列波导光栅(AWG)波分(解)复用器具有损耗低、集成度高、温度敏感性低等优势。基于联合微电子中心有限责任公司(CUMEC)的氮化硅集成光子工艺平台,从波导传输损耗、阵列波导与平板波导模式转换损耗、截断损耗、泄漏损耗等方面对氮化硅基AWG波光(解)复用器插入损耗进行了优化,并采用标准CMOS工艺完成低损耗C波段AWG密集波分(解)复用器制备。该氮化硅基AWG密集波分(解)复用器输出通道数为16,输出通道频率间隔200 GHz。测试结果表明,该AWG波分(解)复用器的平均插入损耗为2.34 dB,1 dB带宽为0.44 nm,3 dB带宽为0.76 nm,串扰约为-28 dB。芯片尺寸为850μm×1700μm,较平面光波导(PLC)基AWG大大减小。

关键词：光波导低损耗低压化学气相沉积(LPCVD) 氮化硅阵列波导光栅(AWG)

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低损耗LiZn旋磁铁氧体材料研制及其应用研究

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低损耗LiZn旋磁铁氧体材料研制及其应用研究

作者：许伦电子科技大学

学位级别：硕士

随着电子信息技术的发展,各类微波设备对铁氧体器件的性能和集成度要求越来越高。寻找电磁性能优异的铁氧体材料,并将其应用于低温共烧铁氧体(LTCF)技术可以很好的满足这些需求。LiZn铁氧体因其独特的优势(低铁磁共振线宽、低介电损耗... 详细信息

随着电子信息技术的发展,各类微波设备对铁氧体器件的性能和集成度要求越来越高。寻找电磁性能优异的铁氧体材料,并将其应用于低温共烧铁氧体(LTCF)技术可以很好的满足这些需求。LiZn铁氧体因其独特的优势(低铁磁共振线宽、低介电损耗、饱和磁化强度可调和良好的温度稳定性等)被广泛应用于铁氧体器件的基板材料。然而,早期电磁性能优异的LiZn铁氧体通常需要在高温(大于1000℃)下制备,无法应用于LTCF技术。在国内外学者共同努力下,LiZn铁氧体材料的低温烧结有了不错的进展,但是,保证材料高饱和磁化强度和良好温度稳定性的同时很难降低材料的铁磁共振线宽以及介电损耗。因此,本文探究了低温烧结条件下低损耗LiZnTiMn铁氧体材料制备途径和基于LTCF技术的铁氧体环行器设计。首先,基于对铁氧体材料晶体结构和离子占位的分析,探究了Zn、Ti、Mn含量变化对铁氧体材料电磁性能的影响。研究发现:(1)Zn-Ti联合取代能够促进LiZnTiMn铁氧体的烧结过程;并且可以减小材料的磁晶各向异性常数,进而降低了铁磁共振线宽,Zn-Ti取代量x=0.35处获得了低铁磁共振线宽(ΔH=97 Oe)材料。(2)Mn加入会增大A-B位磁矩之差,饱和磁化强度上升。但是,过量的Mn会降低材料的饱和磁化强度以及增大介电损耗。为了得到低介电损耗的铁氧体材料,探究了配方缺Fe对材料性能的影响,结果表明:少量缺Fe有效降低了材料的介电损耗,同时对饱和磁化强度和居里温度的影响不大。为了进一步降低材料的铁磁共振线宽而引入NbO。NbO作为添加剂有效降低了材料的磁晶各向异性常数,而且对居里温度和饱和磁化强度没太大影响。NbO添加量为0.12 wt.%的LiZnTiMn铁氧体材料的铁磁共振线宽低至87 Oe。最后,根据环行器的工作原理,选用LiZnTiMn铁氧体作为基板材料。使用HFSS仿真软件进行环行器的结构设计并优化,在频率9.3 GHz处,回波损耗、隔离度≤-20 d B;插入损耗≥-1.5 dB。

关键词： LTCF技术 LiZnTiMn铁氧体低损耗环行器

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低损耗分离栅功率MOS器件优化设计

低损耗分离栅功率MOS器件优化设计

作者：林峙宇电子科技大学

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分离栅沟槽MOSFET(Split Gate Trench Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,SGT-MOSFET)是在中小功率领域占据主流的功率器件,因其具有自身功耗低、工作频率高的特点,常常作为功率管理的核心应用于电机驱动模块、电源管... 详细信息

分离栅沟槽MOSFET(Split Gate Trench Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,SGT-MOSFET)是在中小功率领域占据主流的功率器件,因其具有自身功耗低、工作频率高的特点,常常作为功率管理的核心应用于电机驱动模块、电源管理模块,自该器件被发明以来,经历了快速地迭代与广泛地应用。本论文在继承前人研究基础上,开展了如何降低生产成本的同时生产电学性能更优、可靠性更高的器件的研究。主要工作内容如下:首先,SGT-MOSFET器件具有一块与源极电位相接的场板,该场板能够提供对漂移区内的载流子的横向耗尽,使器件在保证相同耐压的情况下,提高漂移区掺杂浓度,同时能够屏蔽控制栅与漏极之间的寄生电容明显地提高了器件的工作频率,降低了SGT-MOSFET器件在系统中的功耗,提升了系统整体的效率。基于以上所述优点,在TCAD仿真工具中利用工艺代码复现SGT-MOSFET器件结构。深入研究了如何进一步的获得性能优异的SGT-MOSFET器件,研究的指标包括沟槽深度、沟槽宽度、外延层掺杂浓度、氧化层厚度等。最终仿真结果显示,设计的SGT-MOSFET器件击穿电压达到48 V,比导通电阻为9.209 mΩ·mm,阈值电压为2.6 V,开关特效栅电荷为2.64 nC,面积因子1e5。该仿真在SGT-MOSFET器件半圆胞结构下进行。随后详细讨论了功率器件的终端技术的柱面结、球面结击穿理论。最后详细介绍了SGT-MOSFET的制造流程。在此基础上,本论文所设计的SGT-MOSFET器件采用了与有源区结构相似的沟槽终端结构。参考仿真结果,基于多种栅极引出、终端沟槽电位设置、终端结构参数以及场限环形状等确定了版图的拉偏。结合目前流片条件,最终由工厂成功实现流片。然而,流片后的击穿电压测试实验暴露出终端沟槽的设计缺陷,导致超过36.5%成品出现击穿电压退化的现象。根据文献综述和测试数据,击穿电压退化的机制可归因于在高电场和高(Impact Ionization Genaration,IIG)的终端区域的热空穴注入。模拟和实验证实,终端沟槽Mesa的设计和沟槽深度会影响击穿电压退化的概率。通过综合分析和ΔV试验,优化设计的SGT-MOSFET器件性能稳定,良率超过99%。最终优化设计的SGT-MOSFET器件击穿电压达到50.25V,导通电阻达到1.2 mΩ,阈值电压Vth达到2.8V,栅电荷Qg达到63.25nC。

关键词：分离栅MOSFET 低损耗击穿电压比导通电阻热载流子注入

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低损耗单模空芯反谐振光纤的结构设计研究

低损耗单模空芯反谐振光纤的结构设计研究

作者：吴轩瑞燕山大学

学位级别：硕士

近年来,空芯反谐振光纤(hollow-core anti-resonant fiber,HC-ARF)凭借其简单的包层结构和独特的导光特性,突破了表面散射损耗对空芯光子晶体光纤损耗的限制,成为了当前光纤光学领域的研究热点。相比于传统光纤基于全反射原理将光束缚... 详细信息

近年来,空芯反谐振光纤(hollow-core anti-resonant fiber,HC-ARF)凭借其简单的包层结构和独特的导光特性,突破了表面散射损耗对空芯光子晶体光纤损耗的限制,成为了当前光纤光学领域的研究热点。相比于传统光纤基于全反射原理将光束缚在玻璃纤芯中传输,HC-ARF采用反谐振反射和模式耦合抑制原理相结合的方式在空气纤芯中传输光,因此它具有低时延、低非线性和高损伤阈值等优势。HC-ARF在远距离高速通信、偏振滤波器和光学传感器等多个领域有着广阔的应用前景。本文从HC-ARF的导光机理、传输特性与包层结构之间存在的关联性出发,通过设计和优化HC-ARF的结构参数最大限度的减少传输损耗并改善光纤的单模特性。主要研究内容分为以下几个部分:(1)对HC-ARF的导光机理进行分析。以单层和双层嵌套HC-ARF为研究对象,用反谐振反射光波导模型解释了HC-ARF的管壁厚度对光纤损耗的影响,用纤芯模与包层模之间的模式耦合模型解释了包层结构变化对光纤损耗和单模特性的影响。(2)通过在5管双层嵌套HC-ARF的反谐振管之间加入一层平板玻璃层,进一步降低了光纤的传输损耗,提升了光纤的单模和弯曲特性。对所设计光纤在制备过程中因玻璃层曲率变化、外管形变和玻璃层倾斜所带来的损耗误差进行了分析,并给出了制造公差。(3)研究了具有更大包层空间的4管HC-ARF。在外层反谐振管内嵌套4个相邻的内管实现了4管HC-ARF的低损耗单模传输。改变包层几何结构,分析了相邻嵌套内管大小和位置对光纤基模损耗和最小高阶模损耗的影响。此外,通过改变垂直方向上外管的管壁厚度,该光纤在通讯波长1.55μm处获得了较高的双折射。(4)结合HC-ARF的导光机理,提出了一种具有负曲率三角形纤芯的HC-ARF。采用3个负曲率悬挂玻璃层替代包层标准圆形毛细管,实现了对5管双层嵌套HC-ARF包层结构的简化。通过与其它设计方案对比,分析了负曲率纤芯边界对HC-ARF传输性能的影响。

关键词：空芯光纤反谐振反射低损耗单模负曲率双折射

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低损耗光栅耦合器设计

低损耗光栅耦合器设计

作者：雒翔宇浙江大学

学位级别：硕士

信息化时代的快速发展,推动数据通信流量快速增长,新一代的通信需求显著增加。相较于传统电互连,硅基光子集成技术能够利用光信号的带宽大和传播延迟小的特性,有效满足通信需求,且能够与CMOS工艺兼容,实现小体积,低功耗的光芯片设计。... 详细信息

信息化时代的快速发展,推动数据通信流量快速增长,新一代的通信需求显著增加。相较于传统电互连,硅基光子集成技术能够利用光信号的带宽大和传播延迟小的特性,有效满足通信需求,且能够与CMOS工艺兼容,实现小体积,低功耗的光芯片设计。而光芯片与光纤之间,由于存在较大的模场尺寸之差,实现二者之间的低损耗耦合是硅光研究中的重点。光栅耦合器则是解决这一耦合问题的主流设计器件之一。本论文以单偏振低损耗设计为目标,设计了工作在不同波段的光栅耦合器。本文主要取得以下成果:1.提出一种用于多参数优化的定向优化方法,在切趾优化中实现快速收敛。采用鲁棒性版图设计,提高器件刻蚀对准容差,结合交错刻蚀和切趾设计,实验证明光栅的耦合效率为-2.2d B。该结果为130nm CMOS工艺节点下商用硅光工艺制造的C波段硅光栅最低损耗结果。2.提出一种折射率渐变的亚波长结构概念,在新型的梯形亚波长光栅结构下,实验证明单刻蚀梯形亚波长辅助光栅耦合器的耦合效率为-1.73d B,这一结果为O波段同类单刻蚀光栅世界最低损耗结果。3.设计并实验证明了工作在O波段的硅-氮化硅双层光栅耦合器,将氮化硅层设计为增透膜结构,实现高耦合效率双层切趾光栅设计,实验得到双层光栅的耦合效率为-3.15d B。

关键词：光互连光栅耦合器亚波长光栅低损耗多层光栅耦合器

低损耗YIG铁氧体材料及其环行器的研究与应用

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低损耗YIG铁氧体材料及其环行器的研究与应用

作者：高峰电子科技大学

学位级别：硕士

微波石榴石型YFeO铁氧体(YIG)材料是现在5G通讯产业发展中应用于微波铁氧体器件(环行器、隔离器等)的重要基础材料。近年来,5G通讯用微波器件向小型化、轻量化、高频化和集成一体化等方向发展,为了满足5G通讯中环行器、隔离器的应用需求... 详细信息

微波石榴石型YFeO铁氧体(YIG)材料是现在5G通讯产业发展中应用于微波铁氧体器件(环行器、隔离器等)的重要基础材料。近年来,5G通讯用微波器件向小型化、轻量化、高频化和集成一体化等方向发展,为了满足5G通讯中环行器、隔离器的应用需求,对微波YIG铁氧体材料的性能也提出了更高的要求,即要满足高饱和磁化强度、窄铁磁共振线宽以及低介电损耗等优异的性能。本文采用离子掺杂调控的手段通过固相反应法烧结制备了低损耗YIG铁氧体材料,并对其相关性能进行了测试与分析,研究不同离子掺杂对YIG材料性能的影响。首先,介绍了比较完整的YIG铁氧体理论与工艺体系,分析其晶体结构、磁性来源及离子取代规律,并对其制备工艺中的球磨时间、烧结温度、造粒等工艺参数进行研究优化,得出稳定性的配方和工艺。然后,通过实验研究In掺杂,Gd-In复合掺杂,Ca-In-Ge复合掺杂和Ca-Zr-Ge复合掺杂对YIG材料性能的影响。研究表明:In、Ca、Zr和Ge离子能够进入到YIG铁氧体的石榴石晶格中,影响材料的饱和磁化强度,同时还有助于降低材料的介电损耗与铁磁共振线宽。在In掺杂的研究中,In掺杂量x=0.45时的饱和磁化强度最大为1840.3 Gs,铁磁共振线宽最小为36.7 Oe。在Ca-In-Ge复合掺杂的研究中,In取代量为0.60,Ca-Ge取代量为0.40时所制备的YIG铁氧体材料有着极小的电磁损耗,其介电损耗为3.053?10,铁磁共振线宽仅为19.3 Oe。在Ca-Zr-Ge复合掺杂的研究中,Zr取代量为0.50,Ca-Ge取代量为0.40时,材料的电磁损耗也比较小,介电损耗为4.143?10,铁磁共振线宽为27.8 Oe。而在Gd-In复合掺杂的研究中,In取代量为0.60的前提下,Gd掺杂会导致材料中产生另相,同时使得介电损耗和铁磁共振线宽有所增加。所以,适量的In、Zr和Ge离子单个或者复合掺杂可以制备出低损耗YIG铁氧体材料,在微波铁氧体器件中有着很不错的应用前景。最后,基于本文实验中制备的低损耗YCaInGeFeO铁氧体材料的电磁性能参数,运用Ansoft HFSS软件对环行器进行建模、仿真并优化。仿真结果表明:在中心频率10 GHz处环行器的隔离度为-20.13 d B,反射损耗为-20.64 d B,插入损耗为-0.24 d B,相对带宽达到了30%以上,电压驻波比最大为1.19,满足环行器的设计要求,反映出此铁氧体材料在环行器的应用中性能优良。

关键词： YIG铁氧体低损耗铁磁共振线宽环行器

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低损耗混合等离激元波导偏振器件设计

低损耗混合等离激元波导偏振器件设计

作者：周天诺南京邮电大学

学位级别：硕士

随着对纳米光学的深入研究,更低损耗更高集成度的光子器件成为研究的重点。混合等离激元波导在低损耗方面的表现优越,成为广大学者的研究对象,因此取得了突破性研究进展。本论文旨在研究低损耗混合等离激元波导的传输性能,通过将混合等... 详细信息

随着对纳米光学的深入研究,更低损耗更高集成度的光子器件成为研究的重点。混合等离激元波导在低损耗方面的表现优越,成为广大学者的研究对象,因此取得了突破性研究进展。本论文旨在研究低损耗混合等离激元波导的传输性能,通过将混合等离激元波导和布拉格光栅及啁啾结构结合应用,设计出了具有优越禁带效果的TM模式滤波器。同时通过拱柱形芯混合等离激元波导设计出了一种结构紧凑且消光比高插入损耗低的TM通偏振器。本文主要研究了损耗更低性能更优越的混合等离激元波导及基于波导结构偏振滤波器件。首先,设计并讨论了脊形混合等离激元波导,然后通过结构尺寸优化减小边角效应损耗,设计了中空型板状金属层混合等离激元波导和拱柱形芯混合等离激元波导。根据模式面积、传输距离和品质因数的研究分析,板状金属层和拱柱形芯混合等离激元波导实现了低损耗的优越性能。接着,构建了波导布拉格光栅结构,主要对TM模式的传输性能进行分析,并利用导纳匹配优化了禁带两边通带处的透射率,同时在布拉格光栅基础上利用啁啾结构拓宽了透射谱禁带宽度,再次利用导纳匹配优化了通带透过率,具有非常优越的偏振滤波功能。最后,基于拱柱形芯混合等离激元波导设计了一种宽-窄-宽对称结构的TM通偏振器,该偏振器在1550 nm通信波段消光比大于60 d B,并且插入损耗非常低,可以根据实际应用中灵活调整器件结构以满足不同波段需要,在纳米光学领域具有一定研究价值。本论文通过对中空型板状金属层混合等离激元波导和拱柱形芯混合等离激元波导的研究工作,实现了低损耗性能优越的波导器件。通过在波导布拉格光栅结构基础上进行啁啾结构排布,设计出了具有优秀禁带的光子器件。同时利用拱柱形芯混合等离激元波导,设计出了宽-窄-宽对称结构的TM通偏振器,在纳米光学领域应用前景非常广阔。

关键词：混合等离激元波导布拉格光栅偏振器传输性能低损耗

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宽频带低损耗的五模腔体滤波器

电波科学学报 2023年

作者：方欣彭圆一武震天杨利霞信息材料与智能感知安徽省实验室安徽大学电子信息工程学院

为满足通信系统对于高通信容量和高传输效率的需求，提出了一种低损耗宽频带腔体滤波器的设计方案.本设计采用金属矩形腔体作为谐振器，通过探针馈电和微扰金属柱同步激励单个谐振腔内五个谐振模式.同时改变馈电探针和金属柱的尺寸，可... 详细信息

为满足通信系统对于高通信容量和高传输效率的需求，提出了一种低损耗宽频带腔体滤波器的设计方案.本设计采用金属矩形腔体作为谐振器，通过探针馈电和微扰金属柱同步激励单个谐振腔内五个谐振模式.同时改变馈电探针和金属柱的尺寸，可进行多模式谐振频率与传输零点的调控，实现宽频带和高选择性的滤波通道,且高品质因数的矩形腔体保证了通带内的低损耗.基于HFSS的仿真优化，进行了实物加工和测量.实测结果表明：该滤波器在中心频率11.2 GHz处实现了36%的相对带宽，通带内平均损耗0.25 dB；靠近通带两侧的多个传输零点提高了通带选择性.本文提出的五模腔体滤波器电路，具有带宽宽、损耗低和通带选择性好的优势，适用于高性能的卫星和雷达通信服务.

关键词：五模谐振器宽频带低损耗腔体滤波器高通带选择性

改进的低损耗并网逆变器双矢量模型预测电流控制方法

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电力自动化设备 2019年第10期39卷 136-142页

作者：郭磊磊晋玉祥罗魁郑州轻工业大学电气信息工程学院河南郑州450002 国网河南省电力公司许昌供电公司河南许昌461000 中国电力科学研究院有限公司新能源与储能运行控制国家重点实验室北京100192

针对传统单矢量模型预测控制负载电流谐波含量大和多矢量模型预测控制开关频率高、功率损耗大的问题,在给出传统双矢量并网逆变器模型预测电流控制方法的基础上,提出改进的低损耗并网逆变器双矢量模型预测电流控制方法。该方法结合无差... 详细信息

针对传统单矢量模型预测控制负载电流谐波含量大和多矢量模型预测控制开关频率高、功率损耗大的问题,在给出传统双矢量并网逆变器模型预测电流控制方法的基础上,提出改进的低损耗并网逆变器双矢量模型预测电流控制方法。该方法结合无差拍控制思想计算目标参考电压矢量,以电压矢量为目标函数,并通过优化电压矢量选择,减少了控制算法计算量,降低了负载电流谐波含量、逆变器开关频率和功率损耗,从而提高了并网逆变器的运行效率。通过仿真和实验对比研究了传统单矢量法、传统双矢量法和所提方法的控制效果,并验证了所提方法的有效性。

关键词：并网逆变器模型预测控制双矢量低谐波含量低开关频率低损耗

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