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作者：李一天西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着集成电路在辐射环境下的应用越来越广泛,研究半导体器件和电路电离辐射效应的损伤机理,提高其抗辐照水平成为近年来国内外微电子学领域的重要课题。硅基器件作为集成电路的基础,其抗辐照能力成为研究的重点。本文首先介绍了... 详细信息

随着集成电路在辐射环境下的应用越来越广泛,研究半导体器件和电路电离辐射效应的损伤机理,提高其抗辐照水平成为近年来国内外微电子学领域的重要课题。硅基器件作为集成电路的基础,其抗辐照能力成为研究的重点。本文首先介绍了主要的电离辐照效应——总剂量效应,分析了MOS器件总剂量效应产生的机理和造成的损伤。阈值电压漂移是电离辐照总剂量效应对MOS器件产生的主要损伤。通过数值推导,建立MOS器件电离辐照效应阈值电压漂移量与辐照总剂量之间关系模型,并利用ISE软件模拟仿真辐照过程,对模型进行验证。此外,分析了SOI结构的优势和在抗总剂量辐照效应方面存在的缺陷,推导出SOI结构电离辐照效应阈值电压漂移量与辐照总剂量之间关系模型,并利用IES软件进行仿真验证。最后讨论了SOI结构电离辐照效应阈值电压漂移量与器件偏置条件的关系,并通过ISE软件的模拟仿真。

关键词： MOSFET SOI 硅基器件总剂量效应阈值电压

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新型硅基环栅纳米管器件性能特性研究

新型硅基环栅纳米管器件性能特性研究

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作者：张雁楠北京邮电大学

学位级别：硕士

超低功耗以及高性能逻辑器件是半导体器件发展的推动力,它极大的推动了电子设备例如智能手机向着便携化以及低功耗化的方向发展。由于能耗限制以及互联带宽限制,摩尔定律驱动的集成电路微缩正在面临前所未有的挑战。受限于有限的电池容... 详细信息

超低功耗以及高性能逻辑器件是半导体器件发展的推动力,它极大的推动了电子设备例如智能手机向着便携化以及低功耗化的方向发展。由于能耗限制以及互联带宽限制,摩尔定律驱动的集成电路微缩正在面临前所未有的挑战。受限于有限的电池容量,便携式电子设备很难具有全天候不间断工作的特性,用户必须经常为设备充电从而造成了诸多不便。为了降低系统功耗,研究者提出了多种方案减小系统功耗。其中之一是采用绝缘体上硅技术,由于绝缘体上硅器件具有低关断电流特性,若将整个系统制造在绝缘体上硅硅片上,系统功耗能够大大降低。但绝缘体上硅器件具有自热效应,会造成系统温度过高以及性能下降等问题。若引入新原理器件例如碰撞电离晶体管或隧道穿通晶体管来制造集成电路,则系统的功耗也可以降低。不过碰撞电离晶体管需要突变掺杂和毫秒级热退火技术来制造,会升高制造成本。不同于传统使用热漂移扩散的器件,隧道穿通晶体管利用带带隧穿效应工作,它的亚阈值斜率可以突破玻尔兹曼极限,因此似乎非常适合制作低功耗电路。然而由于隧道穿通晶体管导通电流较小,而且平均亚阈值斜率高,所以还难以应用。除此之外,环栅器件也是一种选择,它不同于传统平面和三栅器件,环栅器件具有全包围栅结构,具有很强的静电控制能力。国际上预测在2020年之后,人们必须使用垂直环栅器件才能够继续延续摩尔定律。环栅纳米管器件的研究热点集中在提升器件开态电流、电流开关比,降低器件亚阈值斜率、关态电流、静态功耗等方面。传统环栅纳米管器件具有潜在的低功耗特性需要被进一步挖掘,且其开态电流、电流开关比等参数仍有提升空间。随着大数据、互联网、人工智能等研究热点的兴起,具有更高性能以及更低功耗的器件成为研究的重点。本文基于传统环栅纳米管结构提出了两种不同的新型器件结构,分别为内嵌绝缘核心的环栅纳米管器件和内嵌衬底的环栅纳米管器件。内嵌绝缘核心的环栅纳米管器件具有绝缘核心,能够有效阻断器件关断时的电流泄露路径,从而降低器件静态功耗。内嵌衬底的环栅纳米管器件具有核心衬底,与栅极协同作用不仅可以降低器件功耗,还能显著降低器件的亚阈值斜率,提升器件电流开关比。两种不同的器件结构各有特色,内嵌绝缘核心的环栅纳米管结构具有比传统环栅纳米管器件更低的静态功耗,同时通过改变绝缘核心材料,可以降低栅极电容,能够降低延时,提升系统工作速度;内嵌衬底的环栅纳米管器件在内嵌绝缘核心的环栅纳米管器件结构的基础上,进一步提升了器件的栅极控制能力,降低了系统静态功耗。核心衬底的引入使其性能不易受其尺寸影响,但栅极电容相比传统环栅纳米管器件稍高,同时内嵌衬底的环栅纳米管器件具有更优异的模拟射频性能。另外,本文基于现有硅基器件加工工艺分别提出了内嵌绝缘核心的环栅纳米管器件的加工工艺流程和内嵌衬底的环栅纳米管器件的加工工艺流程。仿真结果显示本文提出的两种新型环栅纳米管器件结构均具有优异性能,适用于制造未来低功耗高性能集成电路。

关键词：环栅纳米管核心绝缘层核心衬底摩尔定律硅基器件

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氩等离子体处理增强TiO_2∶Er/p^+-Si异质结器件的电致发光

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材料科学与工程学报 2017年第4期35卷 524-527,533页

作者：高志飞朱辰马向阳杨德仁浙江大学硅材料国家重点实验室浙江杭州310027

在我们以前的工作[1]中,报道了基于重掺硼硅片(p^+-Si)上掺Er的TiO_2(TiO_2∶Er)薄膜的TiO_2∶Er/p^+-Si异质结器件的电致发光。本文研究了TiO_2∶Er薄膜的氩(Ar)等离子体处理对TiO_2∶Er/p^+-Si异质结器件电致发光的影响。研究发现:Ar... 详细信息

在我们以前的工作[1]中,报道了基于重掺硼硅片(p^+-Si)上掺Er的TiO_2(TiO_2∶Er)薄膜的TiO_2∶Er/p^+-Si异质结器件的电致发光。本文研究了TiO_2∶Er薄膜的氩(Ar)等离子体处理对TiO_2∶Er/p^+-Si异质结器件电致发光的影响。研究发现:Ar等离子体处理使TiO_2∶Er/p^+-Si异质结器件与Er3+离子相关的可见和近红外电致发光都得到了显著的增强,同时也增强了与TiO_2基体中氧空位相关的电致发光。这是由于Ar等离子体处理显著提高了TiO_2∶Er薄膜中的氧空位浓度,不但增强了与氧空位相关的电致发光,而且增强了以氧空位为敏化中心的从TiO_2基体向Er3+离子的能量传递,从而增强了Er3+离子的发光。

关键词：电致发光硅基器件 TiO.:Er薄膜 Ar等离子体处理

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硅基马赫曾德尔电光调制器的高速电路研究

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作者：周砚扬上海交通大学

学位级别：硕士

硅基光子学近年来发展迅速，由于硅是微电子加工的传统材料，有着无可比拟的低成本优势，所以为研制可集成的高速电光调制器提供了机遇。电光调制器是光通信、光互连和光信号处理的核心器件，特别是基于等离子色散效应的硅基电光调制器... 详细信息

硅基光子学近年来发展迅速，由于硅是微电子加工的传统材料，有着无可比拟的低成本优势，所以为研制可集成的高速电光调制器提供了机遇。电光调制器是光通信、光互连和光信号处理的核心器件，特别是基于等离子色散效应的硅基电光调制器具有较高的调制速率和低成本批量化生产潜力，应用前景广泛。论文围绕着硅基马赫曾德尔调制器，分析了行波电极的相关理论，仿真优化了调制器芯片的片上电学互连线;提出了单端推挽的行波电极结构，并以此基础设计了一种四相移键控(QPSK)调制器芯片;设计了两种用于集成的调制器高速驱动电路。论文主要内容包括以下几个方面：（1）硅基马赫曾德尔调制器芯片的高速电路相关研究主要分析仿真并优化了调制器芯片的片上电学部分。首先分析了行波电极的主要特性和等效电路模型。通过理论计算得出电阻、电感和电容的数值，并分析不同数值的电抗参数对其特性的影响，结果表明PN结的等效电容值和行波电极的等效电感影响较大。之后优化了调制器芯片的两种常用行波电极结构(CPS和CPW)，片上高速微波互连线以及I/O接口部分。结果表明其阻抗匹配在50欧姆附近，正向传输系数S21和反射系数S11均符合低损耗要求，片上电学部分的整体3dB带宽在30GHz以上。（2）单端推挽工作的行波电极设计为了实现高效紧凑的QPSK调制器，本人设计出了一种单端推挽形式的行波电极结构。在这种结构中电极置于马赫曾德尔两臂的外侧，两臂中间的平板层掺杂形成导体与外部的直流偏置信号相连。优化后的仿真和实验结果表明电极的阻抗在50欧姆附近，阻抗匹配良好。通过实验测试，基于此电极的马赫曾德尔调制器可以实现20Gb/s的调制速率。在此单端推挽行波电极为基础，本人还设计了QPSK调制器。（3）调制器芯片的驱动电路设计为了实现调制器芯片的电光集成模块，本人提出了两种高速驱动电路的设计。方案一采用分布式电路原理构成偏置三通(bias-tee),并以GaAs晶体管为基础组成放大器。方案二采用商用的驱动放大器芯片与bias-tee芯片，主要对电路板的进行全波仿真，分析信号完整性，优化控制阻抗、电磁隔离等要素。仿真表明两种电路板都有着较优的性能，可以与芯片实现光电一体化集成。

关键词：光通信硅基器件集成光电子行波电极调制器驱动电路

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