摘要：提出一种SOI基的新型隧穿场效应晶体管(TFET)探测器结构,将光电二极管与TFET结合,实现光信号的探测放大.光电二极管的正极与TFET的栅极互连,感光后光电二极管的光生电势调控TFET的沟道势垒,控制TFET的输出电流,实现光信号到电流信号的转化.陡峭的亚阈值摆幅能有效放大输出电流,提高TFET探测器的响应度.应用SILVACO完成探测器结构和性能的模拟仿真.光电二极管的光生电势通过较薄的BOX区形成了TFET的底部栅压,增强了对沟道势垒的控制能力,增大了输出电流,结果表明,探测器对弱光具有较高的响应度,当入射光强小于10 mW/cm^2时,响应度可超过10^4 A/W.此外,通过调整光电二极管的反偏电压、在源区与沟道间插入n^+口袋等方法可显著提高探测器的输出电流和响应度.

摘要：提出了一种基于Graphene/MoS2异质结的全差分光电探测器。利用标准半导体微纳加工技术,制作了有效区域为2.3μm×10μm的Graphene/MoS2异质结结构,用以产生差分光电流;使用0.18μmCMOS工艺设计了差分放大与恒压控制电路,实现光电流到电压的转换和放大。结果表明:在白光照射下,单个Graphene/MoS2异质结结构光响应度达2435A/W。差分光生电流经过差分放大器后,以电压形式输出,总光响应度加倍。该全差分光探测器基于新型二维材料,对可见光具有较高的灵敏度,在可见光探测和成像领域具有广阔的应用前景。

摘要：基于IHP 0.25μm SiGe BiCMOS工艺,利用工艺库提供的分束器将入射光信号能量均分给差分电路两侧的Ge波导耦合型探测器,设计了一款应用于高速光通信和光互连领域的增益自动可控型光电集成光接收机.整体电路包括光电探测器、跨阻放大器、两级增益放大器、输出缓冲级、直流偏移消除模块和自动增益控制模块.为解除利用直流偏移消除电路检测峰值电压这种传统方案对消直流电容容值的限制,电路设计了同时具有峰值检测和增益控制功能的自动增益控制模块,并引入放电复位电容来控制采样时间.为了稳定差分电路的直流工作点,并避免引入过多功能模块对电路噪声的恶化,设计了结构灵巧的直流偏移消除电路.同时,为了提升电路带宽,还设计了带射随器反馈的共射跨阻放大器、带简并电容的Cherry-Hooper增益放大器以及可有效降低输入电容对级联电路带宽限制的f_T倍频器.仿真结果表明,在电源电压为3.3 V、输入光功率-10 d Bm的情况下,所设计的光接收机电路增益为80.2 dBΩ,-3 dB带宽为34.8 GHz,带宽范围内等效输入噪声电流小于35 pA/√Hz.输入光功率在-15^-3 dBm范围内,电路可实现对增益的自动控制,输出摆幅约500 mV,波动小于10%.在40 Gb/s的传输速率下,电路眼图清晰方正,无明显的欠冲与过冲,交叉点清晰,张开度良好,有望用于高速单片集成光接收机中.

摘要：针对传统商用音叉存在的共振频率高、振臂间距窄等问题,利用COMSOL有限元分析软件构建音叉理论模型,确定了音叉的共振频率及品质因数等核心电学参数与音叉几何尺寸之间的相关特性,进而通过控制音叉振臂形状、长度等几何特性,设计制备了具有振臂间距宽、共振频率低且品质因数高等特性的锤状异型音叉。在将音叉外表面设置为硬声场边界条件且将音叉基座设置为固定约束条件的情况下,对锤状异型定制音叉的关键参数进行了理论计算及实验测定。结果显示,与传统商用音叉相比,异型音叉在振臂间距扩大近3倍的情况下,其共振频率和品质因数两项音叉核心电学参数分别优化了62%和14%。为验证锤状异型定制音叉在光声光谱气体传感技术中的性能,基于该定制音叉搭建了乙炔石英增强光声光谱传感器。在对激光调制深度、微型声学谐振腔腔长、谐振腔装配位置等多项参数优化后,乙炔传感器在300 ms积分时间及常温常压条件下获得的检测极限相比基于传统商用音叉搭建的传感器提升了近一个数量级,达到了282×10^(-9),归一化噪声等效吸收系数可达3.84×10^(-9)cm^(-1)W/√Hz。

摘要：针对硅基光电探测响应度低的问题,设计了一款与标准CMOS工艺兼容的、可用于弱光探测的高响应度的NMOS型光电探测器(NMOS-PD).该探测器由栅体互连的NMOS管和T-well/N-well结光电二极管构成,利用光电二极管的光生伏特效应改变T阱电势,进而控制NMOS管的栅压和阈值电压,以此实现光信号的探测与倍增放大,故所设计光电探测器具有更高的光电流增益和更宽的动态范围.经理论模拟计算和优化设计,本文设计了总面积为20μm×20μm的NMOS-PD,选用整个T阱区作为光敏区域(16μm×16μm),以增加光的吸收量,所设计光电探测器经UMC 0.18μm CMOS工艺流片制备.测试结果表明,所设计探测器在400～700 nm波长范围内具有较好的响应度.采用630 nm LED作为光源,当输出光功率密度P_(opt)=5 mW/cm^2、漏源偏压V_(DS)=0.4 V时,NMOS-PD的响应度达到1 550 A/W,并实现了200 kHz的信号探测.尽管随着光强增大,光电探测器响应度逐渐降低,但整体上仍超过10~3A/W.与硅基CMOS工艺制备的传统光电探测器相比,所设计光电探测器结构不仅可在低压、低功耗下正常工作,且在弱光条件下具有极高的倍增放大能力,有望应用于弱光探测的图像传感领域.

摘要：分析了硅基十字缝隙波导(SCSW)偏振敏感的原因,计算了不同偏振态下SCSW的有效折射率和单模工作条件,分析发现通过合理的设计单模SCSW的结构,可以达到偏振不敏感。提出并模拟了基于SCSW的具有偏振无关特性的微环形谐振腔。该谐振腔的半径为3.7μm,偏振无关的工作区域大约64 nm,自由光谱范围大约35 nm。

摘要：基于施加偏置电压后固态等离子体(SSP)可以在金属态或介质态之间进行切换的特性,设计了一种基于SSP材料的可重构双功能超材料极化转换器。研究结果表明,当SSP为金属态时,所设计的超材料极化转换器可以在较宽的频率范围内实现反射式线–线极化转换,转换效率超过98%。当SSP为介质态时,所设计的超材料极化转换器工作在透射模式下,此时可以实现透射式线–圆极化转换。通过表面电流分布解释了极化转换的物理机理;通过改变结构参数,研究了SSP处于金属态和介质态时的极化转换性能,证明了所设计的基于SSP的超材料极化转换器不仅具有可重构的极化转换特性,而且对结构参数的轻微变化能够保持良好的鲁棒性,有利于实际制作和实验验证。此外,入射角度的轻微变化,对两种状态下的极化转换特性不会产生大的影响,也满足实际需求。所设计的超材料极化转换器不仅可以满足不同工作模式、不同转换性能的应用需求,而且在通信、传感和成像方面具有潜在应用前景。

摘要：设计了一款基于石墨烯和二氧化钒图案的双重可调谐宽频带超材料吸收器,当二氧化钒的电导率和石墨烯的化学势分别为200 000 S/m和0.5 eV时,吸收率超过90%的带宽达到4.2 THz。研究结果表明,保持二氧化钒电导率不变,吸收频带的位置和平坦性可以通过改变石墨烯的化学势在一定范围内进行调节;如果固定石墨烯的化学势,则宽吸收频带的吸收率的强弱可以通过改变二氧化钒的电导率进行大幅度调节,最大调制深度约为75%。同时,所设计的超材料吸收器还具有极化不敏感以及宽入射角的特性。基于二氧化钒电导率和石墨烯化学势的双重可调控特性,使得所设计的超材料吸收器在宽带THz吸收、开关和调制等领域具有潜在的应用价值。

摘要：硅基光子集成谐振腔作为光学敏感单元对芯片级光学陀螺的性能起着至关重要的作用。以互易敏感增强型双微环架构的光子集成陀螺谐振腔为研究对象,通过时域有限差分法仿真分析了双微环谐振腔的关键结构参数,并通过搭建仿真链路研究了微环谐振腔的品质因子、精细度与耦合系数、传输损耗的内在关系。在此基础上,选取典型结构参数设计版图,基于无源硅基光子集成工艺的多项目晶圆流片制备了双微环谐振腔器件。测试结果表明,当微环半径为500μm、波导与微环的耦合系数为0.3时,在工作波长1550 nm附近微环的自由光谱范围为0.182 nm,3 dB带宽为0.045 nm,精细度为4.04,品质因子约为3.4×10^(4)。本研究结果为双微环谐振腔的进一步优化设计提供了依据。

摘要：烯烃工业生产过程中的多组分在线检测是对其工业过程有效控制、提高处理装置综合效益的重要手段。本文以在线检测烯烃裂解炉的清焦过程生成的一氧化碳和二氧化碳为应用案例,采用可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)作为分析平台进行多组分分析。针对清焦过程,设计了检测0~5%量程CO和CO_2的模拟实验。对气体含量随机分布的19组数据分别采用多变量最小二乘算法(CLS)、单组分偏最小二乘算法(PLS1)和多组分偏最小二乘算法(PLS2)进行建模和评估。在后续的多组分交叉干扰实验和CO_2的扩展量程准确性测试实验中,PLS1模型的最大误差小于±0.05%,PLS2的小于±0.10%,CLS的小于±0.20%。因此,TDLAS技术结合PLS1算法在实现化工过程中的多组分在线检测时具有先进性。