摘要：作为中红外波段中最接近O波段和C波段的波段,2μm波段区域逐渐引起人们的广泛关注。主要对2μm波段的马赫-增德尔型调制器进行优化设计和仿真,根据2μm波长下光模场分布的特点,选用具有340 nm厚度顶层硅的SOI衬底,结合实际工艺中240 nm硅刻蚀深度,得到宽度为600 nm以及平板层厚度为100 nm的最优脊波导结构。通过优化掺杂浓度和掺杂区位置获得综合性能最优的调制器器件,在4 V反向偏压下器件光损耗为5.17 dB/cm,调制效率为2.86 V·cm,静态消光比为23.8 dB,3dB EO带宽为27.1 GHz。同时,与220 nm厚度顶层硅器件相比较,器件的综合性能更为优越。研究内容为后续器件实际制作提供了依据,也为后续2μm波段光收发集成模块所需调制器设计提供了新的方向。

摘要：随着超导单磁通量子(Single Flux Quantum,SFQ)数字电路的集成度规模不断提升,基于SFQ标准单元库及知识产权(Intellectual Property,IP)电路的设计将会逐渐取代原有的专用定制化数字电路设计的方式.与此同时,IP电路也可以作为新设计方法研究和新工艺及单元库可靠性的验证电路.本文选择大规模数字电路中的基础运算单元全加器为研究对象,希望能在尚在开发中的工艺下得到一个更加稳定工作和完整测试功能的全加器.本文基于自研SIMIT Nb03工艺上开发的SFQ单元库,设计了两种类型的全加器,且实现了全加器逻辑功能和工作性能的低频与高频测试表征.本文的第二种单级型全加器跟同类型的其他全加器相比,在保证了结数量和面积消耗偏小的优势下,又减少了设计难度和便于灵活扩展,使得其在电路IP化使用中也具有指导意义.低频测试结果表明,两种全加器均正确工作,其中单级型全加器具备良好的工作阈值.该款全加器的高频测试显示电路最高工作频率可达22 GHz.本文对测试结果进行详细分析,并基于此针对大规模电路实现开展简单应用探索.

摘要：半导体材料中的自旋色心是量子信息处理的理想载体,引起了人们的广泛兴趣.近几年,研究发现碳化硅材料中的双空位、硅空位等色心具有与金刚石中的氮-空位色心相似的性质,而且其荧光处于更有利于光纤传输的红外波段.然而受限于这类色心的荧光强度和谱线宽度,它们在量子密钥分发和量子网络构建等方面的实际应用依然面临严峻的挑战.利用光学腔耦合自旋色心实现荧光增强和滤波将能有效地解决这些难题.将光纤端面作为腔镜,并与自旋色心耦合可以实现小模式体积的腔耦合,而且天然地避免了需要再次将荧光耦合进光纤而造成损耗的缺点.本文理论计算了耦合碳化硅薄膜的光纤腔的性质和特征.首先通过优化各项参数包括薄膜表面粗糙度、腔镜反射率等,理论分析了存在于光纤腔中的不同模式的特点,以及光纤腔耦合色心的增强效果及相关影响因素.进一步地研究了对开放腔而言最主要的影响因素——振动对腔性质、色心的增强效果以及耦出效率的影响,最终得到在不同振动下的最大增强效果以及对应的耦出透射率.这些结果为今后光纤腔耦合色心的实验设计提供了最直接的理论指导,为实验的发展和优化指明了方向.

摘要：为研究磷化铟高电子迁移率晶体管(InP HEMT)外延结构材料的抗电子辐照加固设计的效果,本文采用气态源分子束外延法制备了系列InP HEMT外延结构材料.针对不同外延结构材料开展了1.5 MeV电子束辐照试验,在辐照注量为2×10^(15)cm^(-2)条件下,并测试了InP HEMT外延结构材料二维电子气辐照前后的电学特性,获得了辐照前后不同外延结构InP HEMT材料二维电子气归一化浓度和电子迁移率随外延参数的变化规律,分析了InP HEMT二维电子气辐射损伤与Si-δ掺杂浓度、InGaAs沟道厚度和沟道In组分以及隔离层厚度等结构参数的关系.结果表明:Si-δ掺杂浓度越大,隔离层厚度较薄,InGaAs沟道厚度较大,沟道In组分低的InP HEMT外延结构二维电子气辐射损伤相对较低,具有更强的抗电子辐照能力.经分析原因如下:1)电子束与材料晶格发生能量传递,破坏晶格完整性,且在沟道异质界面引入辐射诱导缺陷,增加复合中心密度,散射增强导致二维电子气迁移率和浓度降低;2)高浓度Si-δ掺杂和薄隔离层有利于提高量子阱二维电子气浓度,降低二维电子气受辐射损伤的影响;3)高In组分应变沟道有利于提高二维电子气迁移率,但辐照后更容易应变弛豫产生位错缺陷,导致二维电子气迁移率显著下降.

摘要：封装是光电子器件的关键技术之一。同时,器件的封装还影响器件的性能。文章提出了一种基于波长滞后的方法来评估激光器在298 K至10 K环境温度范围内的热阻。通过计算降温和升温过程中波长滞后的程度来表征热阻大小。该方法解决了低温环境中无法评估激光器散热性能的问题。这对低温光互连具有重要意义,也为低温环境中激光器的封装设计提供了参考。

摘要：在“双碳”目标背景下,推进产业和能源结构调整,发展可再生能源和提高能源利用效率成为当务之急.电催化在提高能源效率、减少碳排放和实现全球能源体系的可持续发展中扮演重要角色.阐明电解质/电极界面的反应机制是从原子分子层面理解电催化反应机理的前提,对于理性合成高效催化剂以及开发先进可再生能源技术至关重要.在界面反应机制的研究中,一项关键要求是如何在工况条件下原位探测界面处的反应中间体、化学环境和电子结构的实时变化.该要求对传统的X射线电子谱学实验方法提出了挑战.由于传统的X射线电子能谱需要在超高真空的环境中开展实验,导致该技术很难直接应用于电催化反应条件下的表征.为了克服这一难题,本文发展了用于电化学体系中液/固和气/固界面原位探测的实验室近常压光电子能谱.该装置利用中能X射线(金属Cr的Kα发射谱线,能量5.4 keV)作为激发光源,配备HiPP-2电子能量分析器.为满足电化学体系研究,整套系统采用紧凑型设计,通过分析测试腔体将X光源和电子能量分析器相连.该近常压X光电子能谱仪的工作压力为30 Torr(室温下水的饱和蒸汽压为20 Torr),可以直接将电化学溶液体系放入测试腔体.分析测试腔体配备快门,通过X射线窗口和分析器挡板,可在不影响X光源和分析器真空的条件下快速更换研究体系.通过原位样品杆的设计,满足电化学三电极装置在测试腔体内的使用.借助“浸-拉”方法在工作电极表面制备10纳米量级的连续液膜,从而实现液/固界面的探测.通过使用三电极装置,该近常压光电子能谱系统可以表征电极表面物种、电解液以及电解液/电极界面随电位的变化.此外,还通过对钠氧模型电池的研究,展示了该系统如何探测气/固界面在电化学反应中的变化.本文还总结了当前在电化学研究中应用近常压光电子能谱的一些挑战和发展前沿,期望通过仪器研发和电化学研究两个领域科学家的共同努力,为现实反应条件下电化学界面的组成-反应性能关系的理解做出贡献.

摘要：研究了量子级联激光器有源核中界面声子的色散关系和静电势分布.根据有源核内部的平移不变性导出了界面声子的色散关系.计算显示有源核中的界面声子可以分为体声子和表面声子模式.体声子的色散曲线构成一系列准连续的声子子带,其静电势分布于整个有源核并呈现出Bloch波的特征.表面声子的色散曲线位于各体声子子带的带隙内,其静电势局域在有源核一侧.这些结果将有助于量子级联激光器和子带跃迁激光器的优化设计.

摘要：采用气态源分子束外延(GSMBE)技术优化生长了GaAs/AlAs分布布拉格反射镜(DBR)材料,并用X射线衍射(XRD)及反射光谱对其生长质量进行了表征。结果表明,采用5s间断生长的GaAs/AlAs DBR材料质量和界面质量优于无间断生长,并且10对GaAs/AlAs DBR的质量优于30对,说明DBR对数越多,周期厚度波动越大,材料质量越差。优化生长得到的30对GaAs/AlAs DBR的反射率大于99%,中心波长为1316nm,与理论设计结构的模拟结果基本一致,可用作1.3μm垂直腔面发射激光器(VCSEL)直接键合的反射腔镜。

摘要：分析了传统升压式DC-DC转换器在全负载范围内实现高电源转换效率的局限性,在此基础上,提出了一种轻载检测和自适应变频机制.该技术无需额外的芯片管脚和器件,即能使转换器在电感电流断续模式下精确检测出负载状况.将所设计的升压式DC-DC转换器在CZ6H0.35μm标准CMOS工艺条件下进行仿真.结果表明,当负载电流发生变化时,转换器能够根据负载检测值的大小自适应地进行跳频变换.在负载电流为1mA的条件下,电源转换效率达到82%.系统环路能够在全负载范围内保持良好的稳定性,当负载电流以1.5μA/20μs跳变时,最大下冲和上冲电压分别为300和200mV,恢复时间分别只需80和60μs,版图面积约为1.26mm2.

摘要：分析传统相变存储器读出方法读取速度受限的原因,提出一种预充电读出方法.该方法将本地位线充电到预充电电压后开始读取数据.预充电电压设置在第一参考电压和第二参考电压的中间值.第一参考电压为读取最高晶态电阻值的存储器件时的本地位线电压,第二参考电压为读取最低非晶态电阻值的存储器件时的本地位线电压.采用SMIC 40nm CMOS工艺进行设计和仿真,1-Mb相变存储器的随机读取时间为6.64ns;Monte Carlo仿真表明,最长随机读取时间为9.07ns.传统读出方法的随机读取时间和最长随机读取时间分别为45.36ns和128.1ns.晶态单元读电流是4.84μA.仿真结果表明,所提方法比传统方法能更好地抑制工艺角、电源电压和温度波动.