集成原子光学:原子芯片

原子光学是当前研究得比较热的学科，由于原子激光冷却技术和纳米技术的成熟，原子光学朝着微型化和集成化的方向发展．文章主要介绍了当前集成原子光学的一个焦点——原子芯片及其最新实验进展：包括不同形式的原子导引方式，当前原子芯片的实验工作，原子芯片在玻色—爱因斯坦凝聚(BEC)研究中的应用，以及原子芯片在其他方面的应用前景．     

基于DSP＋USB2．0的激光雕刻切割机高速数据传输的研究

采用高速DSP芯片TMS320F2812和USB2．0接口芯片CY7C68001来解决激光雕刻切割机控制系统数据传输中的低速问题。介绍了系统的硬件连接及软件实现。通过实际测试证明，USB2．0接口的实际数据传输速度最高可达200Mbps，完全可以满足激光雕刻切割机控制系统高速、实时传输的要求；同时利用USB总线对整个系统进行了有效地扩展。     

国外光学与光电子学的新进展(Ⅹ)——八十年代的光学互连

<正> 七十年代末、八十年代初,纤维光学对长距离通信作出了十分引人注目的贡献,它推动了人们研究利用光学方法解决最高级次上的互连问题,即处理器和处理器间的互连。早在1979年,Cathey和Smith提出了一种用于计算机内部的自由空间光学并行数据总线;1981年Tajima、Okada和Tamura提出研制用于多处     

对比激光辐射:纳米光学天线新进展CSCD

美国伯克利实验室的研究人员研发出一种纳米光学天线,可极大增强原子、分子和半导体量子点的自发辐射。该进展为发光二极管在短距光通信,包括光学互连芯片和其他潜在应用方面取代激光器开启了大门。     

金属-氧化物-半导体硅发光器件在集成电路中的应用前景

集成硅光电子学的目的之一就是为大众市场创造应用广泛、成本低廉的光子互连工具.随着摩尔定律逼近理论极限,集成芯片的金属互连越来越跟不上芯片体积微型化、频率高速化和功耗分配精益化的需求.本文基于硅基发光器件的发展历程,详细论证了金属-氧化物-半导体结构硅发光器件在未来集成电路中的合理应用,提出了全硅光电集成电路在理论和工艺上的可行性.这种电路突破了传统芯片电互连码之间串扰的瓶颈,改善之后的互连速度理论可达光速,有望成为新一代集成芯片的主流.     

考虑互连温度分布的缓冲器插入延时优化方法

针对VLSI设计中存在的互连电感效应、热电耦合以及互连温度分布的问题,提出一种缓冲器插入延时优化方法.首先根据互连温度分布的特点得出其电阻模型和延时模型,通过延时、功耗和温度之间的热电耦合效应求得考虑互连温度分布的缓冲器插入最优化延时,利用Matlab软件求得最佳优化结果.采用该方法针对45 nm工艺节点的缓冲器插入进行分析和验证,证实了方法的有效性.研究表明,忽略互连电感效应会高估芯片的优化延时,忽略互连温度分布会低估芯片的优化延时,在全局互连尺寸较小(线宽为245 nm)时,忽略互连温度分布会低估互连延时8.71%.     

铝互连线的电迁移问题及超深亚微米技术下的挑战

铝互连线的电迁移问题历来是微电子产业的研究热点，其面临的电迁移可靠性挑战也是芯片制造业最持久和最重要的挑战之一.从20世纪90年代开始，超深亚微米(特征尺寸≤0.18 μm)铝互连技术面临了更加复杂的电迁移可靠性问题.从电迁移理论出发，分析概括了铝互连电迁移问题的研究方法，总结了上世纪至今关于铝互连电迁移问题的主要经验；最后结合已知的结论和目前芯片制造业现状，分析了当前超深亚微米铝互连线电迁移可靠性挑战的原因和表现形式，提出了解决这些问题的总方向. 关键词： 电迁移 铝互连 微结构     

二元光学：90年代的光学技术

二元光学是在计算全息与相息图研究发展的基础上新兴的一个光学学科分支．在光的衍射原理的基础上，通过计算机设计与微电子加工技术，人们研制成二元光学器件．它是一种片基表面深度为亚微米级的台阶形分布的纯相位器件，可以微型阵列化与集成化．它在激光波面校正、激光相干合成、微透镜阵列、红外光系统、光雷达、光通信、光互连与光计算等方面有非常良好的应用前景．     

基于神经网络模型的光学计算

目前的电子计算机适于解决数字运算问题，但是在解决辨别、联想、推理等所谓随机问题方面的能力却远不如人的大脑．企图模仿人脑的解剖结构来设计计算机以解决随机问题，并利用光学的独特功能，这就是光学神经元计算机．据此，Ｈｏｐｆｉｅｌｄ提出了一种关联存贮模型（或称为内容存贮），即每个存贮状态不是按地址存贮，而是按内容存贮在整个神经网络系统上．光学由于具有内禀的并行性，特别适于实现这个模型．采用纯光学或光电混会方法，通过光学矩阵乘法，取阀值运算，反馈迭代过程，可以实现从有误差的输入信息中提取正确的关联存贮信息．利用全息技术，有可能实现二维数据的关联存贮．     

基于软光刻的片间光学互连线路

设计并试制了由软光刻法转印,可敷设在印刷电路板上用于芯片间互连的光学互连线路。提出了一种新颖的端口耦合结构,并发现在耦合适配段长度与接收窗口的长度比值为12∶1时耦合效率最佳,且该耦合结构有效降低了对安装精度的要求;分析了该光学互连线路在交叉布线时的基本准则,获得对于不同横截面矩形波导结构在交叉布线时呈现的串扰与交叉角度的相关性,并发现在强束缚下交叉角度大于54°的交叉结构都能达到低串扰(小于-30 dB)。采用软光刻技术制作了上述高聚物波导光学互连线路元件,实验测量结果与设计数据符合较好。与传统的光刻或激光直写技术相比,软光刻转印具有制作简单,易于实现高聚物三维结构的大批量高精度复制。     

多角度偏振辐射计系统设计与实现

多角度和偏振遥感可解决传统遥感所不能解决的大气探测和目标识别等方面的问题。为实现气溶胶偏振信息的多角度探测,提出了一种新型的多角度偏振辐射计。该辐射计可以在多个角度上测量大气的偏振光谱信息,为大气光学和微物理特性的高精度反演提供重要的实测数据源。作为航天载荷的原理样机,多角度偏振辐射计的光机系统由多路并行望远光学模块组成,可在110°视场范围内,以0.5°间隔实现偏振信息的多角度探测;采集控制与数据传输系统由双控制核心和高速接口组成,大大提高了系统的并行处理能力和数据传输速度,可在高速运动的平台上实现多路偏振光谱信息的同步采集与实时传输,避免了由平台移动和信号的异步采集引入的误差。航飞试验结果表明,多角度偏振辐射计可实现气溶胶偏振信息的高精度探测。     

铜互连电迁移失效阻变特性研究

基于铜互连电迁移失效微观机理分析建立一种Cu／SiCN互连电迁移失效阻变模型，并提出一种由互连阻变曲线特征参数即跳变台阶高度与斜率来获取失效物理参数的提取方法．研究结果表明，铜互连电迁移失效时间由一定电应力条件下互连阴极末端晶粒耗尽时间决定．铜互连电迁移失效一般分为沟槽型和狭缝型两种失效模式．沟槽型空洞失效模式对应的阻变曲线一般包括跳变台阶区和线性区两个特征区域．晶粒尺寸分布与临界空洞长度均符合正态对数分布且分布参数基本一致．阻变曲线线性区斜率与温度呈指数函数关系．利用阻变模型提取获得的电迁移扩散激活能约为0．9eV,与Black方法基本一致．     

基于CPLD的LED芯片光谱采集系统的研究

发光二极管(light emitting diode,LED)芯片的光谱检测是LED芯片规模化制造中的一项关键技术。根据光谱测量原理,针对LED芯片光谱测量应用的要求,文章研究了基于复杂可编程逻辑器件(complex programmable logic device, CPLD)的LED芯片光谱采集系统。以CPLD为主芯片,为线阵电荷耦合器件(charge coupled device, CCD)提供工作时序信号,同时控制信号调理、转换、传输模块中的采样率和数据的存储与传输。采用光栅单色仪作为分光器件,线阵CCD作为光电转换器件,检测LED芯片的相对光谱能量分布曲线,同时计算LED芯片光学特性的光谱参数。基于CPLD的LED芯片光谱采集系统简单、快速,同时能达到LED芯片光谱检测精度的要求。     

对比激光辐射:纳米光学天线新进展

美国伯克利实验室的研究人员研发出一种纳米光学天线,可极大增强原子、分子和半导体量子点的自发辐射。该进展为发光二极管在短距光通信,包括光学互连芯片和其他潜在应用方面取代激光器开启了大门。伯克利实验室材料科学分部的电气工程师Eli Yablonovi说:"与受激光辐射相比,自发光辐     

基于COMSOL的多层组织声光作用机制

采用COMSOL Multiphysics软件对不同结构组织中的声光作用过程进行仿真，讨论轴向和径向的光分布特点以及单层和多层组织光学参数对声光信号的影响。仿真结果表明：入射光束的大小对轴向和径向光的衰减速度以及轴向能流率峰值出现位置均产生影响；声光信号的峰峰值、平均值以及调制深度均随单层组织光学特性的改变而规律性变化；对于多层结构，声光信号的调制深度仅取决于靶组织的光学特性，与非靶组织的光学特性无关。     

基于FPGA的无创伤血液成分光谱采集系统设计

血液成分检测是健康诊断的重要手段,常规的血液成分检测采用抽血的方法,不仅给病人带来痛苦,还存在交叉感染的风险。近红外光谱技术是无创伤血液成分检测中的研究热点。为满足近红外无创伤血液成分检测仪器对其光谱数据采集系统提出的高速、多通道和高信噪比的要求,设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的高速、多通道光谱数据采集系统。该系统采用Altera公司Cyclone IV系列的FPGA芯片作为其微控制器,控制两片8通道的A/D芯片并行采集16通道的人体血液脉搏波光谱信号,采集到的数据在FPGA的控制下首先缓存在FPGA内部建立的乒乓RAM中,然后转存至外部SRAM芯片中,最后经USB总线传输至计算机。实验结果表明,在19 531 Hz的采样频率下,该系统能够高速并行采集16个通道的信号,重复性信噪比可达40 000∶1。此外,在该采样率下,系统可以采集到高信噪比的人体血液脉搏波信号,采集速度能够达到每秒305幅光谱图。该系统满足近红外无创伤血液成分检测仪器对于光谱数据采集系统的基本要求。该研究的主要创新点为将FPGA应用于近红外无创伤血液成分检测仪器的数据采集系统中,FPGA能够同时控制两片AD芯片进行16路人体血液脉搏波数据的高速并行采集,解决了单片机作为微控制器时无法实现多通道大量数据高速采集和储存的问题,使仪器的采集速度大大加快;同时使用FPGA内部资源建立乒乓RAM进行数据的缓冲,实现了不同位数数据从AD芯片到SRAM芯片的无缝连续传输。     

虚拟光学信息隐藏理论及并行硬件实现

基于光学信息处理的多维数据加／解密方法作为一种新的“非数学”数据加密技术,因其具有实时的数据传递速度、密级高、密钥设计灵活且自由度大等优点．已成为研究的又一热点。在虚拟光学信息隐藏理论模型的基础上,使用数字信号处理器芯片的并行策略实现了一种具有多重锁、多重密钥的高密级多媒体信息隐藏系统。对系统性能的评估结果表明,该系统可以实时完成对多种数字媒体信息的加／解密．且系统性能优良。这在一定程度上弥补了虚拟光学多维数据隐藏技术所丧失的信息光学固有的并行处理能力。系统的实现为虚拟光学加密方法在现实信息加密中的应用开辟了一条有效的途径。     

金属互连电迁移噪声的相关维数研究

针对金属铝互连中噪声信号随电迁移过程变化规律及其所反映的内部失效机理问题，提出将相关维数用于对电迁移噪声时间序列的分析.通过对互连电迁移噪声实验数据的相关维数计算，发现随着电迁移的进行，金属铝互连噪声由随机性成分占主导变为确定性成分占主导，反映出噪声由随机信号转变为混沌动力学信号.应用散射理论解释上述现象，在金属互连电迁移中，空位扩散阶段噪声主要产生机制是空位随机散射；在空位聚集到空洞成核这一过程中，噪声产生机制逐渐从随机散射转变到弹道混沌腔输运机制为主.通过与传统表征参量的对比，证明相关维数可用于预测金 关键词： 电迁移 噪声 相关维数 混沌     

基于73K222AU芯片实现单片机远程通信

远距离数据采集与传输主要依赖于公共有线或无线网络,数据交换和远程控制容易泄露信息,不利于重要数据有效保护。为了实现专用线路远程通信,有效解决长距离数据传输困难,提出基于调制解调器73K222AU芯片与单片机AT89S52 、变压器HR219307的硬件电路和接口电路设计方法,达到数据和信号远程交换;通信校验采用CRC循环冗余码校验算法与奇偶校验算法,不仅简化了运算,同时有效解决传输误码影响;程序设计采用结构清晰的C51语言,还具有汇编语言的硬件操作能力。实验结果显示,采用73K222AU芯片设计的电路,能够实现单片机远程通信,数据传输距离远、可靠性高、通信组网方便、环境适应能力强,满足野外专用数据通信组网。     

基于RapidIO技术的网络交换板卡的设计与实现

为了满足新的信号处理平台使用RapidIO技术来进行重构的要求,实现DSP芯片在信号处理板之间和机箱之间的动态连接配置,提出了一种基于RapidIO的网络交换板卡的设计和实现方式。板卡使用TSI578交换芯片构成RapidIO交换机,来实现信号处理板和网络交换板之间的RapidIO数据包路由交换;使用千兆以太网和光纤来实现机箱间的互连;使用FPGA芯片来实现RapidIO和千兆以太网、光纤数据之间的协议转换。应用结果表明,利用该网络交换板能够很好的实现DSP芯片在板卡间与机箱间的互连重构。