基于Add-drop型微环谐振腔的硅基高速电光调制器设计

相比于传统的All-pass型微环谐振腔硅基电光调制器, Add-drop型微环谐振腔可提供更多的设计自由度, 使调制器在不改变杂质掺杂浓度的情况下就能在调制带宽和消光比性能上获得均衡考虑. 本文设计了基于Add-drop型微环谐振腔的高速、且在低调制电压下实现大消光比的硅基电光调制器, 所用微环谐振腔的半径仅仅为20 μm. 重点分析了直波导与微环谐振腔的耦合对调制器性能的影响, 发现较小的Drop端耦合系数有利于消光比的提高, 但是不能同时达到最佳的调制带宽, 因此设计上存在一个带宽和消光比性能上的折中考虑. 根据优化设计的结果进行了实际器件的制作和测试. 静态光谱测试表明, 在3 V反向偏置电压的作用下, 调制器的消光比最大可达12 dB. 动态电光响应测试中, 在仅仅1.2 V的信号幅值电压下测得了8 Gbps数据传输速率的清晰眼图. 关键词： 电光调制器 绝缘体上的硅 微环谐振腔 载流子色散效应     

基于绝缘体上硅晶片的微机电系统红外光源

提出了一种利用微机电系统(MEMS)制造工艺技术制备的硅基微型红外光源。该光源使用绝缘体上硅(SOI)晶片作为基底材料,其上沉积多晶硅材料并通过离子注入工艺实现材料的电阻加热发光特性,SOI晶片上的单晶硅层通过重掺杂实现辐射光背向吸收自加热效应。利用SOI晶片中的掩埋二氧化硅层为刻蚀停止层,通过背面深反应离子刻蚀(DRIE)技术制备微米量级的薄膜发光层结构。光源表面工作温度和辐射光谱分别通过红外热像仪和光谱辐射计测量得到。实验结果表明,该光源在表面温度约700 K时,1.3~14.5μm波长内的能量转换效率约为5.58%,光源的调制频率在50%的调制深度下接近40 Hz。     

电离辐射对部分耗尽绝缘体上硅器件低频噪声特性的影响

本文针对辐射前后部分耗尽结构绝缘体上硅(SOI)器件的电学特性与低频噪声特性开展试验研究. 受辐射诱生埋氧化层固定电荷与界面态的影响, 当辐射总剂量达到1 M rad(Si) (1 rad = 10^-2 Gy)条件下, SOI器件背栅阈值电压从44.72 V 减小至12.88 V、表面电子有效迁移率从473.7 cm²/V·s降低至419.8 cm²/V· s、亚阈斜率从2.47 V/dec增加至3.93 V/dec; 基于辐射前后亚阈斜率及阈值电压的变化, 可提取得到辐射诱生界面态与氧化层固定电荷密度分别为5.33×10¹¹ cm^{- 2}与2.36×10¹² cm^-2. 受辐射在埋氧化层-硅界面处诱生边界陷阱、氧化层固定电荷与界面态的影响, 辐射后埋氧化层-硅界面处电子被陷阱俘获/释放的行为加剧, 造成SOI 器件背栅平带电压噪声功率谱密度由7×10^{- 10} V²·Hz^-1增加至1.8×10^-9 V² ·Hz^-1; 基于载流子数随机涨落模型可提取得到辐射前后SOI器件埋氧化层界面附近缺陷态密度之和约为1.42×10¹⁷ cm^-3·eV^-1和3.66×10¹⁷ cm^-3·eV^-1. 考虑隧穿削弱因子、隧穿距离与时间常数之间关系, 本文计算得到辐射前后埋氧化层内陷阱电荷密度随空间分布的变化.     

部分耗尽结构绝缘体上硅器件的低频噪声特性

针对部分耗尽结构绝缘体上硅(silicon-on-insulator, SOI)器件低频噪声特性展开实验与理论研究. 实验结果表明, 器件低频噪声主要来源于SiO₂-Si界面附近缺陷态对载流子的俘获与释放过程; 基于此理论可提取前栅和背栅氧化层界面附近缺陷态密度分别为8×10¹⁷ eV^-1·cm^-3和2.76×10¹⁷ eV^-1·cm^-3. 基于电荷隧穿机理, 在考虑隧穿削弱因子、隧穿距离与时间常数之间关系的基础上, 提取了前、背栅氧化层内缺陷态密度随空间的分布情况. 此外, SOI器件沟道电流归一化噪声功率谱密度随沟道长度的增加而线性减小, 这表明器件低频噪声主要来源于沟道的闪烁噪声. 最后, 基于电荷耦合效应, 分析了背栅电压对前栅阈值电压、沟道电流以及沟道电流噪声功率谱密度的影响.     

基于偏振模式转换的声光陀螺研究

提出一种基于偏振模式转换的声光陀螺,分析其原理与结构并对该陀螺进行实验测试。静态测试结果表明,当声光作用长度为15mm,声表面波输入功率为100mW,频率为168.201MHz时,偏振模式转化效率为80.02%。在偏置条件下进行旋转测试,得到输出电压随陀螺转速呈线性变化的曲线,其灵敏度约为1mV/[(°)/s]。偏振型声光陀螺保留声表面波陀螺体积小、成本低等优点,而在灵敏度上有大幅提高。     

衬底浮空的新型绝缘体上硅基横向功率器件分析

针对有机半导体领域的发展要求,报道了一种能够应用于有机半导体领域衬底浮空的新型SOI LDMOS(silicon on insulator lateral double-diffused metal oxide semiconductor)功率器件,不同于传统无机半导体中SOI LDMOS功率器件,该新型器件可以与绝缘...     

声光调制器偏振特性的实验研究

声光调制器利用声光晶体的声光效应对输入信号进行外调制。另外,实验结果也表明:由声光调制器出射的衍射光存在偏振态的改变。旋转起偏器的透振方向,拉曼—纳斯衍射的一级衍射光的偏振态发生变化;且各级衍射光的偏振度随着透振方向的改变而发生周期性的变化。     

绝缘体上硅波导侧壁粗糙度与模式损耗的相关性

绝缘体上硅光波导侧壁粗糙度引起的光损耗是限制硅基集成线路被广泛应用的重要因素之一,利用激光扫描共聚焦显微镜精确测量了SOI波导各相异性分布的侧壁粗糙度,进而将一个三维侧壁粗糙度引入到光波导传输损耗计算的传统理论模型中,获得了更加精确的模型.数值模拟表明,侧壁粗糙度与波导结构决定的相关长度与侧壁粗糙度对光传输损耗产生同步...     

绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管中辐射导致的寄生效应研究

基于⁶⁰Co γ射线源研究了总剂量辐射对绝缘体上硅（silicon on insulator,SOI）金属氧化物半导体场效应晶体管器件的影响.通过对比不同尺寸器件的辐射响应,分析了导致辐照后器件性能退化的不同机制.实验表明：器件的性能退化来源于辐射增强的寄生效应;浅沟槽隔离（shallow trench isolation,STI）寄生晶体管的开启导致了关态漏电流随总剂量呈指数增加,直到达到饱和;STI氧化层的陷阱电荷共享导致了窄沟道器件的阈值电压漂移,而短沟道器件的阈值电压漂移则来自于背栅阈值耦合;在同一工艺下,尺寸较小的器件对总剂量效应更敏感.探讨了背栅和体区加负偏压对总剂量效应的影响,SOI器件背栅或体区的负偏压可以在一定程度上抑制辐射增强的寄生效应,从而改善辐照后器件的电学特性.     

总剂量效应致0.13μm部分耗尽绝缘体上硅N型金属氧化物半导体场效应晶体管热载流子增强效应

空间科学的进步对航天用电子器件提出了更高的性能需求, 绝缘体上硅(SOI)技术由此进入空间科学领域, 这使得器件的应用面临深空辐射环境与地面常规可靠性的双重挑战. 进行SOI N型金属氧化物半导体场效应晶体管电离辐射损伤对热载流子可靠性的影响研究, 有助于对SOI器件空间应用的综合可靠性进行评估. 通过预辐照和未辐照、不同沟道宽长比的器件热载流子试验结果对比, 发现总剂量损伤导致热载流子损伤增强效应, 机理分析表明该效应是STI辐射感生电场增强沟道电子空穴碰撞电离率所引起. 与未辐照器件相比, 预辐照器件在热载流子试验中的衬底电流明显增大, 器件的转移特性曲线、输出特性曲线、跨导特性曲线以及关键电学参数V_T, GM_max, ID_SAT退化较多. 本文还对宽沟道器件测试中衬底电流减小以及不连续这一特殊现象进行了讨论.     

硅基全光宽带太赫兹幅度调制器的研究

提出了一种基于掺金硅的全光学宽带太赫兹波幅度调制器, 研究了金(Au)点阵掺杂后硅(Si)体内的少数载流子寿命及其太赫兹波调制特性. 实验结果表明, 掺杂的Au原子为Si中的光生电子- 空穴对提供了有效复合中心, 使其少数载流子寿命由原来十几微秒降低至110 ns左右. 利用波长915 nm 调制激光作为抽运光源, 在340 GHz载波的动态调制测试中获得4.3 MHz的调制速率和21%的调制深度, 使Si基调制器的调制速率提高了两个数量级. 该全光太赫兹调制器可工作在整个太赫兹频段内, 具有极化不敏感特性, 因而在太赫兹波高速和宽带调控方面具有重要的应用价值, 也是构建光控型Si 基太赫兹功能器件的重要基础.     

An analytical model for coplanar waveguide on silicon-on-insulator substrate with conformal mapping technique

In this paper, the authors present an analytical model for coplanar waveguide on silicon-on-insulator substrate. The four-element topological network and the conformal mapping technique are used to analyse the capacitance and the conductance of the sandwich substrate. The validity of the model is verified by the full-wave method and the experimental data. It is found that the inductance, the resistance, the capacitance and the conductance from the analytical model show they are in good agreement with the corresponding values extracted from experimental S-parameter until 10 GHz.     

Simulation of Birefringence and Absorption in InGaAs-GaAs Multiple Quantum Well Acoustooptic Modulators Operating Near 980 nm

This paper presents the simulation of surface acoustic wave (SAW)-induced absorption coefficient and refractive index change in InGaAs-GaAs multiple quantum well (MQW) structures operating near 980 nm. The exciton problem is solved in two dimensional momentum space to include the non-axial effect due to strain induced valance band mixing and nonparabolicity. The optical absorption coefficient and refractive index changes near the band gap in the MQWs are calculated as a function of SAW power.     

表面波布拉格声光互作用耦合波方程的研究

定义了压电晶体的增劲声光系数,它反映压电晶体中声光、电光和压电效应共同作用的结果。从参量互作用基本理论出发,同时考虑声光效应、电光效应和压电效应三个因素,用一个压电增劲声光系数来表示三种因素的共同作用,导出表面波声光布拉格互作用的耦合波方程。并求解得出相应衍射效率的计算公式。该式说明在弱声光互作用条件下,衍射导光波强度与超声功率成正比。表面波声光器件具有体积小、工作稳定、能耗小、易于集成等优点。可以用作光偏转器、光调制器、滤光器。在光通信以及各类实时信号处理,如相关、卷积、频谱分析、矩阵光计算等领域具有广泛的应用前景。     

关于声光效应光束偏转角的实验研究

对声光效应中光束偏转角进行了一系列实验研究.基于传统声光效应的基本原理,建立了光束偏转角理论模型并进行了相关计算.在此基础上进行声光效应的布拉格衍射实验.大量实验结果显示,所测量到的光束偏转角和理论值存在一定的差距.     

低频水下声信号的激光探测

根据表面波声光效应的原理,提出了一种低频水下声信号的激光探测技术,并建立了实验装置。在几十赫兹的低频段,对水下声源所产生的表面声波进行了探测。实验过程中,利用MATLAB软件对拍摄的衍射图样进行扫描分析,得到了衍射图样中条纹的像素差。根据波长与条纹间距的解析关系式,得到了低频液体表面声波波长,其大小在毫米量级。利用计算机编程,根据最小二乘法拟合色散关系的回归曲线,测量结果与理论色散关系吻合。该方法具有实时、非接触的特点。     

基于COMSOL Multiphysics对Cu2S量子点的表面等离激元共振模拟研究

Cu₂S量子点作为一种新型半导体纳米材料以其特有的化学及光学性质而越来越被人们所关注. 本文通过应用COMSOL Multiphysics4.2a这一基于有限元法的模拟软件, 运用其中的电磁波模块, 结合Maxwell电磁波理论对影响Cu₂S量子点产生表 面等离激元共振的条件做出了模拟分析, 运用Kretschmann棱镜耦合系统建立了理论模型, 通过改变量子点的粒径、有机溶剂的折射率、入射光的波长以及对量子点进行包裹等方式, 模拟出在不同条件下Cu₂S量子点产生表面等离激元共振信号的情况, 为Cu₂S量子点在表面等离激元共振传感中的实际应用提供了理论依据和参考. 关键词： COMSOL Multiphysics 2S量子点')" href="#">Cu₂S量子点 表面等离激元共振 有限元法     

Study on the defect-related emissions in the light self-ion-implanted Si films by a silicon-on-insulator structure

This paper reports that the Si + self-ion-implantation are conducted on the silicon-on-insulator wafers with the 28 Si + doses of 7×10 12,1×10 13,4×10 13,and 3×10 14 cm 2,respectively.After the suitable annealing,these samples are characterized by using the photoluminescence technique at different recorded temperatures.Plentiful emission peaks are observed in these implanted silicon-on-insulator samples,including the unwonted intense P band which exhibits a great potential in the optoelectronic application.These results indicate that severe transformation of the interstitial clusters can be manipulated by the implanting dose at suitable annealing temperatures.The high critical temperatures for the photoluminescence intensity growth of the two signatures are well discussed based on the thermal ionization model of free exciton.