1 江苏大学 电气信息工程学院，江苏 镇江 212013
2 中国电子科技集团公司第五十五研究所，江苏 南京 210016
本文提出了一种基于 CMOS 0.18 μm工艺的改进型高响应度太赫兹探测器线阵，各探测像素单元由高增益片上天线、高耦合度差分自混频功率探测电路和集成电压放大器组成。其中，差分探测电路利用源极差分驱动场效应管的交叉耦合电容，将太赫兹差分信号耦合至场效应管的栅极与源极，增强场效应管沟道内自混频太赫兹信号的强度，实现高响应度。其次，该探测器配备高增益片上环形差分天线与集成电压放大器，可有效放大混频后的信号，进而提高系统信噪比，最终达到增强探测器响应度的目的。探测器1 × 3线阵系统充分利用CMOS工艺多层结构的特点，将电压放大器布置在天线地平面下方，提高了芯片面积的利用率，有效降低了制作成本，整个系统的面积为0.5 mm2。测试结果表明，当场效应管的栅极偏置为0.42 V时，该探测系统对0.3 THz辐射信号的电压响应度（Rv）最大可达到43.8 kV/W，对应的最小噪声等效功率（NEP）为20.5 pW/Hz1/2。动态测试结果显示该探测器可对不同材质的隔挡物进行区分。
互补金属氧化物半导体 太赫兹 探测器 宽带天线 高响应度 CMOS THz detector broadband antenna high responsiveness
北京智慧能源研究院 先进输变电技术国家重点实验室, 北京 102200
介绍了一种在JFET区域采用浅槽N型重掺杂降低器件比导通电阻与开启损耗的1 200 V碳化硅平面栅MOSFET器件。采用浅槽结构设计, 减小了器件栅源电容CGS及栅漏电容与栅源电容比值CGD/CGS, 降低了器件的开启损耗。浅槽下方采用的N型重掺杂使得器件反型层沟道压降明显提高, 使器件获得了更低的比导通电阻。仿真结果表明, 相比于平面栅MOSFET器件, 开启损耗降低了20%; 相比于平面栅MOSFET与分裂栅MOSFET, 器件比导通电阻分别减小了14%和17%。
Miller 电容 分裂栅 MOSFET 4H-SiC MOSFET 4H-SiC MOSFET, Miller capacitance, split gate MOSF
1 暨南大学光子技术研究院广东省光纤传感与通信技术重点实验室，广东 广州 511443
2 暨南大学附属第一医院消化内科，广东 广州 510632
3 广东省人民医院广东省心血管病研究所，广东 广州510080
4 广州信筑医疗技术有限公司，广东 广州 510535
微循环功能是反映危重病人器官生理状态的关键指标，为确定后续治疗手段提供了重要依据。传统上采用显微镜等手段观察体表微循环状态，但仅能获得组织毛细血管的空间形态，获取的功能性信息有限，难以满足临床需求。针对肠道内微循环监测需求构建了小型化光纤光声内窥镜，将成像探头伸入活体小动物直肠内以旋转扫描的方式进行内窥成像。在扫描过程中通过逐点探测由激光脉冲在生物体内激发出的超声波，能够获得消化道内壁血管空间分布；基于动静脉血在光学吸收谱上的差异，采用双波长激发获得了血氧饱和度的空间分布。基于数小时的连续监测，发现小动物患脓毒症后直肠内壁血管结构与血氧饱和度均发生明显变化。实验结果表明，该技术能够以无创方式表征典型微循环疾病模型的功能性变化，为微循环的无创监测提供了一种新的技术途径。
生物医学 光声成像 光声内窥镜 超声传感器 光纤传感器 微循环障碍
江苏大学 电气信息工程学院, 江苏 镇江 212013
针对硅基毫米波功率放大器存在的饱和输出功率较低、增益不足和效率不高的问题,基于TSMC 40nm CMOS工艺,设计了一款工作在28 GHz的高效率和高增益连续F类功率放大器。提出的功率放大器由驱动级和功率级组成。针对功率级设计了一款基于变压器的谐波控制网络来实现功率合成和谐波控制,有效地提高了功率放大器的饱和输出功率和功率附加效率。采用PMOS管电容抵消功率级的栅源电容,进一步提高线性度和增益。电路后仿真结果表明,设计的功率放大器在饱和输出功率为20.5 dBm处的峰值功率附加效率54%,1 dB压缩点为19 dBm,功率增益为27 dB,在24 GHz~32 GHz频率处的功率附加效率大于40%。
功率放大器 高增益 谐波控制网络 高效率 power amplifier high gain harmonic control network high efficiency
江苏大学电气信息工程学院, 江苏镇江 212013
传统太赫兹探测器仅能获取信号幅值信息, 为此提出一种正交外差混频结构, 可同时获得信号的幅值、相位和极化信息, 有效提升探测器的灵敏度和信息量。该探测器基于 40 nm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺, 在传统吉尔伯特双平衡混频结构的开关级与跨导级之间串联电感, 输出级联 cascode中频放大器, 进一步提高探测器响应电压。经过仿真优化, 该探测器在 -50 dBm射频功率, 0 dBm本振功率条件下, 1 GHz中频信号的电压响应度为 1 100 kV/W, 噪声等效功率为 26.8 fW/Hz1/2, 输出波形显示了良好的正交性。同时, 设计了一个 1∶8层叠式功分器用于分配本振功率, 在 150 GHz频率处, 该功分器的插入损耗约为 5 dB, 四路差分输出信号的幅值差为 0.8~1.2 dB, 相位差为 0.4 °~1.7 °。
互补金属氧化物半导体(CMOS) 太赫兹 正交 外差 功分器 Complementary Metal Oxide Semiconductor(CMOS) terahertz quadrature heterodyne power divider 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(10): 1000
1 齐鲁工业大学（山东省科学院） 山东省科学院激光研究所，山东 济南 250104
2 哈尔滨工业大学（威海） 信息科学与工程学院，山东 威海 264209
针对激光超声和电磁超声两种非接触式检测方式在实验中操作复杂和灵敏度低，以及难以观察不同参数对相关物理场造成的影响等问题，文中将有限元法应用到激光声磁混合式检测当中，采用数值分析方法分析了脉冲激光与电磁超声换能器之间的匹配关系对检测灵敏度的影响，研究了激光声磁检测系统的优化设计依据。利用有限元软件建立了激光声磁检测系统的仿真模型，通过正交数值仿真分析了高斯激光脉冲激励超声的温度场和位移场特性，进而观测了电磁超声换能器参数变化对检测灵敏度的影响。结果表明：螺旋型线圈接收的电压信号能正确反应由入射激光在固体中发生热膨胀效应产生的超声位移场，当磁体的高宽比为 1.5 倍时，驱肤层处磁场强度分布最优，提离距离对换能效率的影响呈现负指数变化规律，评价了不同接收间距处电磁超声换能器的接收性能。
激光超声 电磁超声 无损检测 有限元分析 laser ultrasonic EMAT nondestructive testing finite element analysis 红外与激光工程
2022, 51(7): 20210533
1 内蒙古工业大学化工学院, 呼和浩特 010051
2 内蒙古自治区低阶碳质资源高值化利用重点实验室, 呼和浩特 010051
半导体光催化剂因其高效、生态友好、成本低等优点, 可用于解决能源与环境问题。层状双金属氢氧化物(LDHs)是一类由两种或两种以上金属阳离子组成的金属氢氧化物, 结构由主体层板和层间的插层阴离子及水分子相互交叠构成。LDHs纳米材料具有带隙可调、比表面积大、种类多样、成本低廉并且易与其他材料复合实现功能化等优点, 因此LDHs纳米材料在光催化领域中表现出良好的应用前景。本文系统综述了近年来LDHs纳米材料的制备方法及其在光催化分解水制氢、吸附和降解有机染料, 以及光催化还原二氧化碳等光催化领域的最新研究进展, 为未来高性能LDHs基纳米催化材料的制备及催化性能调控提供了一定的参考。
层状双金属氢氧化物(LDHs) 纳米材料 光催化 催化剂 吸附 降解 layered double hydroxide (LDHs) nanomaterial photocatalysis catalyst adsorption degradation
江苏大学 电气信息工程学院, 江苏 镇江 212013
针对传统三倍频器输出功率和匹配性能差的问题, 基于TSMC 0.18 μm CMOS工艺, 提出一种用滤波器作为匹配电路的三倍频器。该三倍频器输出匹配性能好、功率损耗小, 提高了三次谐波的输出功率。对晶体管静态特性进行分析, 进一步提升输出功率。流片后的实测结果表明, 在31.5~36 GHz输出频率范围内, 输入功率为0 dBm时, 最大输出功率为-6.2 dBm, 基波抑制比大于12.35 dBc, 二次谐波抑制比大于8.2 dBc。三倍频器的电源电压为1.8 V, 直流功耗为36.9 mW。核心电路面积为0.35 mm2。
倍频器 三倍频器 巴伦 frequency multiplier tripler Balun CMOS CMOS
