1 北京大学 集成电路学院, 北京 100871
2 北京微电子技术研究所, 北京 100076
3 西安交通大学 微电子学院, 西安 710049
微纳卫星对于载荷的苛刻要求使得太阳敏感器的微型化研究具有重要意义。为了解决光学器件和处理电路的集成兼容问题, 文章基于标准CMOS工艺提出一种新型片上太阳敏感器, 以金属走线层构建微型墙结构, 两侧均匀分布pn结构成光电传感器, 通过检测两侧光电流比例解算出入射光角度。文章从工艺实现、模型建立、数值仿真和实验测试等方面验证了器件的合理性和可行性。最终, 片上太阳敏感器阵列芯片质量为1.5g, 尺寸为304.2mm3, 检测精度为±1.6°, 视场范围为80°, 可满足微型化需求。
标准CMOS工艺 太阳敏感器 阵列结构 standard CMOS process sun sensor array structure
1 模拟集成电路国家级重点实验室, 重庆 400060
2 中国电子科技集团公司 第二十四研究所, 重庆 400060
设计了一种基于28 nm CMOS工艺的低噪声高电源抑制LDO电路。采用折叠共源共栅结构设计了高输出阻抗、高增益误差的放大器,降低了电源噪声对输出端的影响。采用共源共栅密勒补偿结构,保证电路在负载处于轻载/重载下保持较高的相位裕度,增强了环路稳定性。误差放大器输入端采用降噪模块电路,降低了噪声对整体LDO电路的影响。基于Cadence Spectre进行仿真分析的结果表明,在1.9 V电源电压下,负载由轻载10 mA突变为重载60 mA时,环路增益为77.6~91 dB,相位裕度达到76°~79°。在中间负载电流30 mA下,对电源抑制(PSR)和噪声进行了仿真。结果表明,电源抑制为-81.9 dB,低频噪声(1 kHz)为258 nV·Hz-1/2。对LDO整体电路进行了版图设计和后仿比对。结果表明,环路增益为83.2 dB,相位裕度为78°,PSR为-78.3 dB,低频噪声(1 kHz)为283 nV·Hz-1/2。
28 nm CMOS工艺 高电源抑制 低噪声 28 nm CMOS process LDO LDO high power rejection low noise
1 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
3 上海科技大学 信息科学与技术学院，上海 201210
4 南通智能感知研究院，江苏 南通 226000
提出了一种基于0.35 μm高压CMOS工艺的线性雪崩光电二极管（Avalanche Photodiode，APD）。APD采用了横向分布的吸收区-电荷区-倍增区分离（Separate Absorption，Charge and Multiplication，SACM）的结构设计。横向SACM结构采用了高压CMOS工艺层中的DNTUB层、DPTUB层、Pi层和SPTUB层，并不需要任何工艺修改，这极大的提高了APD单片集成设计和制造的自由度。测试结果表明，横向SACM线性APD的击穿电压约为114.7 V。在增益M = 10和M = 50时，暗电流分别约为15 nA和66 nA。有效响应波长范围为450 ~ 1050 nm。当反向偏置电压为20 V，即M = 1时，峰值响应波长约为775 nm。当单位增益（M = 1）时，在532 nm处的响应度约为最大值的一半。
雪崩光电二极管 横向SACM 高压CMOS工艺 击穿电压 avalanche photodiode lateral SACM high voltage CMOS breakdown voltage 光学 精密工程
2022, 30(15): 1815
中国电子科技集团公司 第二十四研究所, 重庆 400060
采用65 nm CMOS工艺, 设计了一种基于MOS亚阈区特性的全CMOS结构电压基准源。首先利用工作在亚阈值区NMOS管的栅源电压间的差值得到具有特定2阶温度特性的CTAT电压, 该CTAT电压的2阶温度特性与PTAT电压2阶温度特性的弯曲方向相反。再通过电流镜技术实现CTAT电压和PTAT电压求和, 最终得到具有2阶温度补偿效果的基准输出电压。仿真结果表明, 电路可工作在1.1 V到1.5 V电压范围内; 在-55 ℃~160 ℃范围内, 电压基准的温度系数可达5.9×10-6/℃; 在1.2 V电源电压下, 电路的静态功耗和输出电压值分别为10 μW和273.5 mV。
65 nm CMOS工艺 亚阈区 电流镜技术 2阶温度补偿 65 nm CMOS process subthreshold region current mirror technology second-order temperature compensation
1 中电科技集团重庆声光电有限公司， 重庆 401332
2 重庆西南集成电路设计有限责任公司， 重庆 401332
3 中国电子科技集团公司 第二十四研究所， 重庆 400060
基于55 nm CMOS工艺，设计了一种工作于28 GHz的对称型单刀双掷(SPDT)开关。采用串并联拓扑结构实现高隔离度，通过MOS管与电感器构成的开关电感进行LC阻抗匹配，从而实现了低插入损耗和较小芯片面积。开关管采用悬浮衬底设计，减小了插入损耗，提高了线性度。仿真结果表明，该SPDT开关在工作频率下，插入损耗小于1.7 dB，隔离度大于30 dB，输入输出回波损耗小于-20 dB，输入1 dB压缩点为12 dBm。芯片尺寸为240 μm×180 μm。
SPDT开关 开关电感 浮体 CMOS工艺 SPDT switch switching inductor body floating CMOS process
1 中国电子科技集团公司第二十四研究所, 重庆 400060
2 电子科技大学 电子薄膜与集成器件国家重点实验室, 成都 610054
基于硅基光源且与CMOS工艺兼容的全硅光电生物传感器, 其光源低发光效率导致检测低灵敏度, 尚不能大规模应用。对此, 文中研究了多晶硅PN结级联光源及新型全硅光电生物传感器, 包括PN结级联的多晶硅光源的发光机制、波导传输机理、波导生物检测技术。研制的多晶硅PN结级联光源发光效率高达4.3×10-6, 可与波导高效耦合。仿真表明, 波导检测区域介质折射率在1.33~1.73之间变化时, 介质折射率增加使得光能量更少回到波导内芯, 波导内芯传输光强随介质折射率增加而下降, 通过光强变化实现介质折射率传感。
全硅光电生物传感器 CMOS工艺 发光效率 光源-波导耦合 PN结级联光源 all-silicon photoelectric biosensor complementary metal oxide semiconductor (CMOS) pro luminous efficiency light source waveguide coupling PN junction cascade light source、
1 电子科技大学 电子科学与工程学院, 四川 成都 610054
2 中国电科第二十四研究所 模拟集成电路重点实验室, 重庆 400060
通过0.18 μm标准CMOS工艺设计并制备了一种MOS结构的硅基发光器件。该光源器件在一个n阱中设计了两个相同的PMOS, 分别利用p+源/漏区与n阱形成的p+n结进行反偏雪崩击穿而发射可见光。测试结果显示, 该光源器件在正偏状态下的开启电压为0.8 V, 在6 V的反偏电压下发生雪崩击穿, 能够发出黄色的可见光, 发光频谱范围为420~780 nm。本文对比了0.5 μm和2 μm两个不同发光窗口宽度的测试结果, 发现该光源器件在更小发光窗口具有更高的发光强度和更好的发光均匀度, 该特征与发光器件的反向电流密度分布和光在金属电极间的反射有关。研究成果在片上硅基光电集成回路中具有一定的应用价值。
硅基发光器件 CMOS工艺 发光窗口 silicon light-emitting device CMOS process light window
在太赫兹频段，无源器件电容电感的品质因数低、电路的寄生参数以及 MOS管的截止频率影响使太赫兹振荡器电路难以实现高功率输出。提出一种 300 GHz可调谐振荡器，首先，采用改进的交叉耦合双推 (Push- Push)振荡器结构，通过输出功率叠加的方法输出二次谐波 300 GHz信号，增加了振荡器的输出功率并突破了 MOS管截止频率，并通过增加栅极互连电感增加输出功率。其次，太赫兹振荡器摒弃传统片上可变电容调谐的方式，通过调节 MOS管衬底电压改变 MOS管的栅极寄生电容实现频率调谐，避免太赫兹频段引入低 Q值电容，进一步增加了输出功率。提出的太赫兹振荡器采用台积电 40 nm CMOS工艺，基波工作频率为 154.5 GHz，输出二次谐波为309.0 GHz，输出功率可达 -3.0 dBm，相位噪声为 -79.5 dBc/Hz@1 MHz，功耗为 28.6 mW，频率调谐范围为 303.5~315.4 GHz。
Push-Push振荡器 CMOS工艺 太赫兹源 高输出功率 Push-Push oscillator CMOS THz source high output power 太赫兹科学与电子信息学报
2020, 18(3): 364
红外与激光工程
2020, 49(4): 0403009
