Author Affiliations
Abstract
1 College of Science, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093, China
2 College of Electronic Science and Engineering, Jilin University, Jilin 130012, China
The silicon-based arrayed waveguide grating (AWG) is widely used due to its compact footprint and its compatibility with the mature CMOS process. However, except for AWGs with ridged waveguides of a few micrometers of cross section, any small process error will cause a large phase deviation in other AWGs, resulting in an increasing cross talk. In this paper, an ultralow cross talk AWG via a tunable microring resonator (MRR) filter is demonstrated on the SOI platform. The measured insertion loss and minimum adjacent cross talk of the designed AWG are approximately 3.2 and -45.1 dB, respectively. Compared with conventional AWG, its cross talk is greatly reduced.
SOI platform arrayed waveguide grating cross talk microring filter array thermo-optic effect Chinese Optics Letters
2024, 22(3): 031303
1 重庆西南集成电路设计有限责任公司, 重庆 401332
2 安徽大学 集成电路学院, 合肥 230601
3 中国电子科技集团公司第二十四研究所, 重庆 400060
基于013 μm CMOS SOI工艺, 设计并实现了一种100 MHz~12 GHz高功率SPDT射频开关。该射频开关为吸收式射频开关, 开关支路为串并联的拓扑结构。采用负压偏置设计, 减小了插入损耗, 提高了隔离度。采用多级开关管堆叠设计, 提高了开关的输入1 dB 压缩点。测试结果表明, 在100 MHz~12 GHz频率范围内, 该射频开关插入损耗小于15 dB, 隔离度大于31 dB, 输入1 dB 压缩点大于40 dBm。芯片尺寸为11 mm ×11 mm。
高功率 高隔离度 射频开关 high power high isolation RF switch SOI SOI
1 北京中科飞鸿科技股份有限公司，北京100095
2 中国科学院声学研究所，北京100190
使用结构为42°Y-X LiTaO3(600 nm)/SiO2(500 nm)/Si的SOI衬底，通过抑制横向模式等优化设计，研制了单端谐振器和声表面波滤波器。经测试，谐振器的谐振频率为1.5 GHz，品质因数(Q)值高达4 000；滤波器的中心频率为1 370 MHz，插入损耗为-1.2 dB，1 dB带宽为74 MHz，相对带宽达到5.4%，阻带抑制大于40 dB，且温度系数在-55~+85 ℃时优于-9×10-6/℃。该产品具有高频、宽带、低损耗、低温漂、高阻带抑制的特点，其性能指标优异，具有很好的实用性。
SOI衬底 大带宽 横向模式 谐振器 声表面波滤波器 SOI substrate wide bandwidth transverse mode resonator surface acoustic wave filter
1 重庆邮电大学 光电工程学院,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
3 中国电子科技集团公司 第五十八研究所, 江苏 无锡 214035
对高压SOI pLDMOS器件总剂量辐射效应进行了研究。分析了不同偏置条件下器件击穿电压的退化机理,并使用TCAD在不同氧化层界面引入固定陷阱电荷,仿真了电离辐射总剂量效应。结果表明,总剂量辐射在FOX和BOX引入辐射陷阱电荷QBOX和QFOX。QFOX增加了漏极附近横向电场,降低了埋氧层电场,使击穿位置由体内转到表面,导致击穿电压退化。QBOX降低了埋氧层电场,降低了埋氧层压降,导致击穿电压退化。
总剂量辐射 击穿电压 辐射陷阱电荷 total-ionizing-dose effect SOI pLDMOS SOI pLDMOS BV radiation trap charge
1 航空工业西安飞行自动控制研究所，陕西 西安 710065
2 西安交通大学 电子科学与工程学院，陕西 西安 710049
波导偏振器是片上集成相干光学系统中的关键器件之一，超高消光比、低损耗、紧凑型波导偏振器的设计一直是研究的热点。基于绝缘体上硅平台的倾斜Bragg光栅被用于实现超高消光比波导偏振器结构。利用一维光子晶体能带理论分别计算TE和TM模式光的能带结构分布，选择TE模式禁带与TM导带重叠带隙设计光栅，可实现TM模式低损传输，而TE模式被Bragg光栅高效反射，从而产生超高偏振消光比。3D FDTD仿真表明：16 μm倾斜Bragg光栅波导偏振器可在中心波长1550 nm附近70 nm的带宽内，实现大于37 dB的超高消光比，器件的损耗小于0.64 dB；进一步增加光栅周期数，当长度为25 μm时，消光比可提高至46 dB。Bragg光栅倾斜角与刻蚀宽度偏差仿真表明：设计的结构加工误差容限较大，同时该结构仅需一次曝光刻蚀，工艺流程简单。
偏振器 Bragg光栅 一维光子晶体 SOI波导 polarizer Bragg grating one-dimensional photonic crystal SOI waveguide 红外与激光工程
2022, 51(8): 20210713
1 西安交通大学 电子陶瓷与器件教育部重点实验室, 多功能材料与结构教育部重点实验室, 国际电介质研究中心, 电子科学与工程学院, 陕西 西安 710049
2 江西匀晶光电技术有限公司, 江西 九江332000
近年来,片上光子集成技术备受关注并飞速发展, 但在光纤与芯片、芯片与芯片上实现高效、高可靠性的光耦合仍是难题。光栅因其制作简单, 位置灵活, 对准容差大及可实现片上测试等一系列优点而备受研究者的关注。目前在绝缘体上硅(SOI)平台和绝缘体上铌酸锂(LNOI)平台上已开发出大量的光栅耦合器件, 并获得较高的耦合效率和大带宽。该文主要介绍光栅耦合器的工作原理和主要性能指标, 阐述了均匀光栅、倾斜光栅、闪耀光栅和切趾光栅耦合的特点及现阶段进展, 并对具有代表性的一维光栅性能指标进行了比较。结果表明, 分布式布喇格反射镜和金属反射镜可有效地提升光栅耦合效率。此外, 该文还介绍了基于LNOI平台的几种光栅耦合器, 其可帮助研究者们梳理光栅耦合器的发展历程、研究现状及各耦合器的特点, 为未来研究提供一定的参考。
光栅耦合 绝缘体上硅(SOI) 耦合效率 闪耀光栅 切趾光栅 grating coupling silicon-on-insulator(SOI) coupling efficiency blazed grating apodized grating
哈尔滨工程大学 信息与通信工程学院, 哈尔滨 150001
提出了一种具有叠层埋氧层的新栅型绝缘体上硅(SOI)器件。针对SOI器件的抗总电离剂量(TID)加固方案, 对绝缘埋氧层(BOX)采用了叠层埋氧方案, 对浅沟槽隔离(STI)层采用了特殊S栅方案。利用Sentaurus TCAD软件, 采用Insulator Fixed Charge 模型设置固定电荷密度, 基于0.18 μm CMOS工艺对部分耗尽(PD)SOI NMOS进行了TID效应仿真, 建立了条栅、H栅、S栅三种PD SOI NMOS器件的仿真模型。对比三种器件辐照前后的转移特性曲线、阈值电压漂移量、跨导退化量, 验证了该器件的抗TID辐照性能。仿真结果表明, 有S栅的器件可以抗kink效应, 该PD SOI NMOS器件的抗TID辐照剂量能力可达5 kGy。
总剂量辐照 S栅体接触 kink效应 STI STI PD SOI NMOS PD SOI NMOS total dose irradiation S-gate contact kink effect
1 中国科学院大学， 北京 100049
2 中国科学院 微电子研究所， 北京 100029
3 中国科学院 硅器件技术重点实验室， 北京 100029
对90 nm PDSOI MOSFET的热阻进行了提取与研究。以H型栅MOSFET为研究对象，将源体二极管作为温度敏感器，通过测量源体结电流与器件温度的关系以及源体结电流与器件功率的关系，获得MOS器件功率与器件温度的关系，从而获取MOS器件热阻值。实验结果表明，该工艺下PMOS器件的热阻比NMOS器件大，其原因是PMOS体区掺杂浓度比NMOS高，而掺杂浓度越高，导热性越差，热阻就越大；H型栅器件的归一化热阻随沟道宽度的增加而增大，其原因是随着沟道宽度的增加，体引出区域对器件导热的贡献变小；热阻随环境温度的上升而减小，其原因是二氧化硅埋氧层的导热率随温度的升高而增大。
部分耗尽SOI 自加热效应 热阻 源体二极管法 H型栅 PDSOI self-heating effect thermal resistance the method of source-body diode H-gate
1 中国科学院 微电子研究所， 北京 100029
2 中国科学院 硅器件技术重点实验室， 北京 100029
3 中国科学院大学， 北京 100049
研究了低阈值电压(LVT)结构的28 nm超薄体全耗尽绝缘体上硅(FD-SOI)MOSFET的高温下特性。在300 ℃下对器件进行测试，将FD-SOI与部分耗尽(PD)SOI进行参数对比。结合理论分析，证明了高温下超薄体FD-SOI具有比PD-SOI更低的阈值电压漂移率和亚阈值摆幅。在300 ℃高温下工作时，SOI MOSFET的参数发生退化，阈值电压减小，泄漏电流增加，栅极对沟道电流的控制能力大大减小。超薄体FD-SOI的设计可使器件的高温性能更加稳定，将电路的工作温度提高到300 ℃。
高温器件 阈值电压 亚阈值摆幅 超薄体FD-SOI high temperature device threshold voltage subthreshold slope ultra-thin-body FD-SOI
中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 山西 太原 030051
该文设计、制作并测试了一种用于实时三维超声成像的电容式微机械超声换能器(CMUT)二维面阵。根据二维面阵指向性分析, 设计了中心频率1 MHz、阵元间距0.7λ(λ为波长)的16×16阵元CMUT二维面阵, 并利用硅-绝缘体上硅(Si-SOI)键合工艺完成了CMUT二维面阵的加工。通过对CMUT二维面阵进行电容-电压(C-V)测试, 发现静态电容测试值与设计值基本一致, 测量了CMUT二维面阵中64个阵元的电容, 测量的平均电容为26.3 pF, 其标准差为4.27 pF, 验证了所制造的器件具有良好的均匀性。在水中测试了CMUT二维面阵的超声发射和接收功能, 得到测试距离与实际距离偏差不到1%, 实验表明, 不同距离下CMUT的发射和接收能力良好。
电容式微机械超声换能器(CMUT) 二维面阵 硅-绝缘体上硅(Si-SOI)键合 电容-电压(C-V)测试 收发特性 CMUT 2D array Si-SOI bonding C-V test transceiver characteristic
