北京工业大学 信息学部 微电子学院, 北京 100124
提出了一种品质因数(Q)-频率(f)特性与电感值(L)-频率(f)特性增强的新型高线性有源电感, 主要由负跨导器、新型正跨导器、Q值增强调制模块、反馈电阻、两级电平转换电路和负跨导器分流支路组成。通过多个电路单元间的协同配合和所设置的三个外部偏置端电压的联合调谐, 该有源电感不但具有高Q值, Q值相对于电感值可独立调节, 而且高Q峰值及电感值在不同频率下能够基本保持不变, 同时也有高的线性度。验证结果表明, 在6 GHz下, Q值可在275~4 471之间变化, 调谐率为1768%, 而电感值的变化率仅为15%; 在48 GHz、52 GHz、56 GHz和6 GHz的4个频点下, 分别获得了4 480、4 469、4 473和4 471的高Q峰值, 变化率仅为024%, 且电感值分别为7532 nH、7467 nH、7909 nH、7977 nH, 变化率仅为63%; 电感值的-1 dB压缩点为-13 dBV。
有源电感 高Q值 独立调节 高线性度 active inductor high quality factor independent adjustment high linearity
北京工业大学 信息学部 微电子学院, 北京 100124
提出了一种低压低功耗有源电感(LVLPAI)。它由新型正跨导器、负跨导器以及电平转换模块构成。其中, 电平转换模块与新型正跨导器的输入端和负跨导器的输出端连接, 同时, 新型正跨导器采用了PMOS晶体管, 并将栅极和衬底短接, 最终使得有源电感可在低压下工作, 且在不同频率下具有低的功耗。基于018 μm RF CMOS工艺进行性能验证, 并与传统AI进行对比。结果表明, LVLPAI和传统AI比较, 在15 GHz、27 GHz、44 GHz这三个频率处分别取得三个电感值3 326 nH、1 403 nH、782 nH的条件下, 前者和后者的工作电压分别为08 V、1 V、12 V和15 V、16 V和17 V, 分别下降了467%、375%、294%; 功耗分别为008 mW、025 mW、053 mW和014 mW、031 mW、062 mW, 分别下降了429%、194%、145%。
有源电感 低压 低功耗 active inductor low voltage low power
北京工业大学 信息学部 微电子学院, 北京 100124
在传统共源-共栅-共漏(CS-CG-CD)有源电感的基础上，提出一种改进型有源电感。在负跨导器的CG晶体管与正跨导器的CD晶体管之间引入带有并联电阻的第一反馈回路和具有小尺寸晶体管的第二反馈回路；另外，在负跨导器的CS晶体管与正跨导器的CD晶体管之间引入调控支路；最终，通过不同模块的相互配合及其他三个外部调控端电压的联合调节，实现了对电感性能的两种重构：1) 在同一频率下取得高的Q峰值且Q峰值相对L值可大范围独立调节；2) 在不同频率下取得高的Q峰值且Q峰值保持基本不变。验证结果表明，在频率5.81 GHz下，Q峰值可从1 132调谐到15 491，调谐范围高达1 268.5%，而电感值在7.65 ～ 7.67 nH之间变化，变化率仅为0.26%；在频率5.72 GHz、7.12 GHz和7.93 GHz下，分别取得了1 274、1 317和1 310的高Q峰值，Q峰值变化率仅为3.38%，同时分别取得了大的电感值7.62 nH、8.08 nH和8.81 nH；有源电感的直流功耗约为38.61 mW。
有源电感 反馈回路 独立调节 品质因子 active inductor feedback loop independent adjustment quality factor
北京工业大学 信息学部 微电子学院, 北京 100124
提出了一种性能多种重构的高频压控有源电感(HFVCAI)。电路主要由第一回转回路、第二回转回路以及调控支路构成, 且第一回转回路和第二回转回路并联, 调控支路与第一回转回路连接, 两个回转回路均配置了外部调控端。通过协同调节3个外部调控端, 可对HFVCAI的性能进行3种重构: 在高频工作区能够对电感值进行大范围调控, 且同时能保持Q值有较大值; 在不同频率下能够同时保持Q峰值和电感值基本不变; 能够实现在对工作频带大范围调控时, 电感值峰值保持基本不变。结果表明, 在5.10~6.60 GHz高频区, 电感值的调控范围大于27 nH, 且Q值可保持大于10; 在4.72 GHz、5.10 GHz和5.46 GHz高频下, 分别取得了1 063、1 053和 1 033 的Q峰值, 变化率仅为2.8%, 且电感值分别为202 nH、198 nH和191 nH, 变化率仅为 5.4 %; 工作频带能在6.02 ~ 7.67 GHz之间调控, 变化率高达27.4 %, 而电感值峰值在404 ~ 395 nH之间变化, 变化率仅为2.2%。
有源电感 多种重构 独立调控 active inductor multiple reconfigurable independent adjustment
北京工业大学 信息学部 微电子学院， 北京 100124
提出了一种采用LC并联谐振电路的新型差分有源电感，实现了宽的工作频带、高的Q值、较大的电感值和可调谐功能。采用无源电感和MOS晶体管可变电容构成LC谐振电路，减小了等效串联电阻和等效并联电容，在增大电感值、Q值的同时，扩大了工作频带。仿真结果表明，在2~7.6 GHz频率范围内，该新型差分有源电感的电感值大于26 nH，Q值大于138；在7.6 GHz高频下，电感值达130 nH，Q值达418，实现了宽工作频带范围内的高Q值和高电感值。与传统差分有源电感和带LC谐振电路的单端有源电感相比，该新型差分有源电感的性能较好。
有源电感 LC并联谐振 宽工作频带 高Q值 active inductor LC parallel resonance wideband high Q value
1 北京工业大学 信息学部, 北京 100124
2 泰山学院 物理与电子工程学院, 山东 泰安 271000
分析了不同光窗口位置和不同光窗口面积对SiGe/Si异质结光电晶体管（HPT）光响应特性的影响.光窗口位于发射区时，HPTs吸收路径长，会产生较多的光生载流子，在发射结界面产生较大的发射结光生电压，有利于发射结的电子注入，因此获得较大的集电极输出电流和光增益.当入射光波长为650 nm，集电极电压为2.0 V，光窗口面积为10 μm×10 μm时，SiGe/Si HPT的光增益最大可以达到9.24.光窗口位于基区时，在较大的入射光功率下，HPTs吸收区的光生载流子密度大，光生空穴发生快速驰豫的可能性增加，一定程度上缓解了空穴迁移率低对器件工作速度的限制，提高了光特征频率.当入射光波长650 nm，集电极电压2.0 V，光窗口面积为10 μm×10 μm时，SiGe/Si HPT的光特征频率可达16.75 GHz.对于能够获得更高光增益光特征频率优值的发射区光窗口SiGe/Si HPTs，当光窗口面积从3 μm×10 μm到50 μm×10 μm逐渐增加时，电子在发射结界面的有效注入面积增加从而光增益逐渐增大；同时发射结和集电结的结电容也随之增大，RC延迟时间增长，光特征频率却逐渐减小.光增益·光特征频率优值随着光窗口面积的增加而逐渐提高，但随着面积的增加，光增益·光特征频率优值提高的速率变慢，并有逐渐趋于饱和的趋势.
异质结光电晶体管 光窗口位置 光窗口面积 光增益 光特征频率 Heterojunction phototransistor Optical window position Optical window area Optical gain Optical characteristic frequency
1 北京工业大学 信息学部 电子科学与技术学院, 北京 100124
2 泰山学院 物理与电子工程学院, 山东 泰安 271000
为提高InP基光探测器的吸收效率和工作速度，设计了一种渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管探测器。采用有效折射率法和光束传播法，分析渐变耦合脊波导的光传输模式，优化后波导宽度和波导长度分别为2.6 μm和250 μm，可实现单模传输和高的光吸收效率.由于渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管光传输方向与载流子运动方向垂直，分别优化光敏晶体管的吸收效率和速度，器件输出光电流和特征频率均得到改善.渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管的响应度为33.83 A/W，饱和输出光电流为90 mA，最高特征频率达到87 GHz，其饱和输出电流和特征频率相比于台面单载流子传输异质结光敏晶体管分别提高了20%和24%.但渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管吸收体积大，获得饱和电流时的光功率也比较大，因此渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管的响应度略小于台面的单载流子传输异质结光敏晶体管的响应度.
异质结光敏晶体管 单载流子传输 光束传播法 响应度 光学特征频率 Heterojunction phototransistor Gradual coupled ridge waveguide Beam propagation method Responsivity Optical characteristic frequency 光子学报
2019, 48(12): 1248002
北京工业大学 信息学部 电子科学与技术学院, 北京 100124
建立了单载流子传输双异质结光敏晶体管的小信号等效电路模型.分析了单载流子传输双异质结光敏晶体管光生电流的产生机制, 并将其作为基极电流的一部分, 引入到小信号等效电路中.分析了单载流子传输双异质结光敏晶体管中单载流子传输的输运方式对光跨导、发射结电阻、发射结结电容和集电结结电容的影响.基于所建模型, 研究了InP基单载流子传输双异质结光敏晶体管的光特征频率和光电流增益受光窗口面积和入射光功率的影响.结果表明, 在同样入射光功率下, 存在一个最佳的光窗口面积使得光特征频率获得最大值, 最佳光窗口面积随入射光功率的增加在一定面积范围内发生偏移.在固定光窗口面积(8×8 μm2)条件下, 随着输入光功率的增加, 光特征频率先增大后减小, 在280 μW时达到最高值150 GHz, 光短路电流增益也随着光功率的增加而逐渐增加, 在入射光功率750 μW时达到饱和, 饱和增益为82 dB.
小信号等效电路模型 单载流子传输 光敏晶体管 光特征频率 光短路电流增益 Small signal equivalent model Uni-travelling carrier Phototransistor Optical characteristic frequency Gain of optical generated 光子学报
2017, 46(11): 1125004
北京工业大学 信息学部电子科学与技术学院, 北京 100124
详细对比并分析了双异质结单载流子传输光敏晶体管(Uni-travelling-carrier Double Heterojunction Phototransistor, UTC-DHPT)与单异质结光敏晶体管(Single Heterojunction Phototransistor, SHPT)在大的入射光功率范围下集电极输出电流特性.首先, UTC-DHPT仅选取窄带隙重掺杂的基区作为吸收区, 与SHPT选取基区和集电区作为吸收区相比, 其光吸收区厚度小, 在小功率入射光下UTC-DHPT的输出电流小于SHPT的输出电流.其次, 由于UTC-DHPT的双异质结结构, 光生电子和光生空穴产生于基区, 减弱了SHPT因光生空穴在集电结界面积累而产生的空间电荷效应, 避免了SHPT在小功率入射光下输出电流开始饱和的问题, 从而UTC-DHPT获得了比SHPT更大的准线性工作范围.最后, UTC-DHPT的单载流子(电子)传输方式使得基区产生的光生空穴以介电弛豫的方式到达发射结界面, 有效降低了发射结势垒, 增加了单位时间内由发射区传输到基区的电子数量, 提高了其发射结注入效率, 在大功率入射光下UTC-DHPT比SHPT能获得更高的输出电流.
光敏晶体管 单载流子传输 输出电流 空间电荷效应 发射结注入效率 phototransistor uni-travelling-carrier output current space charge effect emitter junction injection efficiency
北京工业大学电子信息与控制工程学院， 北京 100124
报道了一种单片集成的串联DFB激光器芯片，在合适工作条件下，可以在疏波分复用(CWDM)的两个信道波长激射。芯片通过非统一多量子阱有源区拓宽材料增益谱，给DFB激光器的纯折射率光栅引入弱增益耦合，提高DFB激光器的动态单模特性。芯片采用普通DFB激光器的制备工艺制备，工艺简单成本低，重复性高。测试结果表明，芯片能够在1.51 μm和1.53 μm两个波长激射，出光功率均能达到6 mW以上，边模抑制比均达到40 dB。
激光器 波长可选 非统一量子阱 弱增益耦合 单片集成 中国激光
2012, 39(10): 1002002
