对于工作电压为5 V的集成电路, 低压触发可控硅(LVTSCR)的触发电压已能满足ESD保护要求, 但其较低的维持电压会导致严重的闩锁效应。为解决闩锁问题, 对传统LVTSCR进行了改进, 通过在N阱下方增加一个N型重掺杂埋层, 使器件触发后的电流流通路径发生改变, 降低了衬底内积累的空穴数量, 从而抑制了LVTSCR的电导调制效应, 增加了维持电压。Sentaurus TCAD仿真结果表明, 在不增加额外面积的条件下, 改进的LVTSCR将维持电压从2.44 V提高到5.57 V, 能够避免5 V工作电压集成电路闩锁效应的发生。

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。

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。

目前与互补金属氧化物半导体工艺兼容且具有高发光效率的硅基光源的制作技术尚不成熟,针对这一问题,研究了一种新型多晶硅发光器件。首先研究了该结构在反偏电压下可能存在的各种雪崩模式(带间跃迁、轫致辐射、空穴在轻和重质量带之间的带内跃迁、高场条件下的电离和间接带间重组),对不同雪崩模式下的发光机理进行了理论分析;然后研究了器件内部的空穴和电子在反偏电压下的漂移及扩散情况,指出载流子注入增加了参与雪崩倍增过程的载流子数量,进而使碰撞电离率提高;最后对器件的电场、光谱、电流与光强等数据进行分析,对量子效率和光电转换效率进行计算,验证了所研究结构通过载流子注入实现了碰撞电离率的提高,进而实现了发光效率的提高,其中量子效率为5.9×10 -5,光电转换效率为4.3×10 -6。

里德堡电子与基态原子的低能电子散射形成长程里德堡分子,这种分子具有大的轨道半径,丰富的振动能级和永久电偶极矩等特点。本文考虑铯里德堡ns态与(n-4)l(n为主量子数,l为角量子数且l>2) 近简并态的非绝热耦合与p-波共振现象,数值计算了长程铯里德堡分子的势能曲线。分析ns6s(n=32-36)态分子最外层势阱,研究了长程里德堡分子的势阱深度、平衡距离与主量子数n的关系,为实验研究长程里德堡分子提供理论依据。

超冷里德堡原子的Blockade效应对构建量子逻辑门以及量子信息存储的研究有重要意义。本文介绍了这方面的研究进展,主要包括：超冷里德堡原子之间长程Van de Waals相互作用和偶极-偶极相互作用的机理,由相互作用产生的Blockade效应,并阐述了利用单里德堡原子激发构建量子逻辑门的可能性。

利用数值方法计算了铯原子的Stark结构，经过对氢原子的数值计算与解析结果的对比，确认我们的计算程序是精确的。实验工作在超冷铯原子中完成，利用共振增强多光子电离光谱方法测量了铯原子n=16附近的Stark光谱，理论计算和实验结果相一致。

将激光器输出频率相对于合适的参考频率标准进行锁定,可以有效地抑制激光器的频率起伏,提高激光器的频率稳定度。对铯原子偏振光谱进行平衡探测,当偏振光谱透射方向与偏振分束棱镜(PBS)偏振面之间的夹角选择合适时,平衡探测后的输出信号即为铯原子D2跃迁线的色散形鉴频信号。实验上实现了波长为852 nm的外腔式半导体激光器对应于铯原子6S1/2(F=4)→6P3/2(F′=5)超精细跃迁线的频率锁定。研究获得在50 s内激光器频率起伏小于±250 kHz,较相同时间内激光器自由运转时的频率起伏3 MHz有显著改善。这种频率锁定的方法不需要对激光器进行调制。

近年来热原子电磁感应透明(EIT)和相干布局俘获(CPT)已有相当多的报道,在三能级A型系统中,双光场能够诱导原子基态相干并且导致吸收减小.从实验上研究了A型Cs原子气固界面反射光谱中的暗共振现象.实验中将Cs原子蒸气加热到150℃左右,抽运光调谐到6S1/2(F=4)→6P3/2(F'=3)附近,探测光在6S1/2(F=3)→6P3/2并以近垂直入射到Cs炉表面,实验中观察并讨论了抽运光在不同强度和失谐情况下探测光选择反射光谱中的暗共振.结果可知在大的抽运光强的作用下,亚多普勒结构的反射光谱在共振位置出现了明显的感应透明现象.实验结果对研究无多普勒效应的原子相干,以及原子-器壁碰撞,长程原子-器壁相互作用,器壁表面原子速度分布有一定的意义.

利用半导体激光器可直接对注入电流进行高速调制的特点,将20 MHz射频(RF)信号直接加在半导体激光器的高频调制端口,射频信号的一部分经过相移器后,与雪崩光电探测器(APD)所探测的饱和吸收光谱信号进行混频,经低通滤波器后产生了类色散曲线;将半导体激光器的输出频率稳定在铯原子D2线的6S1/2(F=4)→6P3/2(F′=5)的超精细跃迁线上,实验所测的10 s内典型的频率起伏小于1 MHz;这种稳频技术不需锁相放大器,具有可避免低频段较高的强度噪声和较大的频率捕获范围的优点。