（英）STI埋层的高光电流和低暗计数率单光子雪崩二极管

本文研究和分析了一种0.18-μm CMOS工艺单光子雪崩二极管（SPAD）,其结构能抑制过早的边缘击穿（PEB）,同时获得较大的光电流和低的暗计数率（DCR）。该SPAD由p-well/deep n-well的感光结,deep n-well向上扩散形成的区域和边缘Shallow Trench Isolation（STI）共同形成的保护环组成。通过测试确定了与光电流和暗率有关的STI层的大小。结果证明,在STI层与保护环之间的重叠区域为1-μm 时,SPAD的暗计数率和光电流最佳。此外,直径为10-μm的圆形SPAD器件的暗计数率为208Hz,且在波长为510nm时峰值光子探测概率为20.8%,此时具有低的暗计数率和高的探测效率以及宽的光谱响应特性。     

一种低暗计数率CMOS单光子雪崩二极管

基于标准0.18μm CMOS工艺设计了一种新型单光子雪崩二极管(SPAD)器件。该SPAD以p-well/n-well轻掺杂雪崩结作为器件的核心工作区域,同时利用三个相邻n阱间的横向扩散在pn结边缘形成n-虚拟保护环以提高器件的性能。采用Silvaco软件对该器件的电场分布、响应度、击穿电压、光子探测效率和暗计数率等性能参数进行了仿真分析。仿真结果表明:当SPAD器件的光窗口直径为20μm且n阱间隙宽度为1.4μm时,其雪崩击穿电压为13V;在过偏压为1V时,其探测效率峰值和暗计数率分别为37%和0.82kHz;在450~700nm波长范围器件的响应度较好,且在500nm处达到峰值0.33A/W。     

p-well/DNW单光子雪崩二极管保护环的最小化设计

随着CMOS工艺特征尺寸的不断减小,探测器本身的大小成为进一步缩小CMOS单光子雪崩二极管(SPAD)阵列的障碍。为了进一步缩小SPAD探测器的尺寸,基于0.18 μm CMOS 图像传感器(CIS)工艺对p-well/DNW(deep n-well)SPAD的保护环尺寸进行设计,并制造了不同保护环尺寸的SPAD器件。测试结果表明,保护环尺寸减小到0.4 μm仍然能有效防止器件发生过早边缘击穿(PEB),且保护环尺寸大于0.4 μm的SPAD器件雪崩击穿电压为16 V,并表现出良好的雪崩击穿特性。此外,保护环尺寸对p-well/DNW SPAD器件的暗计数(DCR)和光子探测概率(PDP)影响较小,直径为20 μm的SPAD器件,温度为25 ℃时暗计数率为638 Hz,且波长为530 nm时峰值光子探测概率为16%,具有低的暗计数率特性和宽的光谱响应特性。     

低暗计数率InGaAsP/InP单光子雪崩二极管

通过对InGaAsP/InP单光子雪崩二极管（SPAD）的探测效率、暗计数率等基本特性与该器件的禁带宽度、电场分布、雪崩长度、工作温度等参数之间关系的分析,采用比通常的InxGaAs （x=0.53）材料具有更宽带隙的InxGa1-xAsyP1-y（x=0.78,y=0.47）材料作为光吸收层,并且精确控制InP倍增层的雪崩长度,有效地降低了SPAD的暗计数率。其中InGaAsP材料与InP材料晶格匹配良好,可在InP衬底上外延生长高质量的InGaAsP/InP异质结,InGaAsP材料的带隙为Eg=1.03 eV,截止波长为1.2 m,可满足1.06 m单光子探测需要。同时,通过设计并研制出1.06 m InGaAsP/InP SPAD,对其特性参数进行测试,结果表明,当工作温度为270 K时,探测效率20%下的暗计数率约20 kHz。因此基于时间相关单光子计数技术的该器件可在主动淬灭模式下用于随机到达的光子探测。     

一种新型低暗计数率单光子雪崩二极管的设计与分析（英文）

基于0.18μm互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器工艺提出一种新型的低暗计数率(Dark Count Rate)单光子雪崩二极管(SPAD)器件.该器件是利用P+/LNW(Light N-well doping)结检测光子,并通过低浓度的N型扩散圆形保护环抑制边缘击穿,确保其工作在盖格模式.测试结果表明在室温环境下,直径为8μm的SPAD器件,雪崩击穿电压为14.2 V,当过调电压设置为2 V时,暗计数率为260 Hz,具有低的暗计数率特性.     

单光子雪崩二极管探测系统测试与设计分析

随着在弱光探测量子通讯领域研究的深入,光子探测逐渐成为国内外研究的热点.基于Si单光子雪崩光电二极管探测系统,介绍了系统相关性能参数以及相应的测试方法,对主要结构、性能指标和外界环境条件进行了综合性分析,总结并设计了一套完整的测试平台以及测试手段用于对单光子探测系统主要性能进行测试.测试平台采用主动与被动淬火电路两种方式对样品进行测试,结果表明了其相关参数与外偏置电压的非简单线性关系,与理论推理进行比较验证,并讨论了测试平台的优化方案.     

高性能单光子雪崩二极管在180 nm CMOS工艺中的设计与实现

为了实现大阵列电路集成,文中设计和实现了一种能与主动淬火电路集成的宽光谱范围和快速的单光子雪崩二极管(SPAD)芯片.一个精确的单光子雪崩二极管电路模型模拟了其在盖革模式下的静态和动态行为.该有源区直径为8 μm的单光子雪崩二极管器件是基于上海宏利GSMC 180 nm CMOS图像传感器(CIS)技术实现的.由于采用有效的器件结构,其击穿电压是15.2 V,淬灭时间是7.9 ns.此外,该器件实现了宽的光谱灵敏度,其在低过电压下的光子探测概率(PDP)从470 nm到680 nm光波长段最高可达15.7%.并且它在室温下的暗计数率相当低.     

一种单光子雪崩光电二极管主动淬火电路

We present a novel gated operation active quenching circuit （AQC）. In order to simulate the quenching circuit a complete SPICE model of a InGaAs SPAD is set up according to the I-V characteristic measurement resuits of the detector. The circuit integrated with a ROIC （readout integrated circuit） is fabricated in an CSMC 0.5 μm CMOS process and then hybrid packed with the detector. Chip measurement results show that the functionality of the circuit is correct and the performance is suitable for practical system applications.     

高边缘击穿和扩展光谱的圆形单光子雪崩二极管

介绍了一种0. 18μm互补金属氧化物半导体(CMOS)技术的新型宽光谱荧光相关谱探测器,其为高边缘击穿、扩展光谱和低暗计数率的圆形单光子雪崩二极管(SPAD).该器件由p+/deep n-well结,p-well保护环和多晶硅保护环组成.通过Silvaco TCAD 3D器件仿真,直径为10μm的圆形p+/deep n-well SPAD器件具有较高边缘击穿特性.此外,p+/deep n-well结SPAD比p+/n-well结SPAD具有更长的波长响应和扩展光谱响应范围.该器件在0. 5 V过量偏压下,可在490～775 nm波长范围内实现超过40%的光子探测率.该圆形p+/deep n-well SPAD器件在25℃时具有较好雪崩击穿为15. 14 V,具有较低暗计数率为638 Hz.     

STI埋层的高光电流和低暗计数率单光子雪崩二极管（英文）

研究和分析了一种0. 18μm CMOS工艺单光子雪崩二极管(SPAD),其结构能抑制过早的边缘击穿(PEB),同时获得较大的光电流和低的暗计数率(DCR).该SPAD由p-well/deep n-well的感光结,deep n-well向上扩散形成的区域和边缘Shallow Trench Isolation(STI)共同形成的保护环组成.通过测试确定了与光电流和暗率有关的STI层的大小.结果证明,在STI层与保护环之间的重叠区域为1μm时,SPAD的暗计数率和光电流最佳.此外,直径为10μm的圆形SPAD器件的暗计数率为208 Hz,且在波长为510 nm时峰值光子探测概率为20. 8%,此时具有低的暗计数率和高的探测效率以及宽的光谱响应特性.     

Practical decoy-state quantum key distribution method considering dark count rate fluctuation

Considering fluctuant dark count rate in practical quantum key distribution(QKD) system,a new decoy-state method with one vacuum state and one weak decoy state is presented based on a heralded single photon source(HSPS).The method assumes that the dark count rate of each pulse is random and independent.The lower bound of the count rate and the upper bound of the error rate of a single photon state are estimated.The method is applied to the decoy-state QKD system with and without the fluctuation of dark count rate.Because the estimation of the upper bound of a single photon state’s error rate is stricter,the method can obtain better performance than the existing methods under the same condition of implementation.     

Design and analysis of a novel tunable optical filter

In this paper, an improved design of a tunable optical filter device which is driven by a piezoelectric actuator is proposed. The device can be used either as a tunable optical filter for discrete wavelength alignment or as a dynamic optical filter. The tunable filter is electrostatically driven and consists of three main parts: The electromechanical stage, the suspension and the thin film optical filter. The electromechanical stage and the suspension were designed using graph presentation methods, studied numerically using the finite element method (FEM). The thin film optical filter was designed by a thin film design software. The electromechanical stage was integrated with the suspension and tested as an angular driver of thin-film tilt interference filter for dense-wavelength division demultiplexing system applications.     

适用于4G无线LTE通信系统的紧凑型谐波抑制功率放大器

为了满足4G无线移动通信LTE系统对功率放大器的性能需求,提出了一种新型采用低通滤波器（Low-Pass Filter,LPF）集成的n次谐波抑制紧凑型功率放大器。该功率放大器使用低通滤波器作为输出阻抗变换网络,以便得到所需阻抗产生最大功率,从而省略了传统的输出匹配网络。所以,相较于传统的功率放大器,提出的功率放大器尺寸减少了25%。此外,由于在输出端使用了低通滤波器,大幅抑制了（2次-5次）谐波,衰减程度较大。提出的功率放大器的设计频率为2.6 GHz,适用于LTE系统。仿真结果与实测结果比较吻合,证明了提出的设计有效性。     

一种新型三频天线的设计与分析

设计了一种新型的基于多枝节结构的三频天线。该天线由共面波导馈电,天线整体尺寸为30 mm×35mm×1.5 mm,基板选用FR4,其相对介电常数为4.4。天线由三个贴片构成,通过调整三个贴片的长宽,可以使得三个贴片产生低频到高频三个中心频点,从而形成了三个工作频段。天线通过在贴片和共面波导的地平面中加入渐变结构,改善了三个频段上的阻抗匹配。采用仿真软件HFSS对天线进行了分析和优化。仿真结果表明,天线的–10d B工作频段分别为:2.33~2.75 GHz,3.15~3.75 GHz,4.35~6.07 GHz,能够较好地覆盖WLAN和Wi MAX的通信频段。天线的结构简单,尺寸较小,具有较好的辐射特性。     

一种新型的低功耗血糖检测电路设计与实现

针对采用三电极电化学葡萄糖传感器的血糖检测应用,提出了一种新型低功率、低噪声的紧凑式电流测量电路结构。该电路包含一个阈值电压基准电流源结构,能够为电化学反应提供所需的基准电压,并且能够将反应电流转换为响应的电压。采用0.35 μm CMOS工艺进行了具体实现,面积为125 μm×340 μm。采用三电极电化学葡萄糖传感器进行了具体测量,实验结果表明了提出电路的可行性,其功率损耗为0.891mW,产生的噪声为0.73mVrms,适用于便携式电化学血糖检测设备。     

新型宽频段低噪声跳频偏移锁相发射机设计

针对同址发射机对远端噪声的苛刻要求,设计一种偏移锁相架构发射机。提出并采用二进制电感调谐的方法,突破了偏移锁相发射机的技术难点,实现了压控振荡器的低噪声宽频段快速调谐。测试结果表明,发射机在30~108 MHz范围内调谐时间小于40滋s,宽带噪声低于-190 dBc/Hz,远端无杂散分量。该发射机已用于实际工程,具有良好的应用前景。     

基于新颖调谐谐振器的低相噪VCO设计

介绍了一种采用新颖谐振器的低相位噪声窄带压控振荡器(VCO)的设计方法。该谐振器采用源与负载横向交叉耦合结构,形成一个传输零点,提高了谐振器的Q值。该谐振器通过弱耦合与变容二极管连接,从而实现电压控制滤波器通带中心频率调谐。利用该谐振器设计了一个窄带VCO,并在先进设计系统(ADS)软件里仿真验证。该VCO中心频率6.15 GHz,在调谐电压从0到15 V的范围内调谐带宽60 MHz,相位噪声在整个调谐范围内优于-132 dBc/Hz@1MHz,输出功率为8.4 dBm,功率平坦度±0.1 dBm。     

Design and analysis of a novel fast packet switch-pipeline banyan

Proposes a new fast packet switch architecture-pipeline banyan. It has a control plane and a number of parallel data planes which are of the same banyan topology. Packet headers are self-routed through the control plane to their destinations. As a result, they establish the corresponding routing paths in the data planes. The data planes do not need to do routing decisions, hence their complexity can be significantly reduced. Pipeline banyan can give a close to 100% maximum throughput and can deliver packets in a sequential order. Through analysis and simulation, the authors show that pipeline banyan has a better throughput and packet loss performance when compared with other banyan-type switch architectures