关键词:可编程光子集成电路、相位恢复、稳健表征 摘要:光子集成电路 (PIC) 提供超宽光学带宽,可为信号处理应用提供前所未有的数据吞吐量。动态可重构性可以补偿制造缺陷和波动的外部环境,调整自适应均衡和训练光学神经网络。PIC 重构的初始步骤需要测量其动态性能,通常由其频率响应描述。虽然测量幅度响应很简单,例如使用可调激光器和光功率计,但由于各种因素(包括测试连接中的相位变化和仪器限制),测量相位响应存在挑战。为了应对这些挑战,提出了一种通用且稳健的表征技术,该技术使用耦合到信号处理核心 (SPC) 的片上参考路径,其延迟大于或小于信号处理路径上的总延迟。芯片功率响应的傅里叶变换揭示了 SPC 的脉冲响应。该方法对低参考路径功率和不精确的延迟更具鲁棒性。使用有限脉冲响应 (FIR) 结构的实验证明了快速 SPC 训练,克服了热串扰和设备缺陷。这种方法为 PIC 特性提供了一种有前途的解决方案,有助于加快物理参数训练,以用于通信和光学神经网络中的高级应用。
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虽然已经证明了硅具有更高迁移率的材料,包括锗和各种 III-V 材料,但它们最多只在少数小众市场得到成功应用和商业化。硅技术取得巨大成功的原因是多方面的,例如硅的天然氧化物 (SiO 2 )、极其成熟和精细的加工能力,以及 n 型和 p 型金属氧化物半导体 (MOS) 晶体管的存在,这使得高效互补 MOS (CMOS) 逻辑成为可能。随着尺寸的进一步缩小,人们付出了巨大的努力来改进制造方法,以使硅场效应晶体管 (FET) 的性能稳步提高。目前,硅晶体管的技术节点处于 10 纳米以下范围。然而,在如此小的器件中,短沟道效应 (SCE)、增加的可变性和可靠性问题 [1],以及 3 纳米以下通道的通道载流子迁移率降低 [2] 都对硅技术的继续使用构成了严峻挑战。为了克服由硅制成的超薄器件的缺点,近十年来,对晶体管结构替代材料系统的研究不断加强。所谓的 2D 材料已被证明对后硅技术特别有利,并有可能为上述硅技术的局限性提供解决方案。[3,4]
晶体管的名称来自“传输”和“电阻”,它是微电子集成电路的基本元件,在纳米电子尺度上经过必要的改变后,它仍将保持原有的地位:它还非常适合放大等功能,它还执行一项基本功能,即根据需要打开或关闭电流,就像一个开关装置(图)。因此,它的基本工作原理可直接应用于逻辑电路(反相器、门、加法器和存储单元)中二进制代码的处理(0,电流被阻止,1,电流通过)。晶体管基于电子在固体中而不是在真空中的传输,就像旧式三极管的电子管一样,它由三个电极(阳极、阴极和栅极)组成,其中两个电极用作电子储存器:源极用作电子管的发射极灯丝,漏极用作集电板,栅极用作“控制器”。这些元件在当今使用的两种主要晶体管类型中以不同的方式工作:先出现的双极结型晶体管和场效应晶体管 (FET)。双极晶体管使用两种类型的电荷载体,电子(负电荷)和空穴(正电荷),并由相同掺杂(p 或 n)的半导体衬底部分组成
第一周:RFIC 和通信电子简介,(RF 微电子学书籍和高频集成电路书籍的第 2 章) 第二周:器件建模(MOS 和 BJT RF 器件模型、晶体管操作、晶体管截止频率),(高频集成电路书籍的第 4 章) 第三周:器件建模、无源元件(电感器、电容、电阻性能和 RF 模型,(高频集成电路书籍的第 4 章和 RF 微电子学书籍的第 7 章) 其他一些参考文献: “MOS 晶体管的操作和建模”Yannis Tsividis、Mc-Graw Hill “用于 RFIC 设计的 MOS 晶体管建模”,Enz 等,IEEE Transaction on Solid- State Circuits,第 35 卷,2000 年 第 4 周:匹配网络的阻抗匹配和品质因数, 第五周:放大器的匹配网络、L 匹配、Pi 匹配、分布式放大器、反馈网络第六周 低噪声放大器(LNA)设计,(《射频微电子学》一书的第 5 章和《高频集成电路》一书的第 7 章) 第 7 周:带 CS、CG 级、具有电感衰减的 LNA,(《射频微电子学》一书的第 5 章和《高频集成电路》一书的第 7 章) 第 8 周:电路噪声分析(热噪声/闪烁噪声)噪声系数 第 9 周:线性和非线性(IM3- IM2)1dB 压缩、互调失真、截取点、交叉调制。期中考试 I 第 10 周:混频器和频率转换(混频器噪声)、无源转换、有源转换、I/Q 调制 PPF,(《高频集成电路》一书的第 9 章、《射频微电子学》一书的第 6 章) 第 11 周:不同的发射器/接收器架构。外差、同差、镜像抑制比 第 12 周:VCO 和振荡器:VCO 基础和基本原理、振荡器的反馈视图、交叉耦合振荡器(《高频集成电路》一书第 10 章、《射频微电子学》一书第 8 章)。 第 13 周:具有宽调谐范围和变容二极管 Q 值限制的压控振荡器、相位噪声概念和分析、低噪声 VCO 拓扑(《高频集成电路》一书第 10 章、《射频微电子学》一书第 8 章) 期中考试 II 第 14 周:用于 SNR、BER、EVM 和不同调制的收发器架构(《高频集成电路》一书第 10 章、《射频微电子学》一书第 8 章) 第 15 周:具有不同通信调制/解调的收发器架构和设计示例、注意事项/讲座 29 30 /发射机和接收机的一般考虑
课程说明本课程介绍了最先进的集成电路(IC)和系统的概述,应用,基本原理和设计流。课程内容包括制造过程;二极管,双极晶体管和MOS晶体管和操作模式;以及模拟,数字和混合信号IC设计的基础。先决条件:ELEC 2400或ELEC 2410(2016-17之前)主题列表讲座大纲第1周的综合电路和系统介绍,第2周固态设备和IC制造的基础知识; Brief review of PN junction properties Week 3 Bipolar Junction Transistor (BJT) operation, IV Characteristics & biasing Week 4 BJT small-signal model and 1-transistor amplifier design Week 5 Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET) operation, IV Characteristics & biasing Week 6 MOSFET small-signal model and 1-transistor amplifier design Week 7 Common-emitter amplifier, Common-base amplifier, Emitter Follower Week 8 Common-source amplifier, Common-source amplifier, Source Follower Week 9 Differential amplifier design and introduction to op amp design Week 10 Current mirrors, active load, two-stage op amp design Week 11 Op amp applications: Filters, ADCs, DACs, Oscillators Week 12 Introduction to digital circuits and CMOS logic Week 13 MOS memory storage电路实验室大纲1。AM广播接收器(第3-4周)2。MOSFET表征(第6-7周)3。MOS单晶体管放大器(第10-11周)4。CMOS逻辑表征(第12-13周)目标/结果声明:
半导体技术不断向微米和亚微米尺度发展,从而提高了器件密度并降低了功耗。许多物理现象(如自热或电流泄漏)在这样的尺度下变得非常重要,而绘制电流密度图以揭示这些特征对于现代电子学的发展具有决定性作用。然而,先进的非侵入式技术要么灵敏度低,要么空间分辨率差,并且仅限于二维空间映射。在这里,我们使用金刚石中的近表面氮空位中心来探测预开发中的多层集成电路中电流产生的奥斯特场。我们展示了电流密度三维分量的重建,其幅度低至约 ≈ 10 μA/μm 2
亚利桑那大学致力于创造和维护一个没有歧视的环境。为了支持这一承诺,大学禁止基于受保护分类的歧视,包括骚扰和报复,包括种族、肤色、宗教、性别、国籍、年龄、残疾、退伍军人身份、性取向、性别认同或基因信息。有关更多信息,包括如何报告问题,请参阅:http://policy.arizona.edu/human-resources/nondiscrimination-and-anti-harassment-policy