【摘 要】
:
由于集成电路的特征尺寸正在逼近硅材料的物理极限,摩尔定律不再适用,而与此同时信息产业却对高速高性能芯片的要求越来越高。因此,寻找能够替代硅材料的半导体材料和其他材料成为该领域的热门方向。如新型的半导体材料,氮化镓、砷化镓和碳化硅等,因具有独特的优势,近年来发展迅猛。除此以外,以超导材料构成的超导计算机也成为一种新兴的趋势。超导计算机,是指用超导电子电路构成的计算机。由于超导材料具有零电阻、完全抗磁
论文部分内容阅读
由于集成电路的特征尺寸正在逼近硅材料的物理极限,摩尔定律不再适用,而与此同时信息产业却对高速高性能芯片的要求越来越高。因此,寻找能够替代硅材料的半导体材料和其他材料成为该领域的热门方向。如新型的半导体材料,氮化镓、砷化镓和碳化硅等,因具有独特的优势,近年来发展迅猛。除此以外,以超导材料构成的超导计算机也成为一种新兴的趋势。超导计算机,是指用超导电子电路构成的计算机。由于超导材料具有零电阻、完全抗磁性和通量量子化的特性,从而使超导电路和超导计算机具有功耗低和工作频率高的特点。然而,超导电路也具有一定的局限性。主要表现在其难以像半导体电路一样拥有种类繁多的功能模块,例如大规模存储器,数模转换器和电源管理器等。因此,用超导电路构建复杂的数字运算系统时,常常使用超导CPU作为运算核心,而CPU的部分外设使用半导体电路。目前,超导电路只能在温度极低的环境下工作(超导Nb工艺的工作环境为4.2K的液氦环境)。超导信号电压幅值很小,难以驱动半导体电路,同时超导电路与常温环境中的半导体电路进行信息交流会受到噪声的影响,从而导致超导信号很容易被噪声淹没。因此,为了保证超导信号的正确传输,需要设计超导电路端的放大电路来放大超导信号。该放大电路作为超导电路和半导体电路的接口电路,用于实现超导电路到半导体电路,特别是超导CPU到CMOS SRAM的信息传输。目前接口电路主要分为两类,一类是使用DC偏置的非锁存型接口电路,另一类是使用AC偏置的锁存型接口电路(Josephson Latching Driver,JLD)。本文主要研究使用AC偏置的锁存型接口电路。为了实现超导CPU到CMOS SRAM的信号传输,要求接口电路的工作频率不小于1GHz,输出电压高于40mV。本研究首先实现了符合要求的单体接口电路,并在此基础上,实现了输出电压为42mV和52mV的两种六通道接口电路;再将六通道接口电路与CMOS SRAM进行联调测试,成功使用接口电路对CMOS SRAM进行了控制和数据传输。此外,在本研究中还对JLD与超导线性反馈移位寄存器(LFSR)进行了片上集成,形成了可用于高速密码破译的超高频伪随机序列发生器。上述实验证明了本设计作为超导CPU和半导体SRAM之间的接口电路是满足要求的,将本设计的接口电路与超导CPU等超导逻辑电路进行片上集成后,超导电路可以直接与半导体电路连接。以上研究中,接口电路都是单级放大的构造,存在工作不稳定,工作范围小等问题。在接下来的研究中,为了保证电路工作的稳定性,并且隔离AC偏置对电路的影响,本文设计了DC偏置的双磁通量子放大器(Double Flux Quantum Amplifier,DFQA)作为第一级放大,JLD作为第二级放大的两级放大接口电路。DFQA由超导信号驱动,工作稳定,工作范围大,本文设计的DFQA能够为JLD提供0.15mA的DC驱动电流。因此,在超导信号的驱动下,两级放大接口电路能够稳定工作,具有±14%的偏置范围,显著优于单级放大接口电路,且工作频率在1GHz以上。
其他文献
本博士论文研究的主要内容为丛代数间的态射(根丛同态)和2-Calabi-Yau三角范畴中的丛结构。特别地,研究了丛代数到其自身的保持丛突变的双射(丛自同构),以及这些双射构成的群,即丛自同构群。我们在第一章和第二章分别叙述引言和列出一些预备知识。第三章将研究根丛代数以及根丛同态[1]。我们将给出一个非理想丛态射的例子,该反例澄清了[1]中的一个疑问。然后对一个种子引入冰化的概念,以此证明单的根丛同
强相互作用物质的相结构和对称性对研究QCD理论、发展其处理方法、探索强相互作用下的物质形态具有重要意义。其中同位旋物质因其丰富的相结构而受到广泛的关注,在自然界中人们猜测其可能存在于致密星体内部,在实验中可在中低能重离子碰撞中产生。在理论上,可以通过格点QCD模拟以及各种有效模型计算进行研究。本文用QCD有效模型Nambu–Jona-Lasinio模型研究有限温度有限同位旋化学势下强相互作用系统的
随着信息技术的发展,模数转换器(ADC)的应用日益广泛。而在诸如雷达、超宽带通信系统、高性能数字示波器等产品中,模数转换器的速度性能通常是整个系统性能的瓶颈,因此高速ADC的研究备受重视。当前,高速ADC所采用的工艺一般可分为CMOS工艺与HBT工艺。与CMOS工艺相比,HBT工艺有着更快的电子迁移率、更好的器件匹配性能、更高的晶体管截止频率等优点,特别是In P HBT工艺,十分适合用于高速电路
低维材料是凝聚态物理和材料学领域的一个重要研究热点。量子限制、表面和界面效应使之具有三维体材料所没有的新奇量子特性。随着电子器件高度集成化和小型化的发展,低维新材料也将在下一代电子学器件中产生重要的应用。基于第一性原理方法,本论文系统地研究了石墨烯和低维铁电材料的原子结构、电子性质及其调控的方法,论文主要内容如下:通过制备石墨烯纳米带打开石墨烯能隙是解决石墨烯在未来电子学器件应用问题的一种方法,我
随着电力电子产业的不断发展,现代功率电子设备被扩展到了更高压更高频更高效的工业应用中。而宽禁带半导体材料的特性使SiC MOSFET在高压、高频、高温、高效、高功耗的电动和混合动力汽车以及太阳能逆变器等应用领域中脱颖而出。由于SiC MOSFET在栅极电荷、导通电阻、I-V曲线特性等方面与Si MOSFET不同,所以专用的SiC MOSFET驱动芯片的研发设计是必需的。根据SiC MOSFET的器
研究目的:雪车是冬奥会的正式比赛项目之一,也是我国备战2022年北京冬奥会的重点项目。作为一支于2016年正式组建的队伍,中国国家雪车队跨项选材工作的开展较为成功。但较世界强队,中国仍存在十年以上的发展差距。雪车项目的竞技过程可分为2个阶段:起跑推车阶段和滑行阶段。推车启动速度是决定最终成绩的关键,也是国家队训练的重中之重。研究并解决推车阶段存在的问题对于提高竞技成绩、为2022年冬奥会打好基础具
在后疫情时代,居家办公久坐群体的健康问题持续加重,通过对久坐人群健康状况的调研,结合行为干预理论,秉持自然设计理念,基于用户行为习惯,结合人体工学数据,设计一款附加轻量健身功能的多用居家办公椅。将行为干预与智能监测云平台相结合,同时满足学习办公与居家健身需求,实现智能交互式健身,提升座椅价值,为久坐群体提供一种健康的居家办公选择。
脊椎动物的胚胎在发育过程中会形成三个具有不同发育命运的胚层。胚层的分化涉及诸多调控因子和信号通路的精密调节。Nodal信号和FGF信号对于中内胚层的诱导和背腹体轴的建立具有十分重要的调控作用。这两条信号通路也相互作用,相互调节以确保胚胎在发育过程中具有合适的信号强度。本课题主要研究了araf基因对斑马鱼胚胎早期胚层分化的调控作用,以及在这一过程中araf基因通过其不同异构体调节Nodal和FGF信
随着三维成像技术在激光制导、目标探测、自动驾驶等军事领域和商用领域的市场需求越来越大,激光三维成像技术越来越被重视,本论文开展了对激光三维成像数字控制电路的研究:首先对读出电路的数字控制电路的总体框架结构进行了研究。分析了激光三维成像的工作原理,列举了获取距离信息和强度信息的方法,提出了激光三维成像焦平面控制电路的设计指标,通过对关键指标分析,确定了获取距离信息和强度信息的方法,并通过计算确定了激
随着轨道交通、电动汽车、脉冲功率和超高压直流输电等技术的不断进步,电力电子系统对大功率半导体开关器件的需求十分紧迫。依托于第三代宽禁带半导体材料的发展,碳化硅门极可关断晶闸管(SiC GTO)突破了硅基晶闸管在阻断电压、开关速度、工作温度和功率密度等多方面导致的严重系统局限性,能在双向载流子注入和电导调制效应的作用下同时拥有高阻断电压和大导通电流,并在高温条件下以极高的di/dt数千次可靠运行。因