Author Affiliations
Abstract
1 Department of Engineering “Enzo Ferrari”, University of Modena and Reggio Emilia, Modena 41125, Italy
2 Department of Information Engineering, University of Padova, Padova 35131, Italy
3 Department of Sciences and Methods for Engineering (DISMI), University of Modena and Reggio Emilia, Reggio Emilia 42122, Italy
4 EN & TECH Center, University of Modena and Reggio Emilia, Reggio Emilia 42122, Italy
5 Advanced Technologies and Micro Systems Department, Robert Bosch GmbH, Renningen 71272, Germany
Vertical GaN power MOSFET is a novel technology that offers great potential for power switching applications. Being still in an early development phase, vertical GaN devices are yet to be fully optimized and require careful studies to foster their development. In this work, we report on the physical insights into device performance improvements obtained during the development of vertical GaN-on-Si trench MOSFETs (TMOS’s) provided by TCAD simulations, enhancing the dependability of the adopted process optimization approaches. Specifically, two different TMOS devices are compared in terms of transfer-curve hysteresis (H) and subthreshold slope (SS), showing a ≈ 75% H reduction along with a ≈ 30% SS decrease. Simulations allow attributing the achieved improvements to a decrease in the border and interface traps, respectively. A sensitivity analysis is also carried out, allowing to quantify the additional trap density reduction required to minimize both figures of merit.
vertical GaN trench MOSFET SiO2 interface traps border traps hysteresis BTI 
Journal of Semiconductors
2024, 45(3): 032501
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Microscale Optoelectronics, College of Electronics and Information Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China
2 Shenzhen Key Laboratory of Ultraintense Laser and Advanced Material Technology, Center for Advanced Material Diagnostic Technology, College of Engineering Physics, Shenzhen Technology University, Shenzhen 518118, China
We demonstrate the generation of a unique regime of multiple solitons in a Tm-doped ultrafast fiber laser at ∼1938.72 nm. The temporal pulse-to-pulse separation among the multiple solitons, 10 in a single-pulse bunch, increases from 0.89 ns to 1.85 ns per round trip. In addition, with the increasing pump power, the number of bunched solitons increases from 3 up to 24 linearly, while the average time separation in the soliton bunch varies irregularly between ∼0.80 and ∼1.52 ns. These results contribute to a more profound comprehension of nonlinear pulse dynamics in ultrafast fiber lasers.
mode-locked fiber laser multiple solitons pump hysteresis pulse-to-pulse interval 
Chinese Optics Letters
2024, 22(3): 031405
作者单位
摘要
湖南师范大学物理与电子科学学院, 湖南长沙 410081
忆阻理论的提出极大地推进了混沌系统的发展, 丰富了混沌电路的动力学行为。运算放大器因其强大的信号处理能力, 成为忆阻器电路模型的重要组成部分。本文基于低功耗差分对构建了一种极简化的运算放大器, 该运算放大器将所需晶体管数目减少至 2个; 以此运算放大器为基础, 设计了新型二阶磁控忆阻器的模拟等效电路模型和硬件实验电路。结果表明: 激励信号频率增加, 斜“8”字形紧磁滞回线的旁瓣面积减小; 激励信号幅度增加, 斜“8”字形紧磁滞回线的旁瓣面积增加。电路仿真结果与硬件电路实验结果验证了新型磁控忆阻器模型的有效性与设计方法的正确性。
低功耗差分对 新型二阶磁控忆阻器简化模型 磁滞回线 low power differential pair simplified model of new second-order magnetron con hysteresis loop 
太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(10): 1271
作者单位
摘要
1 长沙理工大学 汽车与机械工程学院,湖南 长沙 410114
2 长沙理工大学 汽车与机械工程学院,湖南 长沙 410114机械装备高性能智能制造关键技术湖南省重点实验室,湖南 长沙 410114
针对传统的Bouc-Wen模型不能准确表征压电陶瓷执行器固有的迟滞非对称特征,导致控制精度受限问题,该文提出一种基于传统的Bouc-Wen模型与Hammerstein 模型结合的迟滞建模方法,基于利用卡曼状态预估的滑模控制的控制策略来提高控制精度。首先,利用粒子群算法对传统的Bouc-Wen模型与Hammerstein结构结合迟滞模型的参数进行辨识,然后根据二阶系统的状态空间矩阵建立卡尔曼观测器,并根据卡尔曼观测器的状态预估利用滑模规律进行反馈补偿和建立逆模型进行前馈补偿,形成前馈-反馈复合补偿。通过数值仿真表明,在0~100 V峰值与0~100 Hz激励频率内,所建立的非线性模型能很好地描述与预测压电陶瓷执行器的动态输出。执行器位移在0~6 μm时,传统的Bouc-Wen模型开环、基于传统的Bouc-Wen模型与Hammerstein 结构结合迟滞模型的平均迟滞误差分别为0.654 95 μm、0.186 39 μm; 在50 Hz下,基于传统的Bouc-Wen模型与Hammerstein 结构的前馈PID补偿均方根误差为0.088 5 μm,其前馈滑模复合控制补偿均方根误差为0.047 μm,仅为最大输出位移的0.78%,最大跟踪误差仅为0.153 μm,精度提高了78%,说明该文所提出的基于传统的Bouc-Wen模型与Hammerstein 结构结合迟滞模型及其补偿控制算法,有助于实现压电陶瓷执行器的高速、宽频超精密定位控制。
压电陶瓷执行器 动态非对称迟滞 模型 滑模控制 piezoelectric ceramic actuator dynamic asymmetric hysteresis Hammerstein Hammerstein model sliding mode control 
压电与声光
2023, 45(6): 859
作者单位
摘要
1 联合微电子中心有限责任公司, 重庆 400030
2 模拟集成电路国家级重点实验室, 重庆 400060
以MoS2为代表的二维半导体材料是下一代延续摩尔定律的潜在电子学新材料之一。然而,二维特性使得MoS2中电子的输运行为对环境条件高度敏感。采用范德华绝缘体材料进行封装包覆,是目前消除二维半导体器件环境敏感性的有效方案之一。文章采用化学气相传输法制备新型范德华绝缘体材料CrOCl,并以少层CrOCl为介电层和封装材料,设计并制备了基于MoS2的场效应晶体管。以CrOCl为底栅介电层及封装材料的MoS2晶体管的室温场效应迁移率约为60 cm2·V-1·s-1,2 K下进一步增大至100 cm2·V-1·s-1。此外,相比于无封装MoS2晶体管高达20 V的回滞窗口,CrOCl的包覆有效消除了晶体管转移特性的回滞现象,证明其在二维材料电子学中的应用潜力。
范德华绝缘体CrOCl MoS2场效应晶体管 介电层 封装材料 回滞现象 van der Waals insulator CrOCl MoS2 field effect transistor dielectric layer encapsulation material hysteresis 
微电子学
2023, 53(2): 315
作者单位
摘要
1 东南大学 仪器科学与工程学院, 江苏 南京 210096
2 南京先进激光技术研究院, 江苏 南京 210038
由压电陶瓷驱动的快速反射镜(FSM)现已被广泛用于自适应光学系统的执行环节, 为了对其迟滞效应精确建模, 该文提出了一种针对FSM的IDE-BPNN建模方法。基于Madelung法则以最小二乘法构建称迟滞算子作为迟滞运动的基本描述, 扩展训练用的数据集, 并采用改进的差分进化算法(IDE)对BP神经网络(BPNN)进行训练。实验表明, 当输入30 Hz衰减的正弦信号时, IDE-BPNN模型的单轴最大误差为0.745 μrad, 归一化最大误差为0.87%, 归一化均方根误差为0.36%。相较于最小二乘建模法, 相对于最小二乘模型误差大幅缩小, 有较好的使用价值。
快速反射镜 压电陶瓷 迟滞效应 差分进化 神经网络 fast steering mirror piezoelectric ceramics hysteresis differential evolution neural network 
压电与声光
2023, 45(3): 454
作者单位
摘要
北京无线电测量研究所, 北京 100854
针对压电叠堆迟滞带来的非线性效应严重制约系统控制精度提升的问题, 该文提出了一种基于复合控制的压电驱动器控制方法, 对系统非线性误差进行建模补偿, 并基于数控芯片实现了嵌入式驱动设计。采用广义PI模型对被控压电促动器进行建模, 利用指数函数作为密度函数, 并基于粒子群算法对包络函数和密度函数进行参数寻优, 最终得到压电促动器的前馈补偿逆模型, 结合比例积分控制率实现系统的复合控制。同时采用数字信号处理结合现场可编程门阵列(DSP+FPGA)的数控架构, 既保证了逆模型求解过程在DSP中实现的便捷性, 又保证了采样及闭环控制在FPGA中实现的实时性及快速性。实验结果证明了所提设计方法的正确性及有效性。
压电陶瓷 迟滞 广义PI模型 复合控制 嵌入式系统 piezoelectric ceramics hysteresis generalized PI model compound control embedded system 
压电与声光
2023, 45(2): 248
作者单位
摘要
1 哈尔滨工业大学(深圳)机电工程与自动化学院, 广东 深圳 518000
2 深圳市西渥智控科技有限公司, 广东 深圳 518000
该文搭建迟滞测量实验平台, 测量一种用于LED晶圆检测压电执行器的迟滞效应, 设计了一种基于长短期记忆(LSTM)神经网络的压电迟滞模型, 使用时间序列预测法对压电执行器位移迟滞效应建模。将该模型与传统的Prandtl-Ishlinskii(PI)模型进行对比。实验结果表明, 神经网络模型具有较好、较广泛的迟滞建模效果, 对于正弦波, 位移预测精度保证小于2%; 对于衰减正弦波, 位移预测精度可保证小于3%。较高的模型预测精度为使用压电执行器进行LED晶圆检测提供了依据。
压电执行器 迟滞非线性 长短期记忆(LSTM)神经网络 piezoelectric actuator hysteresis nonlinearity long short-term memory(LSTM) neural network 
压电与声光
2023, 45(2): 231
作者单位
摘要
1 上海工程技术大学 机械与汽车工程学院,上海20620
2 格鲁斯特大学 计算与工程学院,英国 切尔滕纳姆GL50 RH
3 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春100
4 上海交通大学 机械与动力工程学院 机械系统与振动国家重点实验室,上海20020
为了解决三自由度压电驱动纳米偏摆台中的多轴耦合与迟滞问题,设计了一种可以同时表征多个压电驱动器间耦合效应及其自身迟滞效应的耦合迟滞模型,并利用其逆模型进行前馈补偿以提升平台的定位和轨迹跟踪精度。首先,搭建了三自由度压电驱动偏摆台的控制系统并建立其运动学模型,将末端平台三自由度运动转化为三个压电驱动器的输出。然后,建立基于Prandtl-Ishlinskii模型的耦合迟滞模型,并对该模型及其逆模型的参数进行辨识。最后,通过开环逆模型前馈补偿来验证模型的有效性,并利用结合逆模型前馈和反馈的复合控制方法进行轨迹跟踪控制。实验结果表明:逆模型开环前馈补偿使三个压电驱动器间最大耦合位移均降低了70%以上,证明了所建立耦合迟滞模型的有效性,结合闭环反馈的复合控制方法对空间轨迹进行跟踪的最大均方根误差仅为0.06 mrad和0.42 μm,相比单纯闭环反馈分别减少了72%和87.5%,最大误差也减少了76%以上,有效消除了平台中耦合迟滞的影响,提高了平台的定位精度。
压电偏摆台 压电驱动器 耦合迟滞模型 逆补偿 跟踪控制 tip-tilt-piston piezoelectric stage piezoelectric actuator coupled hysteresis model inverse compensation tracking control 
光学 精密工程
2023, 31(20): 2964
作者单位
摘要
北京工业大学材料与制造学部 北京市精密测控技术与仪器工程技术研究中心,北京100124
精密减速器回差试验台是非标设备,迄今对其精度特性缺乏系统性研究以至于还没有检定规程去评定该类测试设备的计量性能。为了评估精密减速器回差试验台的精度特性,提出了试验台精度的评定方法。首先,分析了精密减速器回差试验台的结构,确定了转矩传感器测量误差、角度传感器测量误差、转矩测量链摩擦转矩以及角度测量链弹性扭转角这四个因素是影响试验台精度的主要误差源。接着,研究了误差源的作用机理,提出了通过滞回曲线将转矩类误差转换为角度类误差的方法,统一了误差的类型。然后,提出了滞回曲线局部线性化的概念,实现了转矩类误差转换为角度类误差的简便计算。最后,根据回差的表达式给出了试验台精度的评定方法,并进行了测试实践。结果表明:几何回差的测试误差为±0.04ʹ;弹性回差的测试误差为±0.06';总回差的测试误差为±0.04',回差试验台精度满足要求,本文提出的方法对评定试验台精度是有效的。另外,对精密减速器输出端一转范围内多处测试,能提升测试精度。
精密减速器 试验台 回差 精度特性 滞回曲线 precision reducer test bench lost motion accuracy characteristic hysteresis curve 
光学 精密工程
2023, 31(16): 2372

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