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象徵性均勻採樣之於互斥或閘電路

均勻採樣是統計上一個重要的方法，並被廣泛地運用於模型計數(model counting)、系統驗證與演算法設計等諸多領域。布林空間(Boolean space)中的象徵性採樣(symbolic sampling)是一項於近期提出的技術，其結合了採樣與象徵性的表述來達到有效率的布林論證(Boolean reasoning)。本論文在象徵性採樣的框架下提出一個密實的互斥或閘電路建構方法，在此方法下所產生之電路可於給定的布林空間中進行均勻採樣。 而我們也將此方法進一步的擴展至專注於特定子空間的偏差採樣。 實驗結果顯示了採驗電路生成之效率與其促進布林論證之潛力。

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一個使用迴路頻寬校正降低製程變異的2.4-3.0十億赫茲次取樣鎖相迴路

本論文實現一個使用迴路頻寬校正降低製程變異的2.4-3.0十億赫茲次取樣鎖相迴路，藉由增益控制次取樣相位偵測器與脈衝寬度控制電路，迴路頻寬校正電路可以降低次取樣鎖相迴路對製程的變異，此外，論文中也分析了次取樣鎖相迴路的頻寬與電路參數間的關係，此次取樣鎖相迴路使用台積電40奈米CMOS製程製作且其面積約為0.15 mm2。在供應電壓為1.1 V下，其整體功率消耗為5.81 mW，參考頻率為75 MHz，輸出頻率範圍為2.4-3.0GHz。在輸出頻率為3.0GHz時，量測的方均根抖動量為2.02ps，迴路頻寬校正後，在輸出頻率為3.0GHz，與3.5MHz相比較，五顆晶片的最大迴路頻寬偏差可以從-71.4%減少為-18.5%。

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使用寬範圍鮑率之頻率偵測器與背景迴路增益控制的時脈資料還原電路

這篇論文的主題主要分為兩個部分，第一部分實現了一個具有寬鎖頻範圍、低功耗與快速鎖定之鮑率數位時脈資料還原電路與1 tap決策迴授等化器。提出無參考時脈之鮑率數位時脈資料還原電路在資料速度16.8Gb/s通過通道之奈奎斯特損耗為10.8dB。提出的頻率偵測器可大幅增加頻率鎖定範圍而不需使用大量比較器。此外將頻率偵測器迴路與相位偵測器迴路分開可降低鎖定時間。 此架構使用台積電40奈米製程，操作在資料速度16.8Gb/s功耗為44mW。 第二部分實現了一個改善雜訊容忍度之數位時脈資料還原電路。提出利用背景校正頻寬的方式改善雜訊容忍度。使用台積電40奈米製程，面積與功耗為0.0324mm2與 12.67mW。在輸入資料速度為1Gb/s與3Gb/s，資料錯誤率<10-12，還原資料方均根抖動量分別為12.3ps與7.74ps。在輸入資料速度為3Gb/s情況下，藉由背景校正頻寬演算法，可使最差的雜訊容忍度提升到0.68UI

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針對雙軌非同步電路的無時脈內建自測試

非同步電路由於其低功耗和耐變化特性而被廣泛用於現代超大型積體電路（VLSI）設計中。 這些現代設計通常在同一芯片上混合使用同步和非同步電路，這給測試帶來了挑戰。 在本論文中，我們提出了一種基於非同步電路掃描（A-scan）鎖存器的非同步內建自測試（A-BIST）。 A-scan是無需時脈的可測試設計（DFT），可以有效和無效訊號之間切換。 借助A-scan，我們的A-BIST是真正的無時脈全掃描設計。 實驗結果顯示，我們的面積成本和功耗成本分別比以前的同步版本30％和116％。 使用A-BIST，我們可以輕鬆地統合在同一芯片上的同步和非同步測試。

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氮化鋁銦/氮化鎵高電子遷移率電晶體之射頻功率元件製作與分析

近年來，氮化鋁鎵/氮化鎵高載子遷移率電晶體以其材料天生優於傳統矽的高載子遷移率、高載子濃度、寬能隙與耐溫耐壓的特性，在射頻元件及功率元件的應用中佔有一席地位，然而一般採用的氮化鋁鎵/氮化鎵電晶體在閘極線寬微縮的過程中，容易因氮化鋁鎵障壁層的厚度過厚而有短通道效應產生，若嘗試縮小障壁層厚度，又可能導致閘極漏電或載子濃度降低等問題，為了解決上述的缺點，我們選用氮化鋁銦做為障壁層，其優於氮化鋁鎵的極化特性及與氮化鎵晶格匹配的優勢，以及同樣具有寬能隙與耐溫耐壓的特性，使其在高頻的應用中有望取代氮化鋁鎵/氮化鎵結構，成為下一世代高載子遷移率電晶體的主流材料。 本論文共可分做四個部分，在第一部份中我們介紹了三五族材料及寬能隙半導體的發展背景與元件的操作原理; 第二部分我們自行設計碳化矽基板上成長氮化鋁銦/氮化鎵的磊晶結構，看中其較傳統氮化鋁鎵/氮化鎵結構之極化效應更強、二維電子氣通道濃度更高的材料特性，並做了磊晶結構設計的探討，緊接著透過快速製程基板直流分析由矽基板與碳化矽基板兩者中，選用了具較佳轉導值與漏流抑制的碳化矽基板作為正式元件使用。第三部分介紹了射頻高載子遷移率電晶體的製程流程，並做了接觸電阻與直流特性的分析。第四部分針對最佳元件進行高頻散射參數量測及負載拉曳量測，同時對元件特性進行探討與修正。 最後我們成功製作出雙指閘極結構的元件，並微縮閘極線寬至約300 nm。在直流特性的部份，元件於VD = 6 V的偏壓點可獲得的最高轉導值約為222.6 mS/mm，最大飽和電流約為896.3 mA/mm; 高頻特性的部份則透過散射參數的量測、小訊號模型及軟體輔助擬合，成功萃取出元件各外部及內部的阻抗值，並由計算成功獲得最佳元件於閘極偏壓-3 V、汲極偏壓6 V下的ft及fmax分別為35.173 GHz及76.178 GHz，最後我們進行了負載拉曳量測，並在6 GHz的操作頻率及VD = 10 V; VG = -4 V的偏壓下，獲得最大增益8.34 dB，而PAE的最大值12.18%則由Pin = 0 dB時於VD = 3 V; VG = -4 V下取得。

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雙相位七位元數位控制脈波寬度調變器

科技日新月異，未來人類生活將往智慧顯示的方向發展，利用無線傳輸顯示資料為智慧顯示的重點，隨著科技對資料頻寬的要求逐漸倍增，採用傳統直接轉換發射機(Direct Conversion Transmitter)使很多類比元件已無法滿足高頻寬傳輸時所需的線性度，例如: 數位類比轉換器的高精度要求、混頻器及功率放大器必須足夠線性等，因此許多研究開始朝向數位化的方式來設計射頻發射機，近年被提出的脈衝調變極座標發射機(Pulse-Modulated Polar Transmitter, PMPT)為傳送資料之發射端，有別於傳統直接轉換發射機，將傳送資料的基頻複數訊號轉為振福及相位，且振幅大小利用脈衝寬度調變技術(Pulse Width Modulation)使輸出波形的振幅僅有0或1的兩種可能，如此一來便可使用更不線性的功率放大器來提升傳輸效率，本論文設計之雙相位中心式數位脈波寬度調變器將用來控制射頻脈衝調變器，可應用於現今已成熟的長期演進技術(LTE)，或正在發展中是未來趨勢的新無線電(NR)，高頻率、高解析度和高精度的脈波輸出，將有效提升應用於射頻脈衝調變器的表現。 本論文使用TSMC 0.18-μm CMOS製程實現，晶片面積為0.96 × 0.75 mm2，規格為輸出相位差異180度的七位元100MHz中心式數位脈波寬度，更準確地描述晶片功能為數位─脈波寬度轉換器，輸入七位元的數位訊號，輸出對應的脈波寬度(工作週期)，量測之DNL介於 ± 0.3 LSB，INL介於 - 0.5 LSB ~ + 0.6 LSB，總功耗為14.4 mW，可量測之輸出脈寬範圍為2.5% ~ 96.3%。

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以次取樣相位偵測器架構為基底之時脈與資料回復電路

在高速資料有線傳輸系統中，時脈與資料回復電路扮(CDR) 演極重要的 腳色。CDR 會萃取出輸入資料的資訊並將其還原進而去除在傳輸過程中的 抖動。CDR 可以看成一個迴授系統去校正資料輸入以及還原時脈的相位差， 而在傳統的CDR 架構中，像是鎖相迴路迴路為基底的CDR，需要相位偵測 器(PD)、充電汞(CP)、迴路濾波器、還有電壓控制震盪器(VCO)。 傳統上來說，Hogge 相位偵測器可以實現追鎖相位的功能，但它需要 多重相位的資訊。因此許多CDR 都需要使用環形電壓控制振盪器，然而 其較高的KVCO 將導致使用大的電容來降低頻寬已達成好的抖動量傳輸 (JTRAN)，此外在高速資料傳輸率的應用中，電流模式邏輯(CML) 將被使 用，它會消耗較大的靜態功率。 本篇論文提出了以次取樣為基底的相位偵測器(SSPD) 以在高資料傳輸 率的應用中達成低的功率消耗，此外SSPD 結合了迴路濾波器以及充電汞創 造了沒有主動電路的相位偵測路徑。此外藉由多重頻帶VCO 的設計，我們 完成一個晶片內濾波器。 量測到的回復時脈峰對峰值抖動量為78mU(15.6ps)，有效值抖動量為 10.5mU(2.1ps)，而在資料速率為5Gb/s 和PRBS length=10 的情形下，抖 動量忍受度在10M 赫茲的時>0.22UI。供應電壓0.9V 時功耗為5.6mW， 使用的技術為TSMC 40nm 製成，總面積為0.339mm2。

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具圓周傾角之量子點微碟共振腔的製作與特性研究

在本文中，我們製作出量子點微碟共振腔，並改變微碟圓周的傾角，探討其光學特性。以發光中心波長在630nm的硒化鎘/硫化鋅膠狀量子點做為主動層，並以量子點埋覆於二氧化矽形成三明治結構的微碟共振腔。量測使用波長在532nm的Nd:YAG固態雷射作為激發光源從上方照射微碟共振腔，於側向接收量子點發光訊號，並觀察到迴音廊模態。 在元件製程中，我們透過改變電子束阻劑的側壁輪廓以及採用乾式蝕刻的方式，成功將不同的圓周傾角實現於量子點微碟共振腔中，且進一步比較不同尺寸的微碟中，傾角對品質因子(Q值)的影響。我們發現直徑20μm的微碟改變角度後有微幅的增加，但直徑10μm的微碟改變角度後反而Q值下降。我們認為後者是因為製作圓周傾角的製程中，阻劑圖案的變形導致輻射損耗在直徑較小的微碟共振腔中影響更甚，壓抑改變圓周傾角的優勢。此外光學量測系統對於Q值的解析也將近達到極限，這可能使得我們沒能在20μm的微碟中觀察到更高的Q值。

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應用於Ka 頻段僅使用功率量測之單晶片相對相位及振幅偵測系統

本論文主要研究毫米波頻段之相對訊號大小及相位的偵測電路，操作頻率為第五代通訊系統所適用之Ka 頻段，可應用於相位陣列單位之間，檢測大小以及相位的正確性。首先，將介紹傳統的相移器、訊號偵測系統的架構以及文獻，接著，介紹其中電路的原理、應用目的，最後則介紹本論文所提出的兩個向量偵測系統。 本論文提出的第一個電路為透過相移器、耦合器與功率偵測器組合而成的偵測系統。使用台積電 180 nm CMOS 製程，晶片面積為0.82 μm × 0.75 μm。利用兩路輸入，一路搭載相移器，透過開關控制相移大小，另一路則直接輸入訊號。兩路訊號經180°耦合器可產生二路干涉的訊號，經由功率偵測器可轉為直流電壓輸出。功率偵測器於28 GHz 下及線性誤差為1 dB以下時，可偵測-4 dBm ~ 9 dBm的訊號，靜態直流功號為 0.84 mW。相移器可產生160°的不連續相位差，均方根相位誤差為5.4°，均方根振幅誤差則為1.5 dB。在不同相位下的功率經計算後可得出輸入兩訊號間的相對大小及相位。 本論文提出的第二個電路亦為相同架構的向量偵測系統，使用台積電 180 nm CMOS 製程，晶片面積為0.81 μm × 0.76 μm。改進了相移器的設計，總共可產生164°的不連續相位差，均方根相位誤差為4.0°，均方根振幅誤差則為1.8 dB。 第一顆整體向量偵測器測出的相位差與實際誤差為15°，振幅誤差為9%。而第二顆相差8°，振幅部分則與實際相差20%。

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應用於立體匹配之線上訓練優化網路及架構設計

深度預測有著諸多的應用，像是自駕車、機器人、虛擬實境。在數種不同感測器所使用的方法中，立體匹配利用成對的RGB圖片來進行深度預測，也是成本較低的做法。由於場域偏差的因素，再加上簡化的參數及方程式，裝置上進行神經網路模型的結果輸出通常會造成表現上的落差。因此近年來對於裝置個人化而需線上訓練的需求開始逐漸增加。 將本地端的資料送往雲端會有個人隱私上的風險，同時模型的更新時間也非常長。另一方面，現有立體匹配演算法的模型仍需耗費大量運算，在本地端裝置有著有限的運算能力及資源的情況下，利用裝置進行整個模型的參數訓練都是不切實際的。為此，在本篇論文中，我們提出一個兩階段的線上立體匹配優化系統，利用額外的小型神經網路來學習本地端資料和雲端訓練資料的場域差異。 這個優化系統相比於整個模型的參數訓練有著更好的性價比，不僅如此，我們相比於原始的立體匹配神經網路模型而言，只需負擔0.2% 的額外參數量，以及0.7% 的額外運算。因此這會是線上訓練情境下合適的解決方案。 在科技日新月異的進步下，現今的立體匹配相機已可支援至full-HD，支援高解析度的深度預設是未來趨勢。在這個基礎上我們結合先前的線上即時訓練需求，我們將應用的情境設定在full-HD 畫質並且有每秒24張深度的更新頻率，而這個規格下使用現有的硬體訓練架構會有36.73 GB/s的頻寬需求，為了處理這個瓶頸，我們分析常見的三種優化方向來降低頻寬。這些方法包含參數簡化，稀疏度壓縮，以及多層融合。當使用參數簡化，稀疏度壓縮，仍無法達到我們的硬體需求，因此我們使用多層融合的技術，將運算的時間排序進行調整，最終節省 97% 的頻寬，支援這個訓練排序的架構可以做為新的基準點做未來的優化。