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InGaP/GaAs HBT線性度改善與InP DHBT製作與特性分析

在1957年異質接面雙載子電晶體設計概念在貝爾實驗室被提出，利用異質接面能帶差來提高雙載子電晶體的射極注入效應；在1980年代隨著MOCVD與MBE長晶技術逐漸成熟，砷化鎵與磷化銦異質接面雙載子電晶體成功製作與應用。近年來隨著無線通訊快速的發展，異質接面雙載子電晶體也被廣泛應用在功率放大器。但電晶體的非線性效應影響到電路輸出特性，四個主要的異質接面雙載子電晶體的非線性因子在本文中被討論，同時也分析大訊號輸入時，非線性特性的表現。另外在磷化銦異質接面雙載子電晶體研究方面，因磷化銦異質接面雙載子電晶體是目前世界最快速的電晶體，將其兩種形態(type-I 與type-II)的材料特性與能帶圖分析與比較。藉由了解目前磷化銦異質接面雙載子電晶體的截止頻率相對最大震盪頻率、崩潰電壓、集極厚度與集極電流密度的關係，可以對高速電晶體結構設計上有進一步的幫助。 在第二章中，提出非均勻的集極摻雜來改善元件線性度與高頻特性，此設計是利用一薄層高摻雜濃度至於均勻的集極區域中，薄層高摻雜的濃度與厚度由模擬來求得最佳化，並藉由薄層高摻雜層來侷限集極的空乏厚度，因而達到有效改善非線性基極集極電容改變量，從模擬可觀察出非線性基極集極電容改變率由1.6降低至1.1，此外非均勻的集極摻雜設計也同時延遲元件Kirk 效應，提高最大輸出電流2倍，同時有效提高元件的高頻特性、功率輸出與改善線性度特性。 在第三章中，利用上一章所設計的非均勻集極摻雜製作砷化鎵異質接面雙載子電晶體並量測與分析。在直流特性上，因為相同的射極與基極決定了雙載子電晶體的直流特性，所以在集極中加入一薄層高摻雜濃度並不影響直流特性，且非均勻集極摻雜電晶體的操作電流密度比傳統均勻摻雜設計高2倍。在高頻截止頻率特性因延遲Kirk effect而有明顯的改善 12 GHz，並保持相似的最大震盪頻率。在電容量測方面，包含了反偏下電容的變化與不同電流下電容改變，非均勻的集極摻雜元件有效控制空乏厚度減少非線性電容的產生，而在電流操作下，因為Kirk effect改善而展延了完全空乏的基極集極電容區域，因而達到改善線性度的要求。在1.8 GHz功率與線性度量測上，最高飽和功率輸出藉由延遲Kirk effect提升最大電流密度而改善2.2 dBm，此外線性度量測發現OIP3有10 dB的改善。此非均勻的集極摻雜設計在異質接面雙載子電晶體不但可以改善線性度特性,同時也能增加最大輸出功率。 在第四章中，主要研究高速次微米磷化銦/砷化鎵銦異質接面雙載子電晶體製作技術。次微米元件是利用電子束顯影技術製作，有別於一邊傳統利用深紫外光曝光製作。單根射極0.6 × 12 μm2的磷化銦/砷化鎵銦元件被製作與量測，在直流特性上，集極電流密度666 kA/cm2時有最大的電流增益28.4，崩潰電壓大於5 V。在高頻特性上，最高截止頻率與最大震盪頻率分別為230 GHz與135 GHz。在29 GHz的功率量測上，線性增益為7.6 dB，最大功率輸出為14.3 dBm，最大功率效益為34%，本實驗磷化銦/砷化鎵銦元件在29 GHz操作頻率下，是目前單位面積下可輸出最大功率的元件。 在最後一章中，則利用鋁化鎵銦-磷化銦射極來改善傳統type-II的磷化銦/砷化鎵銻電晶體在低電流下低增益現象，此設計可有效降低電子堆積在射極基極接面，增加電子通過並降低表面復合電流。直流特性顯示此結構在低電流時擁有高增益，在電流密度1.78

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利用覆晶技術結合近彈道傳輸光檢測器與共平面波導耦合線濾波器在K頻段非線性光電混波應用

光電混頻器在微波-光纖系統扮演相當重要的角色，因其不需要昂貴複雜的鎖相LO信號，只需利用中心節點的光LO信號，就可以輕鬆達到發射與接收端同步的目的，因此在本論文中我們提出藉由覆晶技術結合近彈道傳輸單載子光檢測器，與共平面波導耦合線濾波器之光電混頻器，利用該光檢測器特有之非線性特性結合帶通濾波器，我們可以同時達到低的內部轉換損耗(4.3dB)、與高的調制頻寬(>10GHz)。

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以微製程技術製備鋯鈦酸鉛焦電式微熱量感測器

本研究以微製程的方法來製作一紅外線焦電薄膜感測器，焦電薄膜材料選用sol-gel形式的鋯鈦酸鉛(PZT)來製備，並且旋鍍成膜後經700 ℃的高溫退火，使薄膜形成鈣鈦礦之晶格結構，感測晶片由Ni/Cr/PZT/Pt/Ti/SiO2/Si形成三明治結構，以此進行各項焦電特性與感測分析，接下來我們進ㄧ步討論工作面積與工作陣列規格之晶片對於紅外線的感測的影響，並分析出晶片特性的優劣，最後組裝外部硬體電路來穩定輸出訊號，並且使用Labview DAQ介面將系統連結至電腦，進而可直接在電腦上監控感測訊號的變化。 本研究將量測介電常數、介電損失、漏電流密度、焦電係數、電壓感度、電流感度、等效雜訊功率、優值、比感測率等，來分析薄膜品質與晶片感測特性。由實驗結果得知，感測工作面積過大的試片，因薄膜常有過多的缺陷產生，導致短路而失去焦電特性。而相對於較無缺陷影響的試片中，當單位工作面積較小時有較佳之特性，由電壓感度公式下推論後，符合晶片感測度會因工作面積微小化而提高靈敏度。比較相同單位工作面積下之單一感測規格與陣列式感測規格的試片，其各項電性皆以陣列式的試片為佳，由於陣列式晶片將單一工作面積縮小，使得單元下焦電薄膜製備後更加完整，提供各項較佳的特性。比較所有實驗結果得知試片2(250×250 μm2，工作單元規格為2×2，總工作面積為250000 μm2)有最佳化的電特性，其εr=266 F/m、loss tanδ=0.022、γ=29.66 nC/cm2K、RV=134.2 V/W、RI=0.094 μA/W、FV=0.445×10-10Ccm/J、Fm=0.435×10-8Ccm/J、D*=9.81×103 cmHz1/2/W。其輸出訊號再經由電路處理與Labview顯示後，可以很明顯的觀察出輸出訊號在有無感測熱輻射能量的差異性，以得到熱量變化的感測目的。 本研究可提供未來生物放熱實驗的熱量檢測，藉由微製程技術使晶片微小化，進而提升晶片感測的靈敏度，以期望可量測到微量的熱量變化，作為量測生物熱量釋出的溫度計。

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適用於IEEE 802.16系統並運用極座標架構之低複雜度MIMO STBC頻域等化器設計

龐大的潛在商機，使得無線通訊一直是熱門領域之一。近年來，多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)技術更是被熱烈探討的議題，高傳輸速率與傳輸品質，使得通訊領域的各個研究單位無不投入大量心力進行研究，以期望能對下一代無線通訊盡一番心力。 本論文亦將研究議題放在多輸入多輸出正交分頻多工技術，以802.16標準為系統架構，對多輸入多輸出技術各種相關應用之中的時空區域編碼進行實體層技術探討。相對於單輸入單輸出技術，多輸入多輸出的硬體成本遠遠高出許多，在此我們利用座標系的轉換，將原先操作於直角座標系的STBC解碼轉到極座標系，以降低成本。並針對時變通道效應，提出多輸入多輸出的LMS通道追蹤演算法，以對時變通道資訊進行追蹤。其中我們利用C程式建立傳送機平台與通道模型，並對通道估測、STBC解碼與LMS通道追蹤演算法進行C程式模擬與Verilog程式硬體實現。

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使用雙倍疊乘累加命中線之低功率三元內容定址記憶體設計

三元內容定址記憶體(TCAM)在數位系統中扮演著重要的角色，尤其是網路應用。與隨機存取記憶體相比，三元內容定址記憶體的主要缺點是較高的功率消耗。因此，有效降低功率的技術對於設計三元內容定址記憶體是非常重要的。 本論文提出了一個用於TCAM之低功率消耗設計技術。我們提出一個雙倍疊乘-累加命中線(DPS match line)架構以減低TCAM比對時的功率消耗。在DPS match line上，Pai電路實現NAND功能以減少Sigma電路的預充電機率，而Sigma電路則是實現NOR功能。如此DPS match line的功率消耗可以被減少。此外，N位元的Pai電路將被分成兩個N/2位元的平行運算電路以減少Pai電路的延遲時間。與NOR-type命中線比較，利用此命中線完成之32x64三元內容定址記憶體，可降低60%的功率消耗。 另外，一個改進的高優先權編碼器亦被提出來消除典型高優先權編碼器的DC電流。模擬結果顯示出此電路的功率消耗只為典型高優先權編碼器的77%。本論文針對TCAM亦提出了一個二維備份電路設計方式所提出的方法可以關閉缺陷元件的預充電動作，如此修復後的TCAM比起完好的TCAM將不會造成多餘的功率消耗。

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可自我測試且具成本效益之記憶體式快速傅利葉轉換處理器設計

快速傅利葉轉換處理器已被廣泛的使用在各種數位領域中，如通訊系統和數位訊號處理器等等。記憶體式快速傅利葉轉換處理器是針對低成本應用所衍生出來一種熱門的設計方式，本論文將針對此技術提出一具成本效益之記憶體式快速傅利葉轉換處理器。跟現存處理器的相異之處在於所提出的處理器利用單埠記憶體做為資料存取，進而取代典型記憶體式傅利葉處理器利用雙埠記憶體的設計方式。此提出之方法將能大大的降低處理器在面積上之消耗，此外單埠記憶體的使用無論在功率消耗或是測試時間上，比起雙埠記憶體的使用將能有效的降低。 另一方面，本論文也針對記憶體式之傅利葉轉換處理器提出一內建自我測試的方法，此內建測試能夠提供邏輯和記憶體上的電路測試。與現存的方法相比，我們的內建測試設計有較低之面積需求和較低延遲之衝擊。 我們利用提出的快速傅利葉的架構搭配內建的測試設計，以256/1024點數來實現此可自我測試之記憶體式快速傅利葉轉換處理器。此實驗使用TSMC 0.18um standard cell library來進行模擬，整個可自我測試之傅利葉處理器的面積只需1.72x1.72 mm^2。

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以砷化鎵為基材在1060nm波段側向接面超螢光白光二極體

在本論文裡，我們比較了側向p-n接面與一般垂直p-n接面元件之特性，一般的垂直接面發光二極體，在多重量子井中會有載子分佈不均勻的問題，可藉由側向接面元件消除，側向接面元件展現了穩定且平坦的光譜頻寬，在大偏壓電流操作下，3-dB頻寬為165nm，中心波長在1060nm附近，其3-dB頻寬對擴散深度及加入的偏壓電流不敏感，且頻寬有飽和之現象，此說明載子均勻分佈之重要性。

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以FPGA實現DVB-T/H系統之二維一維與AGC-CR通道等化技術

目前在台灣，數位電視廣播系統的規格有應用於固定式接收的DVB-T與適用於移動式接收的DVB-H。在DVB-T/H的系統中，為了補償符碼通過通道時的失真，我們會在接收端使用頻域等化器的設計。在傳統上通道估測是依據訓練樣本來訓練頻域等化器的係數，然後再使用一維的內插技術來估測其他子通道。而在移動式的環境中，我們會使用傳統的通道估測以及二維的內插技術來追蹤因接收端的移動所造成的通道變化。 另外一種等化技術是以LMS演算法為基礎，將頻域等化器之係數收斂到最小誤差。然而LMS演算法的收斂條件需要針對每個子通道來求得適當的Step-size，當子通道數目增加時，Step-size求得將會非常繁雜且收歛速度不一。因此，我們提出一套基於自動增益控制與載波回覆概念之改進的頻域等化器演算法。此頻域等化器可使每個子通道係數在相同且單一的Step-size參數下，能夠快速收歛並且具有良好的通道雜訊抵抗能力。最後，我們提出一套以CORDIC為基礎的頻域等化器電路架構。在傳統的通道估測需要乘法以及除法器來計算等化器的係數，而以CORDIC為基礎的頻域等化器則只需要加法器便可計算等化器的係數。本論文將會討論各種應用於DVB-T/H系統的等化技術的理論與模擬，以及在FPGA上實現的結果比較。

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HF頻帶無線供電植入式系統之高效率前端電路分析與設計

本論文提出了一個HF頻帶的無線傳輸前端電路，適用於植入式晶片，特別是針對需要高資料傳輸速率的植入式晶片，如人工視網膜輔具、人工電子耳、多通道微刺激系統等等；使用無線方式傳輸電源、控制晶片的訊號將可避免其它傳輸方式的缺點，如有線式的傷口感染、以及電池式的電源耗盡情形發生。 本架構將以人工視網膜輔具的前端電路為主，分為兩部分，第一部分是產生電源的電路，使用混合型整流電路以及低壓降穩壓器（Low Drop-out Regulator,LDO），不但可使用較少的晶片面積同時亦可達成降低電源雜訊影響之功效；第二部分是時脈與資料的回復電路，此部分將首先提出一種新ASK解調器，有低調變索引（modulation index）以及高調變比率(modulation rate)的特性，因此可以有效提升解調效能，以及操作在高資料傳輸速率下。

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850nm光波段次兆赫波高功率、高效能光電發射器

在本論文的研究中我們證實了一個理想的光電發射器，他是整合了低溫成長砷化鎵(LTG-GaAs)為基準的分離式傳輸複合光二極體(STR-PD)和一個槽孔式的微波天線。而利用超快速飛秒光脈衝以及連續波光訊號的照射下，我們的元件幅射出依個強而有利的電脈衝訊號(最大功率4.5mW)而不需要使用Si-lens。而且由傅立葉轉換紅外光譜儀(FTIR)量測之頻譜可以明顯的發現，在我們所設計的槽孔式天線共振頻率為500GHz 的地方我們有最大的功率為300W，與傳統的LTG-GaAs 基準的光電發射器相比，我們的元件在高外部電場(>50kV/cm)操作下時THz 功率並不會出現飽和的限制。