交通大學電子工程系所學位論文
國立交通大學,正常發行
選擇卷期
- 學位論文
在本論文中，我們探討藉由台積電0.18 μm高壓製程製作的單光子累崩二極體(SPADs)。我們設計且製作了不同PN接面的SPAD，並分析它們的特性，元件在設計時的模擬以及後續的分析是透過Sentaurus-TCAD軟體進行。在製作的元件中，特性最好的元件是直徑20 μm，由Deep P-well(DPW)與N-type Buried Layer(NBL)形成PN接面的SPAD。與先前實驗室製作的元件相比，該元件不僅有低暗計數(DCR)、高光子響應率(PDE)、低時基誤差(jitter)，還有較低的崩潰電壓。我們重新模擬元件結構，藉由調整後的濃度分佈，來討論與解釋DPW/NBL元件特性較好的原因。然而，在jitter與入射波長的關係中，我們在波長720 nm附近觀察到了不尋常的趨勢，我們將在未來作進一步的探討。
- 學位論文
近年來，隨著穿戴式產品普及化，而太陽能挾其可永續利用且低汙染的特性，迅速成為延長電池使用時間的重要輔助能源，乃至為發展無電池系統中的替代能源。其可應用的範圍包括無線感測器、物聯網以及生醫電子元件。然而為了有效利用有限的太陽能，後端數位電路已廣泛運用低電壓低功耗技術，將電晶體操作於次臨界區。因此，發展低電壓且高效率的電源管理系統已成為目前的趨勢，藉此將太陽能儲電裝置所產生的不穩定電壓轉換為穩定的系統電壓。另外，系統也需在極輕負載時具備夠高的轉換效率，方可使後端電路在待機狀態時最小化能量的消耗，進而延長電池壽命。 本論文實現一個應用於太陽能再生能源之雙模式數位降壓器，最高轉換效率達90.2%，其輸入電壓設計在太陽能最大功率點0.55~0.7伏，而輸出電壓為0.35~0.5伏數位電路於次臨界導通區域下操作，有效的使用有限的太陽能再生能源。藉由結合數位脈波調變模式以及預知式頻率調變模式，使雙模式數位降壓器涵蓋從50奈安培到30毫安培之負載範圍且從300奈安培到30毫安培有75%以上的效率，亦即在此範圍內降壓器能提供超越相同轉換比下理想線性穩壓器所能提供的最高效率。除此之外，藉由所提出之預感知式頻率調變模式來取代傳統零電流偵測電路，先行計算出下橋功率電晶體開關時間，使用數位機制來減少功率損耗;與傳統方式相比，此架構俱極小的功率消耗，藉此提高系統在極輕載時的轉換效率，並於100奈安培的負載下，提供高出ISSCC作品15.1%的轉換效率。
- 學位論文
此篇論文延續我們團隊開發之混合式P/N通道無接面電晶體，在此結構下再加入一背向閘極，成為具背向閘極之混合式P/N通道無接面場效電晶體，利用混合式P/N通道中N型基板產生空乏區，使等效通道厚度變薄，實際元件通道厚度將不再侷限於10奈米，以此降低通道製程之困難度，並藉由調變背向閘極之偏壓來增進閘極控制能力提升元件電特性。 本篇論文首次開發製成具背向閘極之混合式P/N通道結構多晶矽無接面場效電晶體。此新穎的結構可藉由調變背向閘極偏壓8伏特至-8伏特展現極佳的電特性，像是陡峭之次臨界擺幅(subthreshold swing, SS) 69 mV/dec、幾乎沒有之汲極引致能障下降(drain-induced barrier lowering, DIBL)值為6mV/V、較高的開關電流比(Ion/Ioff ratio >108)、好的臨界電壓(threshold voltage, Vth)調變能力、較低的低頻雜訊。開電流上升同時關電流下降伴隨增加的背向閘極負偏壓，這個特性突破了傳統具背向閘極結構元件之開關電流趨勢。增強的開關電流比值在25℃至125℃時仍能維持，因此具背向閘極之混合式P/N通道結構之多晶矽無接面場效電晶體在低功耗、系統級晶圓及系統級封裝之應用有極佳的潛在優勢。 此外，此篇論文亦首次做出垂直堆疊多層混合式P/N通道無接面場效電晶體，詳細說明製程及結構外，基本電性也將在內文提及與討論。特別的是，開關電流比可以大於109，多層混合式P/N通道無接面場效電晶體如此良好的電性與簡易的製程在3維堆疊積體電路應用上有極高的發展希望。
- 學位論文
基於腦電波(EEG)訊號的腦機介面(BCI)系統可用來幫助中風病人復健， 但腦電波訊號本身有不穩定的問題，會降低其應用在腦機介面上的效果。因此，本論文提出了適用於中風復健的線上適應性腦機介面，去解決這樣的問題。 本論文所提出的適應性方法，是用輸入訊號去對特徵擷取器與分類器做全部的更新，而不像在傳統上是用舊的結果和少量的新進的資料只針對特徵擷取器或分類器其中的一種做部分的更新。與以往的方法相比，這樣的方法讓準確度最多可以達到13%的提升。除此之外，我們的方法只需要1.5到4分鐘的時間去訓練初始模型，比起以前需要20分鐘左右的方法，明顯地降低了線上適應性腦機介面訓練模型的初始時間。 本論文最後以24個試驗的窗口大小和每20秒更新一次的速度，讓在線適應性腦機介面對中風病人的資料能達到81.77%的準確度，而且這樣的準確度比非適應性腦機介面更高出了6.7%。
- 學位論文
在此研究領域，四族的矽以及三五族的InGaAs半導體材料，所製作的磁阻元件在常溫時的特性，已經被大量的研究。藉由標準CMOS製程中的HV18完成的幾何型二極矽磁阻元件，在電極間距為6.66 um，磁場為1 T時，有最大的磁阻1.44 %。接著，我們採用具有異常磁阻(EMR)效應的金屬-半導體混合型結構，來製作磁阻元件，在標準CMOS製程下完成的四極磁阻元件，分別有IVVI及IVIV兩種組態來進行量測，在磁阻元件的外觀上，藉由改變電極的排列、半導體與金屬的幾何參數、微縮的特性，來最佳化磁阻數值，雖然在非對稱結構中，IVIV組態量測下，磁場為1 T時，可量測到最高的磁阻特性為150 %，但相對應之敏感度卻不是很高，而且在IVIV組態量測下，EMR效應會引入霍爾效應。最後，我們設計了二極InGaAs磁阻元件，其磁阻及敏感度特性，在磁場為1 T時，不同元件表現上，分別為17.2 %及488.1 ohm/T，是本製程中最高的兩個磁阻元件。此外，我們也使用了COMSOL模擬軟體進行了所有磁阻元件的模擬，並將模擬與量測結果放一起，一併討論與比較。
- 學位論文
近年來，隨者無線技術的蓬勃發展與各種無線運用的推陳出新，現今無線通訊業者迫切需要以低成本的方式來提升系統頻寬以滿足這些趨勢，為了達成此目標，大量且各式不同的小型基地台被廣泛地佈建，以用來增加系統吞吐量以及用戶傳輸速率。然而，隨者密集基地台的佈建，往往會大幅增加所需運轉的能量，因此如何達成高能源效率的傳輸是一個重要的課題。同時，用戶愈漸仰賴無線裝置享受各種無線應用，如何延長行動裝置的電池能效也是一個被關注的議題。在我們的研究當中，首先，我們廣泛地考慮長期演進蜂巢網路的接取控制行為來對於下行與上行能效進行表現分析，隨後對於下行能效與上行能效我們分別提出改進的方案：為了最大化下行能效，我們建議以中央資源控制的結構並搭配基因資源給予演算法來有效調整基地台協同式傳輸。對於上行能效，我們則運用個人區域網路的自身用戶中繼傳輸來節省終端設備功率消耗。最後，我們結合下行能效方案與上型能效方案提出一個聯合解決辦法並包含其他改進設計來針對長期演進網絡提供高能效協同式傳輸。
- 學位論文
混合時脈架構提供一個時脈樹及網格之間的折衷方案，其中大部分的相關研究都著重於樹驅動網格結構的最佳化，但我們對IC Compiler中一套流程的效果和改進感興趣，它稱作多源時脈樹合成：一個使用粗略網格結合多顆局部子樹的架構。因此，我們透過分析傳統時脈樹和多源時脈樹在一個實際工業用設計案件的結果品質來呈現此研究。我們同時也提出一些簡易直覺的方法來改善多源時脈樹的效能，尤其是針對減少時脈偏移的部分。根據實驗結果，我們指出每個方法的優缺點、提供如何設置適合一個設計的架構的建議，最後總結一些未來可鑽研的研究方向。