关键词： 时序数据   时序数据库   传感器   多线程   开放通道固态盘  

摘要： 在工业物联网场景中,由各种类型的传感器设备产生的时序数据量呈爆炸式增长,如何对这类时序数据进行高效的存储与管理便成了一个需要解决的关键问题。对这类时序数据的存储与管理通常采用时序数据库,但现有的时序数据库还有所不足,一方面,未充分考虑到工业物联网中时序数据结构化、数据量平稳且可预测等特点;另一方面,依赖传统硬件的时序数据处理在性能局限上越来越明显,需要新型硬件突破这些限制,满足物联网等应用需求。因此,本文基于时序数据的特点以及新硬件开放通道固态盘(Open-Channel SSD,OCSSD)的特性,在真实开放通道固态盘上设计并实现了一套时序数据存储与检索系统。针对现有时序数据库在存储和管理时序数据时,未充分考虑到时序数据的特点这一问题,提出了一种面向多源时序数据的存储与检索方法。并针对当前搭建在开放通道固态盘上的存储系统大多基于模拟平台实现这一现象,基于所提方法在真实开放通道固态盘上搭建了一套面向工业物联网的时序数据存储与检索系统OC-TS,并为该系统设计了冗余消除及缓存策略、空间管理策略和时序数据检索策略。最后,与时序数据库TDengine进行了对比测试与分析,实验结果表明OC-TS的写入速度相比TDengine最高能提升8.5倍,查询速度相比于TDengine最高能提升1.5倍。读写时在面对传感器数量变化的情况下,OC-TS始终保持着稳定的性能。为了使搭建在开放通道固态盘上的系统在多线程多传感器情况下,保持更加稳定的性能,进一步提出了多通道空间管理策略和多通道环形缓冲区策略。结合开放通道固态盘的特性,在主机端分配物理空间时将传感器数据分布在不同通道,减轻开放通道固态盘在进行有效页迁移时对性能的影响,充分利用多通道的并行性。其次,在开放通道固态盘的块设备驱动中,将单个环形缓冲区划分为多个环形缓冲区,划分的个数与通道数保持一致,并为每个缓冲区分配一个回写线程,减少了多个传感器数据写入环形缓冲区时等待空闲空间的时间。最后,搭建多通道时序数据存储与检索系统MCTS,并与OC-TS和时序数据库TDengine进行了对比测试与分析,实验结果表明多线程多传感器情况下,MC-TS与OC-TS相比,数据的写入性能提升了23.2%,跟TDengine相比,数据的写入性能提升了4.3倍,在多线程写的情况下,保持着更加稳定的状态。

关键词： 反向散射通信   环境反向散射   低功耗蓝牙   无源通信   物联网   射频识别   调制  

摘要： 新兴的环境反向散射通信技术在近十年迅速发展,成为大规模无源物联网的关键使能技术。与主动式无线电生成本地载波调制信息并发送射频信号的方式相比,反向散射标签利用环境信号作载波调制信息并反射信号的方式大幅度降低了物联网节点通信所需的功耗。当前,包括手机、智能手表、无线耳机在内的低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy,BLE)设备在日常生活中被越来越广地使用,但基于蓝牙的反向散射通信工作还未完全在物理层兼容商用BLE收发设备,并且还未关注和研究BLE反向散射通信的可靠性问题。解决这个问题的关键挑战在于如何在已经调制信息的BLE激励信号上进行标签的二次调制,并利用商用BLE接收机的固有解调机制解调出标签二次调制的信息。 针对BLE反向散射通信难以完全兼容商用BLE收发设备的问题,本文提出了对逆白化的BLE激励信号进行直接频移调制生成反向散射BLE信号的方法作为解决方案,并提供了基本的抗干扰能力。在此基础上设计和实现了与商用BLE发送机、单个商用BLE接收机的固有解调机制同时兼容的反向散射通信系统RBLE。RBLE在误码率和吞吐量方面相比于经典蓝牙反向散射通信系统FreeRider有了显著的性能提升,但同时也发现RBLE和主动式BLE相比仍存在较大的通信可靠性差距。 针对BLE反向散射通信可靠性不高的问题,从改进物理层调制方案的角度入手,从根本上解决反向散射通信的可靠性问题。运用微积分思想为BLE反向散射通信系统提出了瞬时相移(IPS)调制和近似高斯频移键控(GFSK)调制两种调制方案,实验结果表明,这两种调制方案不仅大幅提高了 BLE反向散射通信的可靠性,还提升了反向散射信号的带宽效率。 针对以上方案均要求控制激励信号数据内容的问题,本文深入分析了调制方案影响BLE反向散射通信可靠性的具体机理,利用正交解调器的解调鲁棒性对BLE反向散射通信的激励信号进行了扩展,提出使用载有未知数据的GFSK调制信号作为激励实现BLE反向散射通信,此举将进一步降低BLE反向散射通信系统的部署要求。 通过研究基于BLE的反向散射通信系统中关键的兼容性和可靠性问题,本文设计实现了在物理层与BLE兼容的反向散射通信系统,并通过设计物理层技术提升了 BLE反向散射通信的可靠性。本文提出的技术、方法和通信可靠性分析对于后续的BLE反向散射通信研究具有参考意义。本文的研究是朝着让BLE反向散射通信走入日常生活的愿景迈出的重要一步。

关键词： 压控振荡器   相位噪声   低功耗   倍频器   有源电感   宽调谐范围  

摘要： 压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator,VCO)是一种具有通过改变输入电压信号从而改变本振信号频率大小的功能电路。其在射频通信电路中具有重要的作用,如在锁相环系统中VCO是其关键的一部分为锁相环提供实际的输出信号;在收发机系统中为其提供稳定的载波信号。所以对于压控振荡器相位噪声(Phase Noise,PN)、频率调谐范围(Frequency Tuning Range,TR)、功耗等性能的研究具有重要的意义和价值。文章一开始主要阐述了VCO的一些基本理论,分析了振荡器的性能指标并对其中的相位噪声进行了详细分析,并简要概括了常用的无源器件。本论文针对VCO的相位噪声和频率调谐范围性能进行了一系列的相关建模与仿真,还设计与仿真了一系列的电感电容型压控振荡器(LC-VCO)电路。首先,针对压控振荡器的相位噪声以及振荡器在双频段的应用,提出了一种双耦合跨导增强型的电感电容压控振荡器电路;其次,针对压控振荡器的频率调谐范围提出了一种利用回转器实现有源电感的方案,通过改变有源电感的感值以及可变电容的电容值,实现粗调与细调从而获得宽频率调谐范围。针对压控振荡器的相位噪声性能,提出了一种基于130nm CMOS的低相噪、低功耗的压控振荡器。采用互补型交叉耦合对提供负阻,并采用电容分裂技术和阻抗匹配,解决了对于高频段来说高损耗高相位噪声的问题,同时还利用Push-Push倍频器实现了双频段的应用,分别可应用于Ku和Ka波段。1.2V电源电压下,VCO的功耗仅为2.5m W。在低频段偏移1MHz时的相位噪声是-115.3d Bc/Hz,偏移10MHz时的相位噪声为-134.8d Bc/Hz。在高频段偏移1MHz时的相位噪声是-109.67d Bc/Hz,偏移10MHz时的相位噪声为-129.23d Bc/Hz。针对压控振荡器的频率调谐范围,用回转器实现有源电感来代替传统的螺旋电感,提出了一种基于130nm CMOS的宽频域压控振荡器。设计高品质因数的电感以及感值可以调谐的电感来实现宽频率调谐范围的性能,同时电路整体的功耗也得到了优化。可以通过改变输入的电压信号,来改变有源电感的电感值以及可变电容的电容值,让频率能够有更宽的工作范围,使得压控振荡器具备良好的频率调谐能力。频率覆盖范围为740MHz～1.82GHz之间,频率调谐范围约等于86%,振荡器在1MHz频偏处的相位噪声为-100.7d Bc/Hz,电路的整体功耗为34.2m W。

关键词： 语音增强   硬件加速器   全卷积神经网络   空洞卷积   低功耗  

摘要： 语音增强（Speech Enhancement,SE）旨在通过去除音频中的噪声来提高语音的质量和可懂度,被广泛应用在智能手机、助听器等小型设备中,这种设备中对功耗有着严苛的限制。基于此需求,本文设计了一种基于全卷积神经网络（Fully Convolution Neural Network,FCN）的低功耗语音增强加速器。 在算法上,通过在训练过程中引入静默帧指数提升了模型的SSNR（Segment Signal-to-Noise Ratio）指标;针对硬件推理过程中的冗余计算,融合抽帧层和二维卷积层将算法的计算复杂度减少了约57%;提出逐块量化的方案观察在权重量化过程中的精度损失,最终采用权重8bit和16bit混合量化,激活16bit量化将网络的参数规模减少了3/5;引入双量化因子完成残差层的硬件推理。量化后的算法在Edinburgh数据集上的PESQ（Perceptual Evaluation of Speech Quality）和SSNR分别为2.2766和6.4352,精度损失为3.56%和0.43%。 在硬件上,对优化后的FCN算法进行了设计空间探索。采用二级缓存实现卷积激活复用,并将空洞卷积更改为跨列计算以最大化复用效率,使算法推理过程中激活访存消耗的能量减少了39%;引入寄存器阵列实现权重复用,使得对权重内存的访问次数减少了65%;采用基于OS（Output Stationary）数据流的向量计算单元设计的PE（Processing Element）阵列适配不同的卷积类型,使得PE阵列在工作时的平均利用率为97.7%,进一步减少了推理时间。 本文基于22nm工艺,完成了面向低功耗语音增强场景的神经网络加速器设计。仿真结果表明,在0.7V的电压以及10MHz的频率下,完成一帧语音的推理仅需13.7ms,电路面积约为1.1mm2,平均功耗为2.1mW,面积效率为1.91mW/mm2。同国外研究成果相比,本文所提出的语音增强加速器在同一数据集下的PESQ和SSNR分别提升了2.4%和6.4%,同时加速器的面积效率还提升了2.67倍,更适合于部署在助听器等小型设备中。

关键词： 龙芯处理器   环境监测设备  

摘要： 现阶段，城市环境污染表现出排放源多样、环境动力因素复杂、传播速度快等特点，由于缺乏有效手段对污染源进行快速准确的定位，区域大气污染的防治效率难以有效提升。这就需要相关部门加大无人机、无人船、移动机器人等移动式环境监测设备的研发力度，以加快实现精准实时的微尺度快速环境监测。本文中，笔者基于大气、水质、核辐射、危化品等多种场景的环境监测需求，自主研发了基于龙芯嵌入式处理器的移动式环境监测系列设备。此类设备能够挂载接入不同场景的传感器，并且具备对环境监测数据的本地处理、存储及回传功能，能够增强地方环保部门的应急监测和快速响应能力。

关键词： 碳纳米管薄膜晶体管   光电突触晶体管   神经形态电子   柔性印刷电子   增强型器件   超低功耗CMOS反相器  

摘要： 单壁碳纳米管（SWCNT）是后摩尔时代极具颠覆性的半导体材料,单壁碳纳米管薄膜晶体管（SWCNT TFT）作为重要的电子元器件,具有卓越的电学性能以及优异的可靠性和稳定性,与柔性电子、硅基电子和互补金属氧化物半导体（CMOS）技术可实现良好兼容,能够对信息进行同步地传递和处理。SWCNT TFT已在生化传感、集成电路、柔性印刷电子、可穿戴电子等诸多领域中发挥举足轻重的作用,并有望应用在基于非冯诺依曼架构的高效低能耗人工智能芯片和智能仿生感觉系统中从而在物理硬件层面上突破存算分离带来的发展障碍。视觉系统在人类与外界交互中发挥中心作用,生物突触是其最基本的功能单元并能够对动作电位信息进行传递和处理。因此,模拟生物视觉感知以研发非冯诺依曼式仿生视觉系统至关重要,构筑能够对光信息感知、处理和记忆的人工突触器件以及能够实现恒定探测信号向脉冲电信号转换的CMOS处理电路是实现上述目标的关键环节。尽管SWCNT TFTs在仿生视觉领域中极具发展前景,但同时也面临着一些挑战。由于半导体型单壁碳纳米管（sc-SWCNT）本身对光不敏感,关于如何构建与硅基电子兼容的高性能和多模态输入/输出的SWCNT光电人工突触、如何探明多种信号的协同作用机制、如何获得生物相容性更佳的柔性SWCNT光电突触晶体管等方面仍在探索之中。此外由于SWCNT TFT易受空气中水氧影响表现为p型耗尽的电学特性,如何构筑与碳基突触电子器件兼容性的增强型低功耗SWCNT CMOS器件和电路也是目前该领域研究的热点和难点。针对以上问题,本论文开发了基于硅衬底和柔性衬底的SWCNT光电突触晶体管,探究了光电信号的协同作用和复杂突触功能的模拟,阐明了光电突触塑性的产生机理,同时构建了具有超低功耗的SWCNT CMOS反相器。本文主要研究内容和研究成果总结如下:（1）使用具有光栅效应的轻掺杂硅作为底部栅极制备得到了结构简单并能实现光电双控的单一栅印刷SWCNT突触器件。基于p型轻掺杂和n型轻掺杂的SWCNT TFT在光照条件下分别实现正向和负向光响应,同时光/电脉冲序列刺激下器件的源漏电流不断累加,因此模拟了包括低通滤波和非易失性记忆性能在内的几种重要突触行为。探明了光电突触塑性的产生机理为光照下轻掺杂硅基底（p型/n型）中存在的光栅效应引起了栅源电压变化（减小/增加）从而进一步影响源漏电流值、以及sc-SWCNT有源层和高介电常数（k）氧化物介电层表界面处存在陷阱态从而使得电荷载流子能够被存储在器件沟道中。最终该单一栅SWCNT光电人工突触中成功通过光电信号耦合作用模拟出兴奋、抑制和逻辑操作等功能。（2）引入光敏材料以改善基于硅衬底的SWCNT突触晶体管的光电响应能力并实现多模态的输入和输出。通过在基于轻掺杂硅底栅的SWCNT突触晶体管顶部旋涂无铅钙钛矿CsBiI能够数十倍地提高原始器件光电响应,其原因在于CsBiI具有极好的光敏特性以及光生电荷在其与SWCNT的界面处能够实现有效分离。通过光电信号协同训练实现了能够多模态操作的光电人工突触,模拟了更多如或非（NOR）逻辑、可重复的光写电擦闪存功能、以及“巴普洛夫狗”条件反射等高级神经活动,并且利用长时程增强（LTP）/长时程抑制（LTD）特征值构建基于单层感知的人工神经网络以识别MNIST手写数字集,最高准确率达到85.46%。此外,通过使用Pd源漏电极和罗丹明6G（Rh6G）光敏层以及改进SWCNT有源层制备工艺,构建出基于重掺杂硅底栅的SWCNT光电突触晶体管,器件可在光/电刺激下表现出非易失记忆能力,模拟了光电闪存功能,可实现线性度更好、对称性更高、变化范围更大的逐步权重更新。（3）通过全溶液法在聚酰亚胺（PI）衬底上制备离子液体交联聚（4-乙烯基苯酚）(ILs-c-PVP)基柔性SWCNT双电层晶体管并模拟生物突触功能和改善光响应能力。SWCNT电解质栅突触晶体管能够在±1 V的低电压区间工作且具有高开关比（>10～6）、低关断电流(约10 A)以及良好的机械柔韧性,离子液体的添加含量决定了介电层的电容值和其内部可移动离子数目从而影响器件电性能和突触功能表现,在该器件中能够通过电脉冲刺激模拟兴奋性突触后电流（EPSC）、双脉冲易化（PPF）等短程可塑性;进一步地,通过在电解质中添加无铅材料BiI以使柔性SWCNT突触晶体管具备光响应能力同时模拟了光突触塑性从短时程记忆（STM）向长时程记忆（LTM）的过渡转变。此外,以BiI-ILs-c-PVP为介电层的SWCNT TFT器件的开启电压降低向0 V靠近,为低功耗突触器件和电子电路奠定良好基础。（4）探索SWCNT TFT的阈值电压调节和极性转化方法和机理并构建超低功耗SWCNT CMOS反相器。使用BiI掺杂的ILs-c-PVP固态电解质作为介电层并调节有源层工艺使得SWC

关键词： 无线传感器网络   低功耗节点   荷电状态估计   Peukert方程   电流累积   端电压   截距法-电动势-SOC法  

摘要： 无线传感器网络是近年来电子信息技术领域的研究热点，它由成百上千个低功耗节点组成，这些节点通过相互协作来完成复杂的任务。由于节点能量供给的有限性，其供能问题成为影响其发展的重要因素，为了能够延长节点的使用寿命，就需要提高整个节点对于能量的利用效率。对电池进行准确的荷电状态估计是提高能量利用效率的重要手段，可以为节点的正常工作提供保障，这对无线传感器网络低功耗节点有着重要意义。　　本文首先对无线传感网络的低功耗节点和电池荷电状态估计的国内外研究现状进行了总结，然后针对电池的速率容量效应、恢复效应、初始荷电状态未知这三大特点，完成了以下研究内容：　　（1）提出了一种改进Peukert方程的SOC估计方法( Peukert’s Law-based Method, PLM)。该方法通过改进Peukert方程来估计电池的有效容量，合理地考虑了电池的速率容量效应。本文首先从理论上分析了基于电流消耗累积模型的估计误差;然后，针对不同的电池在恒定电流、恒定电阻和模拟占空比负载工况下，对所提出的方法进行了验证;最后与现有的方法进行了比较。实验结果表明，在负载恒定或是变化缓慢的工况下，所提出的方法与现有方法在同等实验情况下平均绝对误差最小，能够更准确的估计出电池的荷电状态。　　（2）提出了一种结合电流累积和端电压的SOC估计方法。理论分析表明，基于电流消耗估计模型的估计误差会随着电流的累积越来越大，而基于端电压的估计方法在放电后期有较好的优势。本文基于前述两种方法的优点结合两种估计方法，构建了一种Hybrid估计方法。实验结果表明，针对不同的电池和不同工况，特别是在传感器网络中常用的占空比负载下，所提方法更准确，且准确性在整个生命周期内更加稳定。　　（3）提出了一种基于截距法-电动势-SOC的估计方法。首先对电池进行放电分析，建立了电池电动势EMF与荷电状态SOC的线性分段函数，从而提出了一种基于截距法的EMF估计方法，并以此来对电池荷电状态进行准确估计。实验结果表明，在电池具有恢复效应和初始荷电状态未知这两种情况下，现有的方法已经失效，所提出的方法可以较准确的估计出电池荷电状态。　　第二章提出了PLM估计方法，适用于恒流或是负载变化缓慢的情况;第三章提出了Hybird估计方法，在负载恒定或是变化剧烈时，其估计误差依然稳定;第四章提出了基于截距法-EMF-SOC估计方法，在电池恢复效应和初始荷电状态未知情况下，可准确估计电池荷电状态。

关键词： 高精度   低噪声   低功耗   运算放大器   斩波  

摘要： 随着生活水平的提高,人们的健康意识愈发增强,对生物医疗电子设备的关注度也越来越高。加上微电子学的持续发展,促使便携式医疗电子设备走进了越来越多的家庭。便携式医疗电子设备可对人体的生物电信号提供实时的监测,模拟前端作为便携式医疗设备的关键模块,决定了采集的生物电信号的质量。然而,生物电信号一般都比较微弱且容易受到干扰,因此模拟前端中采用的放大器一般都要满足高精度、低噪声、低功耗的要求。 本文主要开展高精度、低噪声、低功耗运算放大器的研究与设计。在对目前常用的一些仪表放大器结构进行对比分析它们各自的优缺点之后,最终基于斩波稳定电容耦合结构设计了两种斩波放大器,利用斩波技术来降低噪声和失调;为实现低功耗,这种两种斩波放大器都采用了电流复用技术。其中一种斩波放大器创新地设计了一个实现了四次电流复用的层叠放大器作为其核心运放,并通过引入直流伺服回路来抑制电极直流失调;另一种斩波放大器创新地设计了一个squeezing放大器作为其核心运放,在低电源电压下实现了两次电流复用,并通过PFL技术来提升输入阻抗。针对这两种斩波放大器中斩波技术引起的纹波,还设计了一种由跨导单元,开关、电容组成的新型离散时间旋转滤波器来抑制纹波。 基于0.18μm CMOS工艺,本文完成了两种斩波放大器和一种旋转滤波器的电路设计。仿真结果表明:采用层叠放大器的斩波放大器的在1.2V电源电压下总共消耗3.6μA电流,增益为39.98d B,对电极直流失调有252.4倍的抑制效果,其共模抑制比大于104d B。与旋转滤波器级联后,在0.5-100Hz频率范围内其等效输入噪声为0.9μVrms;另一款采用squeezing放大器的斩波放大器总共消耗2.5μA电流,增益为33.97d B,其共模抑制比最低为87.5d B,等效输入失调电压为25.5μV,低频输入阻抗为352.3MΩ。与旋转滤波器级联后,在0.5-100Hz频率范围内其等效输入噪声为1.3μVrms。旋转滤波器在低频下的增益为0d B,带内平坦度高,对设计的两种斩波放大器的输出纹波可以达到65dB的抑制效果。

关键词： 超再生接收机   低噪声放大器   包络检波   低功耗   接收芯片  

摘要： 物联网技术的出现使得人-物交互、物-物交互成为可能,近几年来物联网技术的不断发展在很大程度上改变了人们的工作和生活方式,为人们提供便利的同时也为信息技术的发展趋势指明了新的方向。无线通信技术作为物联网的核心技术之一,射频、蓝牙、wi-fi和红外等无线通信技术被广泛应用到生活中。与其他技术手段相比,射频技术凭借其原理简单易于实现、通信距离远、抗干扰能力强以及成本低廉等优势,成为消费类电子产品的主要通讯方式。 本文研究和设计了一颗基于CMOS工艺的sub1G无线接收芯片,芯片主要工作频率为315 MHz或433 MHz,主要面向玩具遥控车、小家电控制以及电动车防盗的消费电子市场。相较于目前市场上已有的无线接收机芯片,论文设计的芯片无需外接晶振,无需外接高精度电容电感,外围只需要一个普通电感,通过控制电容阵列中的电容是否接入振荡电路来改变接收机工作频率,可通过MCU自主完成频率校准工作,无需人工校准,大大提升此类芯片使用的便捷性。考虑到工程应用低成本、低功耗的要求,芯片整体采用超再生接收机结构,内部主要模块包括带隙基准、低压差线性稳压器、低噪声放大器、超再生振荡电路、包络检波电路、猝熄电路以及电容阵列等模块。 芯片工艺采用0.5μm CMOS工艺,整体芯片版图面积为805μm*582μm,使用电路仿真软件Virtuoso完成仿真及版图设计。实物芯片测试数据显示,在5 V电源电压工作条件下,能够通过电容阵列对芯片工作频率进行校频,315 MHz对应校频范围为38 MHz,433 MHz对应校频范围为43 MHz,接收灵敏度为-90 dBm,接收距离约为50-60 m,正常工作时工作电流为2.5-2.8 mA,能够满足工程应用的要求。

关键词： 碳纳米管薄膜晶体管   阈值电压   柔性印刷电子   CMOS反相器   低功耗   3D集成  

摘要： 近些年,健康监测、智能可穿戴和万物互连电子器件在我们的日常生活中发挥日益重要的作用,而柔性印刷电子能够很好满足这一要求。碳纳米管因为其优异的物理和化学特性、超高的电子和空穴迁移率以及优越的机械柔性被视为柔性印刷电子器件最理想的半导体材料之一。然而基于印刷工艺制备的碳纳米管场效应晶体管大多呈现耗尽型特性,因此碳纳米管晶体管阈值电压的调控已经成为碳基电子领域中的一大挑战。与此同时,目前的印刷精度仍然偏低(10～100μm),导致制备的印刷晶体管特征尺寸较大(100～200μm),使得单位面积内的晶体管数目偏低,不利于后面设计制备集成度高、复杂的数字集成电路。 针对以上问题,本论文利用一种无掺杂的栅电极技术,同时采用高电容固态电解质薄膜作为电介质层,实现了高效的栅电极控制能力以及对柔性印刷P型碳纳米管薄膜晶体管的阈值电压可控调节,获得了增强型P型碳纳米管薄膜晶体管。利用3D共栅结构,简化了器件和电路的制备流程,还使单位面积内的印刷晶体管数目翻倍,并得到了3D结构的低功耗CMOS反相器。具体研究内容和成果如下: (1)利用无掺杂的栅电极技术构建高性能柔性印刷增强型碳纳米管晶体管器件。即采用低功函数的金属作为栅电极以及高电容固态电解质作为介电层,实现对碳纳米管薄膜晶体管阈值电压的连续、大范围调控。研究结果表明,铝栅电极的碳纳米管薄膜晶体管不仅表现出增强型特性,还具有优良的电学性能。这主要与铝底栅电极在空气中的自然氧化以及铝顶栅电极在电极/介电层界面上的的偶极反应形成较低功函数的薄膜(Al Ox)有密切关系。 (2)柔性印刷3D结构的PMOS反相器及性能研究。在(1)的工作基础上,采用两个阈值电压不同的P型碳纳米管晶体管,构筑出性能良好的3D PMOS反相器。其中上层的晶体管作负载,下层的晶体管起驱动作用。 (3)柔性印刷3D CMOS反相器及性能研究。即利用顶栅晶体管和底栅晶体管的结构特点,使用3D共栅结构,构建性能良好的3D CMOS反相器。 总之,本论文通过无掺杂的栅电极工程,实现了P型碳纳米管薄膜晶体管的阈值电压在大范围内的调节,制备出了高性能的增强型碳纳米管薄膜晶体管,并构建出性能良好的3D CMOS反相器。这些工作为后面低电压、低功耗、高密度集成的3D碳基集成电路的发展奠定了坚实基础。