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度亘激光9xxnm激光芯片全面升级
近期，度亘激光杨国文博士带领的研发团队在高功率半导体激光器领域取得新进展，实现了输出功率和电光转换效率的双重突破。230 μm条宽的915 nm单管器件在48 A/30 ℃/CW条件下，输出功率高达48.5 W，电光转换效率（PCE）峰值高达72.6%，30 W功率点的PCE大于67%，35 W输出时的PCE仍高达64.5%。
高功率9xx-nm半导体激光器（LDs）作为光纤激光器泵浦源及直接半导体激光器光源广泛应用于工业加工领域。由于掺Yb光纤在915 nm波段吸收带较宽，特别适合大温度范围条件下工作，在降低激光系统温控成本上具有优势，因此91 5nm半导体激光器是光纤激光器泵浦源的重要选择。随着工业加工领域的快速发展，对光纤激光器的功率提升的需求十分迫切。因此也对半导体激光芯片的性能、可靠性和稳定性提出了更为严格的要求。提高9xx-nm半导体激光器的功率和效率具有重要的应用及经济价值。
有以下技术难点：
1. 极高输出光功率下的热反转（Thermal rollover）导致的功率受限问题；
2. 极高功率密度和电流密度工作条件下的腔面光学灾变损伤（COMD）问题；
3. 芯片要求同时具备低损耗、低电压、高内量子效率以及低发散角，但参数之间又有相互制约与矛盾的设计挑战；
4. 低缺陷密度、低杂质密度和高重复稳定的高质量外延材料生长的挑战。
针对高功率输出的目标，首先基于激光芯片特性参量进行了模拟计算，分析了内量子效率及内部光损耗对斜率效率的影响，以及阈值电流和斜率效率对输出功率的影响。结果表明实现高内量子效率的同时，实现低的内损耗是获得高功率输出的关键。通过新型结构设计、高质量外延生长以及精细化工艺制备，获得了内损耗低至0.31 cm-1，内量子效率高达96%的性能纪录水平。在此基础上，制备的230 μm条宽单管器件在48 A，30 ℃，CW条件下实现了高达48.5 W最高输出功率。
室温25℃连续工作条件下芯片的测试结果表明，14 A时最大电光转换效率高达72.6%。30 W输出的PCE大于67%，35 W输出时的PCE仍高达64.5%。基于以上技术提升，最新推出的230μm条宽的30W和35W单管产品已通过客户验证并开始批量生产。
出版信息
标题:
48 W Continuous-Wave Output From a High- Efficiency Single Emitter Laser Diode at 915 nm
出版信息:
IEEE，19 September 2022
DOI:
10.1109/LPT.2022.3207786
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北大集成电路本科生在电路与系统权威期刊IEEE TCAS-I发表研究论文
北大集成电路设计与集成系统专业的2019级本科生罗宇标同学作为第一作者在国际电路与系统领域旗舰期刊IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers（TCAS-I）发表研究论文，该论文提出了一种基于物理定律的迭代算法来描述包含互连电阻的阻变存储器阵列矩阵-向量乘法（MVM）电路，相比于常用的SPICE仿真，加速1000多倍；以及提出了一种高效的新型MVM电路，基于矩阵行拆分模式，原创性提出电导补偿方法，以最少的硬件资源实现含负元素矩阵的MVM计算，同时能够有效降低互连电阻等非理想因素引起的计算误差。
阻变存储器（RRAM）具有突出的模拟电导特性，它常采用的交叉阵列架构能够自然地用电导值表示矩阵元素，再通过利用运算放大器形成局部或全局的反馈回路，实现各种基本的模拟矩阵运算（AMC），如矩阵-向量乘法（MVM）。在实际电路中，器件/电路的非理想因素如互连电阻、源漏电阻、器件电导随机性等会极大地影响计算精度。MVM电路的快速仿真与性能优化对于大规模系统集成的研究具有重要的基础意义。
在MVM电路中，由于互连电阻与交叉点RRAM器件紧密耦合，对它的仿真尤为困难。在传统的SPICE仿真中，利用改进节点分析法（MNA）求解的时间复杂度为O(n6)（n为阵列的行/列数），极大地限制了大规模电路仿真的效率。基于电路中的物理定律，该论文提出了一种高效的迭代算法，能够在不损失仿真精度的情况下极大地减少仿真时间。图1展示了迭代算法以及它与SPICE仿真速度的比较。对于n×n的交叉阵列，由于每次迭代只需要计算n×n的矩阵-矩阵乘法，迭代算法的时间复杂度仅为O(n3)，相比于SPICE实现了二次方加速，在较大规模的仿真中表现出3个数量级的速度提升。另外，该工作还分析了迭代算法的收敛性问题、考虑源漏电阻以及其它电路结构改变时迭代算法的变形等，扩展该迭代算法的适用范围。
该工作进一步用离散傅里叶变换（DFT）的实例分析了3个电路的实际性能。对于CC-RS电路，补偿电导的值需要通过计算拆分后的两个矩阵的行加和之差得到。但是，由于DFT矩阵中（除第一行外）每一行正、负元素绝对值相等的特性，无需预先计算行加和，能够很自然地完成从DFT矩阵到CC-RS电路的映射。接着，该工作重点比较了在考虑互连电阻、器件电导随机性以及源漏电阻等非理想因素影响下3个电路的计算精度。相比于CS和RS电路，CC-RS电路都展现出对这些非理想因素更高的容忍度，实现了更低的计算误差。
出版信息
标题:
Modeling and Mitigating the Interconnect Resistance Issue in Analog RRAM Matrix Computing Circuits
出版信息:
IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers，23 August 2022
DOI:
10.1109/TCSI.2022.3199453
转自：“科研之友 ScholarMate”微信公众号
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