I MOSFET-teknologi, särskilt för FDSOI (Fully Depleted Silicon On Insulator) transistorer, har bakgate-spänningen (VBG) en kritisk inverkan på transistorens prestanda och karakteristika. Denna parameter, ϕBC, justeras genom att dopa bak-gate-väljen kraftigt, antingen som p-typ eller n-typ, för att ge MOSFET:er olika tröskelspänningar (Vt). Effekten av ϕBC dämpas dock av faktorn α, vilket innebär att de Vt-värden som kan uppnås på detta sätt varierar med högst 100 mV.

Även om alla parametrar som ingår i uttrycket för α är beroende av bias och temperatur, finns det en viktig undantag i form av parameter t_inv. Denna parameter är spänningsberoende, vilket framgår av figurerna 5.26b och 5.26c, medan alla andra parametrar är temperatur- och bias-oberoende. Detta gör att kropp-bias-faktorn (α) i praktiken är temperaturoberoende från 2 K till 400 K och har endast ett svagt beroende av VBG och VGS. Detta har bekräftats genom mätningar från flera forskargrupper.

Variationer i Vt med temperatur beror huvudsakligen på de termer som ingår i Vto och ϕBC i formeln för Vt. Dessa förändringar är relativt små, men påverkar ändå transistorens övergripande prestanda i olika temperaturmiljöer.

I FDSOI-transistorer, där kanalens tjocklek är mycket tunn, får topp-gate:en bättre kontroll över kanalens laddning och strömflöde mellan källan och avloppet jämfört med en plan bulk-MOSFET. Detta framgår tydligt av mätningar som jämförde de normerade utsignal-karakteristiska för både planar bulk- och FDSOI-transistorer, där FDSOI MOSFET:er visade en mycket lägre utgångsledning (g0), vilket resulterade i en jämnare utgångskarakteristik och högre inneboende förstärkning, Av = gm/g0.

De höga AMS (Analog-Mixed-Signal) och högfrekventa (HF) Figures of Merit (FoM) för transistorerna från VBG, som visades tidigt i kommersiell 28-nm FDSOI CMOS-teknologi, var en stor framgång. Mätningarna av gm, fT, fMAX och MAG vid 60 GHz, som funktion av VGS och VBG i saturation vid |VDS| = 1 V, visade att förändringen av FoM var relativt liten även när Vt ändrades med hundratals millivolt, så länge VBG varierade mellan -0,5 V och +6 V. För n-typ MOSFET:er var denna variation något större än för p-typ MOSFET:er, men effekten var ändå måttlig, vilket indikerar att dessa transistorer är robusta i sitt prestandaförhållande.

För att optimera de olika Figures of Merit (FoMs) vid högfrekventa applikationer, är det viktigt att förstå hur VBG påverkar de olika egenskaperna hos transistoren, särskilt när det gäller strömflöde och transkonduktans. Detta påverkar direkt de förväntade resultaten för fT, fMAX och MAG. I dessa mätningar var de högsta FoM-värdena nära de toppvärden för gm och fT där den största känsligheten mot VBG noterades. Här var variationerna mindre än 20% för givna strömtätheter, vilket gör att FDSOI-transistorer är särskilt användbara i mm-vågkretsar och högfrekventa applikationer.

För att förstå de bakomliggande mekanismerna i dessa resultat är det viktigt att beakta de kortkanaliga, styckvis linjära ekvationerna för drainström (IDS) och transkonduktans (gm) i de olika driftregionerna för MOSFET:er. För planar bulk- och FDSOI MOSFET:er fångas dessa effekter genom Vt-termen, som bestäms av bak-gate-spänningen VBG. Även om mobilitetsnedbrytning och hastighetsmättnad, orsakad av vertikala och laterala elektriska fält, finns närvarande i dessa transistorer, förblir den grundläggande ekvationen för IDS i mättnadsregionen oförändrad.

När drainströmmen uttrycks som funktion av VGS - Vt, kan man se att för en viss strömtäthet tenderar gm att vara konstant efter ett visst värde av VGS, där MOSFET:en beter sig som en mycket linjär enhet. Detta innebär att även vid högre VGS och strömtätheter, bibehåller MOSFET:en en linjär förstärkning, vilket gör den till en användbar komponent i både låga och höga strömtäthetsapplikationer.

Det är också viktigt att notera att FDSOI-teknologin har en fördel jämfört med planar bulk-teknologi när det gäller att minimera parasitiska resistiva, kapacitiva och induktiva effekter som annars skulle kunna påverka transistorens prestanda. Även om dessa parasiter inte var helt borttagna vid högfrekventa mätningar, reflekterade de ändå den verkliga prestandan av en fullständigt uppkopplad transistor i en mm-vågkrets.

Endtext

Hur påverkar kontroll och mätning av kvantbitar i kvantprocessorarkitektur prestanda och noggrannhet?

Vid utveckling av kvantprocessorarkitekturer är hanteringen och mätningen av kvantbitar en avgörande aspekt för att uppnå både hög prestanda och noggrannhet. I denna kontext diskuteras flera teknologiska framsteg, särskilt inom kvantlogik och mätteknik, som syftar till att optimera hanteringen av kvantbitar, där varje kvantbit styrs individuellt, och hur mätningar görs genom avancerade system som till exempel enkel-elektron (SET) eller enkel-hål (SHT) transistorarray.

En av de mest lovande arkitekturerna för kvantprocessorutveckling är den monolitiska kvantprocessorn med frekvensdela-multiplexad kontroll. Denna design ger möjlighet till en mer exakt kontroll av kvantbitarna, samtidigt som den möjliggör en noggrann avläsning av deras tillstånd. Tekniken som används här involverar mätning genom impedansmetri, där elektriska signaler som används för att kommunicera med kvantbitar kan detektera tillståndet hos varje kvantbit med hög precision. Denna metod säkerställer att kvantprocessorernas prestanda inte bara blir stabil utan också effektiv i att hantera och bearbeta kvantinformation.

Frekvensdela-multiplexad kontroll är särskilt viktig för att effektivt hantera flera kvantbitar samtidigt, vilket är en grundläggande utmaning vid skalförstoring av kvantprocessorernas kapacitet. Tekniken gör det möjligt att hantera stora mängder kvantbitar genom att de styrs med olika frekvenser, vilket minskar risken för störningar mellan signaler som styr individuella kvantbitar. Samtidigt med detta får man ett sätt att snabbt justera och mäta kvantbitar med minimal påverkan på den övergripande systemprestandan.

När det gäller mätningar är precisionen i detektorerna en kritisk aspekt. Genom att använda avancerade kvantdetektorer som SET eller SHT-transistorarrays, kan man mäta kvantbits tillstånd med extremt låg felmarginal. Dessa transistorer kan registrera de mikroskopiska förändringarna i kvantbitarna och omvandla dem till elektriska signaler som sedan kan tolkas av systemet. En annan viktig aspekt är fasstabiliteten hos de använda faserna i systemet. Den fasstabilitet som uppnås genom noggrant kontrollerade oscillatorer och faslåsningsslussar (PLL) gör det möjligt att behålla precisionen i kvantoperationerna över tid och vid olika temperaturförhållanden, vilket är viktigt i praktiska tillämpningar av kvantteknologi.

Vid undersökning av kvantbitar i sådana system är det också viktigt att förstå felkorrigering och hur dessa fel påverkar resultatet av kvantberäkningar. Även om systemen blir mer sofistikerade och precisa, kommer oundvikligen små fel att uppstå i kvantoperationer, och det är avgörande att kunna kompensera för dessa. I denna kontext handlar det om att utveckla mekanismer för att identifiera, mäta och korrigera felaktiga operationer i realtid, för att säkerställa att den kvantmekaniska informationen inte går förlorad.

Vad som är särskilt intressant i denna tekniska utveckling är hur systemet kan användas för att bygga mer robusta kvantprocessorer. Förutom att utveckla kvantbitar och förbättra mätprecisionen, arbetar forskare och ingenjörer också med att förbättra signalbehandling, kalibrering av elektroniska komponenter och optimering av de elektriska kretsarna som styr kvantbitarna. En sådan helhetssyn på kvantprocessorers design är avgörande för att kunna bygga system som är både skalbara och tillförlitliga på lång sikt.

I sammanhanget av dessa utvecklingar måste vi också överväga de framtida stegen för att uppnå en fullständig kvantcomputingrevolution. Förutom att förbättra teknologier som kvantlogikportar, detektion och kalibrering av kvantbitar, är det också viktigt att överväga de miljömässiga och praktiska utmaningarna, såsom den extrema känsligheten hos kvantbitar för externa störningar och temperaturfluktuationer. Det är inom denna sfär som kvantteknologins största utmaningar ligger – och det är här som de största vetenskapliga och ingenjörsmässiga genombrotten behövs för att möjliggöra en praktisk och effektiv användning av kvantprocessorer i framtiden.

Vad händer när den vita mannen konfronterar den röde mannen i Gyllene Dalen?
Hur hanterar man osäkerheten när framtiden är på spel i företagsvärlden?
Hur fungerar och utvecklas flytande metallbatterier?