固体电子学研究与进展

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马二晨, 王维波, 陶洪琪, 郭方金

固体电子学研究与进展. 2020, 40(2): 79-82.

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设计了一款G波段 GaN HEMT功率放大器。放大器采用级联结构,在每级设计中均引入了并联反馈。放大器工作频段内的小信号增益大于25 dB, 3 dB带宽为17 GHz。大信号测试结果显示,在155~172 GHz饱和输出功率为14~17 dBm;在165 GHz饱和输出功率密度为17 dBm,对应的功率密度为1.25 W/mm。该功率放大器直流损耗功率为1 060 mW,峰值功率附加效率为4.7%。

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基于50 nm GaN HEMT技术的180 ~ 220 GHz平衡二倍频器MMIC

张茂强, 张斌

固体电子学研究与进展. 2020, 40(2): 83-86.

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采用50 nm GaN HEMT技术实现了一款太赫兹波有源平衡式二倍频器单片微波集成电路(MMIC)。通过在输入端使用巴伦,可以确保二倍频器良好的基波抑制性能。在没有任何后置放大器的情况下,当输入功率为22 dBm时,在205 GHz的输出频率下二倍频器的最大输出功率为12 dBm。该MMIC芯片尺寸为2.0 mm×1.8 mm,可方便地集成到多功能芯片中。

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电介质与聚合物薄膜电子束诱导电导特性^∗

霍志胜, 蒲红斌, 李维勤

固体电子学研究与进展. 2020, 40(2): 87-93.

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电介质、聚合物薄膜的电子束诱导电导特性是其电子显微检测以及绝缘性能研究的重要手段。基于Rutherford模型模拟电子的散射过程,利用电流连续性方程计算电荷的输运过程,采用数值计算结合实验研究了SiO₂、PMMA薄膜的电子束诱导电导特性。结果表明,由于电子的输运,样品内部净电荷密度呈现近表面为正、内部为负的特性,空间电场推动电子向衬底输运,产生电子束诱导电导。电流增益随偏压的增大近似线性增大;由于电子迁移率较低,相同条件下PMMA薄膜的电流增益值远低于SiO₂薄膜的相应值。诱导电导随束流呈现近似线性特性,对于本文1 μm厚度的薄膜样品,电流增益随束能变化在约20 keV处呈现极大值。

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碳基射频电子器件研究进展^∗

孔月婵, 杨扬, 周建军, 吴云, 顾晓文, 郁鑫鑫, 王登贵

固体电子学研究与进展. 2020, 40(2): 94-103.

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以三维体材料金刚石、二维材料石墨烯和准一维材料碳纳米管为代表的碳基电子材料,分别拥有超宽禁带、超高载流子迁移率、优异的导热性能和机械特性,以及独特的低维结构带来的各种量子效应,在射频大功率、高线性、太赫兹以及光电混频等器件领域,具有技术提升的巨大潜力。分别介绍了这三种典型碳基材料的基本电学特性,聚焦金刚石微波功率器件、石墨烯高频器件和电路以及碳纳米管高线性器件和电路,分析了从材料至器件层面的优势和挑战,并展望了碳基材料成为下一代半导体功能材料的前景。

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基于商用肖特基二极管的190 GHz二倍频器设计

赵亮, 王锋, 闵应存

固体电子学研究与进展. 2020, 40(2): 104-109.

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提出一种对商用肖特基二极管进行准确建模的方法。二极管的主要外形尺寸通过光学显微镜下测量得到。厂家所提供的零偏置结电容（C_j0）以及等效串联电阻（R_s）一般是在低频（兆赫兹量级）、小信号下测量所得,在太赫兹频段大信号驱动下,二极管的C_j0及R_s都会不同。通过计算、仿真及测试对这两个参数进行修正,使得测试结果与仿真结果吻合较好。基于建立的二极管模型设计了一款190 GHz二倍频器。测试结果表明,在17 dBm驱动功率下,倍频器在177~190 GHz范围内倍频效率大于10%,峰值倍频效率为14%。在可获得的最大驱动功率下,倍频器的最大输出功率为10.3 dBm。

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温度补偿高谐波抑制功率放大器的设计^∗

曾凡杰, 周正轩, 蓝焕青, 章国豪

固体电子学研究与进展. 2020, 40(2): 110-115.

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针对无线通信应用系统,采用了一种具有温度补偿特性的偏置电路和一种带有谐波抑制功能的输出匹配网络,设计了一款高线性高谐波抑制的功率放大器。该功率放大器采用InGaP/GaAs HBT工艺,工作频率为1.84 GHz,供电电压为4.5 V,偏置电压为2.85 V。测试结果表明,常温下,功率放大器的增益为32 dB,饱和输出功率可达33 dBm,二次、三次谐波分量都小于-55 dBc,在输出功率为24.5 dBm时,邻道抑制比为-47 dBc,在-40~85 ℃温度变化范围内,功率放大器增益与邻道抑制比基本不变。

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阻抗带宽可调的宽带缝隙天线^∗

张胜, 仲也, 周玉钰, 郭亚, 唐守锋

固体电子学研究与进展. 2020, 40(2): 116-121.

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研究了两款基于开口缝隙结构且带宽可调的宽带天线。首先提出了一款矩形开口缝隙天线,通过在天线地面边缘刻蚀约四分之一波长的矩形开口缝隙,获得了约40%的相对带宽。通过改变矩形开口缝隙上侧的接地面长度,天线的相对阻抗带宽可在33%~44%的范围内进行调节。在此基础上,又提出了一款T型开口缝隙天线,通过在矩形缝隙的垂直方向上增刻一条开口缝隙,天线在高频处激励了一个新的谐振模式,相对带宽拓展至约63%。通过改变增刻的开口缝隙长度和开口缝隙上侧的接地面尺寸,天线可分别实现在相对带宽为56%~67%和62%~71%范围内的带宽可调。两款天线的测试结果与仿真结果相符,测试结果显示,两款天线均具有良好的辐射和宽带特性。

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基于复合左右手传输线的圆极化天线

吴曼迪, 周瑞城, 李宗敏, 王亮, 孙绪保

固体电子学研究与进展. 2020, 40(2): 122-126.

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根据复合左右手传输线（CRLH-TL）基本原理,设计了一种带有CRLH-TL结构的圆极化天线。通过双螺旋槽结构和底部的矩形金属条来引入左手模式,利用割除正面辐射贴片上的两个矩形的方法,产生圆极化辐射。设计并制作的微带天线整体尺寸为50 mm×40 mm×16 mm,天线的实测阻抗带宽(<-10 dB)为32.4%（2.38~3.30 GHz）,实测轴比带宽（<3 dB）为6.90%（2.66~2.85 GHz）,并在该工作频段下实现了相对磁导率和相对介电常数双负的左手模式特性。

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一种超宽带反射型相位梯度超表面设计

李聪, 陈明

固体电子学研究与进展. 2020, 40(2): 127-130.

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为获得反射型相位梯度超表面的宽带响应,设计了一种“靶”形结构单元,在11~19 GHz的频带内,不同尺寸的单元可获得基本不变的反射相位差。使用有限元仿真软件COMSOL Multiphysics进行了仿真,仿真结果表明,由该单元组成的超表面在设计频带内有明显的奇异反射现象。计算了5个频点处反射角的理论值,均与仿真结果一致。加工了包含单元数为30×30、尺寸为180 mm×180 mm的超表面样品,测试了超表面的反射率,测试结果与仿真结果相吻合。提出的超表面可应用在许多方面,如超宽带隐身、雷达散射截面的降低和设计高增益天线等。

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一种应用于多相同步降压型DC/DC的误差放大器

李新, 朱红萍, 赵正超, 洪婷, 张美娟

固体电子学研究与进展. 2020, 40(2): 131-137.

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提出了一种适用于多相同步降压型DC/DC稳压器的高增益误差放大器。为解决DC/DC稳压器在多相级联驱动同一个负载时电流不能均分的问题,在主从控制法基础上设计了差分驱动电路,保证各级误差放大器输出电压绝对值相等。同时设计了内外补偿电路,对稳压器在不同工作方式下进行补偿。基于0.18 μm BCD工艺对电路进行仿真,仿真结果表明,电源电压为3.3 V时,误差放大器增益为69.47 dB、相位裕度为49.99°、动态输入范围为0~0.62 V。测试结果表明,负载电流为10 A时,并联稳压器输出电感电流为5 A、相位差为180°,且稳压器具有较好的稳定性。

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一种低功耗14 bit逐次逼近型模数转换电路设计^∗

杨羽佳, 黄静, 赵继聪, 王玉娇, 孙玲

固体电子学研究与进展. 2020, 40(2): 138-144.

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为满足可穿戴集成电路长续航时间的应用需求,设计了一种低功耗14 bit逐次逼近型模数转换电路。为提高电路线性度,采样保持模块利用开关自举原理获得晶体管栅极电压;采用动态预置放大加锁存比较结构,有效降低了比较器模块的功耗;采用分段电容结构,有效减少了数模转换模块的电容数目,节约了芯片版图面积。在Aether软件环境下,采用CSMC 0.18 μm CMOS工艺完成了电路的仿真和版图设计,仿真结果表明：电源电压3.3 V,输入采样频率为2.08 MHz时,信噪失真比为77.3 dB,有效位数为12.55 bit,电路总功耗为236.4 μW,包含I/O焊盘的版图面积为757 μm×768 μm。

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As/P气氛转换对InGaAs/InP异质结界面的影响研究

王伟, 高汉超, 于海龙, 马奔, 尹志军, 李忠辉

固体电子学研究与进展. 2020, 40(2): 145-148.

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采用分子束外延（MBE）方法,在半绝缘InP（100）衬底上外延InGaAs/InP超晶格结构。通过优化As、P转换时间,研究了As、P气氛转换对InGaAs/InP异质结界面特性的影响。经原子力显微镜测试和X射线衍射谱分析,样品在关P阀5 s、开As阀5 s的生长条件下,表面均方根粗糙度（RMS）为0.205 nm,单边卫星峰达20级,一级卫星峰的半高宽（FWHM）为145.05 arc sec ,表明界面控制良好。

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传导电磁干扰对绝缘衬底上硅工艺器件的影响研究^∗

李向前, 王蒙军, 吴建飞, 李尔平, 李彬鸿, 郝宁, 高见头

固体电子学研究与进展. 2020, 40(2): 149-153.

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为了研究绝缘衬底上硅（SOI）工艺器件在传导干扰下的电磁抗扰度特性,分别选用了SOI CMOS工艺和体硅CMOS工艺的CAN控制器,基于直接功率注入法对芯片进行了抗扰度测试,结果表明SOI芯片与体硅芯片的抗扰度阈值曲线的变化趋势基本相同,但在个别引脚和频段内SOI芯片具有更强的抗干扰能力。在不同工作温度下进行了抗扰度测试,结果表明SOI芯片在高温环境下具有较强的抗干扰能力。

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Sn-37Pb焊球与Ni/NiP UBM界面反应特性研究

田飞飞, 刘清君, 李勇

固体电子学研究与进展. 2020, 40(2): 154-158.

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通过对共晶锡铅焊球与Ni/NiP UBM层扫描电镜界面微观组织观察和成分分析,研究了Sn-37Pb/Ni和Sn-37Pb/NiPUBM焊点界面反应特性。研究表明芯片侧界面IMC由Ni层到焊料的顺序为：靠近Ni层界面化合物为(Ni,Cu)₃Sn,靠近焊料侧化合物为(Cu,Ni)₆Sn₅;PCB板侧界面IMC包括靠近NiP层的NiSnP化合物和靠近焊料侧的(Cu,Ni)₆Sn₅化合物,NiSnP是由于Ni的扩散形成。PCB板侧NiP镀层中存在微裂纹缺陷,此裂纹缺陷会导致金属间化合物中产生裂纹,从而对焊点力学性能和可靠性产生不良的影响。

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2020年, 第40卷, 第2期　刊出日期：2020-04-25

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