固体电子学研究与进展

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薛舫时, 杨乃彬, 陈堂胜

固体电子学研究与进展. 2020, 40(3): 159-163.

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从场效应管瞬态电流谱中慢峰展示的异质结慢充电过程出发,提出了研究GaN HFET偏置转换中出现的亚稳态新概念。利用亚稳态随时间的缓变特征,建立了自洽求解二维泊松方程和薛定谔方程的能带计算方案。选用能带峰和填充能级来描绘亚稳态,编制成计算不同应力偏置和测试偏置下亚稳态能带的计算软件。运用新编软件计算了不同能带峰和填充能级下的亚稳态能带。详细描述了偏置转换中产生的能带谷充电过程及外沟道堵塞,由此建立起应力偏置与测试偏置下动态电流间的关联。从场效应管射频工作中栅、漏电压的变化条件出发提出新的电流崩塌动态模型。运用应力偏置和测试偏置下的定态能带和亚稳态能带解释了瞬态电流谱随应力偏置和测试偏置的变化行为。最后讨论亚稳态能带在GaN HFET研究中的重要意义。

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C波段75 W GaN HEMT高效率功率放大器MMIC

杨常林, 余旭明, 陶洪琪, 徐波

固体电子学研究与进展. 2020, 40(3): 164-168.

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报道了一款基于0.25 μm GaN HEMT工艺的C波段75 W高效率功率放大器MMIC。为提高功率增益,芯片的整体拓扑结构设计为三级。在末级输出匹配电路上设计了一个高效电抗式匹配拓扑,在末级管芯输入匹配电路上运用了谐波控制技术,同时利用GaN HEMT器件大信号模型来优化驱动比,通过这三种技术途径有效提高了芯片的附加效率。为扩展工作带宽及提高稳定性,其他匹配电路采用有耗匹配方式。在漏压28 V、脉宽100 μs、占空比10%的工作条件下,芯片在4.8~6.0 GHz频带范围内,典型输出功率达到75 W（最高81 W）,增益大于25.5 dB,附加效率大于51%（最高55%）,芯片面积为3.8 mm×5.5 mm。

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0.1~6.0 GHz pHEMT达林顿放大器

焦芳, 陈金远

固体电子学研究与进展. 2020, 40(3): 169-172.

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采用栅长为0.25 μm的增强型pHEMT工艺设计并制造了一款新型达林顿放大器芯片。该达林顿放大器第二级采用了共源共栅结构,引入了负反馈,并采用了有源偏置。在0.1~6.0 GHz范围内,小信号增益大于23 dB,平坦度小于±1 dB,驻波小于2,噪声系数小于1.5 dB,输出1 dB压缩点大于21 dBm,输出三阶交调截断点大于34 dBm@1.8 GHz。所设计的共源共栅达林顿放大器具有较好的带宽和一致性等优点,适用于4G、5G通信系统以及雷达收发组件等。

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一款用于77/79 GHz汽车雷达的宽带功率放大器^∗

薛裕婷, 石春琦, 张润曦

固体电子学研究与进展. 2020, 40(3): 173-179.

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采用55 nm CMOS工艺设计并实现了一款用于77/79 GHz汽车雷达的宽带功率放大器。设计了一个大尺寸的W波段功率单元,优化功率单元内部结构及外部无源器件连接方法,减少了功率单元的寄生电容、电感和电阻。采用一种将晶体管寄生电容考虑在内的变压器耦合谐振峰值控制技术,提高了功放的增益及带宽。在共源共栅结构基础上,采用了一种共栅短路技术,提升输出功率并改善功放稳定性。测试结果表明,该功率放大器具有良好的输入、输出匹配性能,3 dB带宽达到9 GHz,饱和输出功率达到15.5 dBm,峰值效率达到12.5%,实现了优异的FOM值。

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用于5.8G网络的高增益低噪声放大器设计

刘杰, 于源, 马婧妍, 韩鑫婷, 吴强

固体电子学研究与进展. 2020, 40(3): 180-185.

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设计了一款适用于5.8G网络的高增益低噪声放大器,采用两级低噪声放大器级联的形式提高放大器的增益参数,进行了放大器输入端、输出端和级间阻抗匹配。采用ATF-551M4作为核心器件,使用ADS软件实现放大器直流偏置电路设计、稳定性设计及阻抗匹配电路设计,并且进行了两级低噪声放大器的联合仿真以及PCB版图设计。测试结果表明在5.725~5.825 GHz的工作频率范围内,低噪声放大器的噪声系数小于1.1 dB,增益大于20 dB,输入输出回波损耗小于-10 dB。

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基于AlN HTCC基板的宽带T/R组件设计

王锋, 徐海林, 赵亮, 闵应存

固体电子学研究与进展. 2020, 40(3): 186-190.

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介绍了一种基于AlN HTCC基板MCM工艺的宽带（2~12 GHz）T/R组件的原理及设计方法,该T/R组件在一块AlN HTCC微波多层基板上通过焊接、胶接等工艺安装了电阻、电容、ASIC、MMIC等器件,通过对电路布局设计、HTCC性能分析、关键互联电路仿真,得到的T/R组件的主要性能为：在10 GHz工作带宽内发射功率大于8 W,接收增益大于25 dB,噪声系数小于4 dB,重量小于40 g。

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双模基片集成波导腔体的研究及其在带通滤波器中的应用

张皓

固体电子学研究与进展. 2020, 40(3): 191-194.

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提出了基于双模谐振腔的基片集成波导带通滤波器的设计,用矩形腔体中的TE₁₀₂和TE₂₀₁模式来构建通带。在传统双模谐振器分析的基础上进行研究,利用加载在腔体中心的槽线来扰动简并模,单通带和双通带性能可以通过调节槽线的长度来进行转换,并给出了对以上的功能转换的解释和说明。设计了单通带和双通带两种基片集成波导滤波器,并进行了仿真和测试,测试结果和仿真结果有较好的吻合度。

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基于半模基片集成波导的三频交叉缝隙天线^∗

张胜, 周玉钰, 郭亚, 仲也, 季超

固体电子学研究与进展. 2020, 40(3): 195-199.

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提出了一款基于半模基片集成波导谐振器的三频交叉缝隙背腔天线。通过在腔体表面刻蚀缝隙,激励了TE₁₁₀、TE₂₁₀ 和 TE₃₁₀模式,产生了三个通带。同时,通过改变特定参数,三个通带的中心频率可被调节,其中第一和第三通带可通过移动相应的缝隙被独立调节。三个频段相对带宽的测试结果分别为2.14%（2.77~2.83 GHz）、2.90%（4.76~4.90 GHz）和1.80%（6.56~6.68 GHz）。在2.9、4.8和6.4 GHz处增益的测试结果分别为3.25、4.86和6.04 dBi,在三个频段均具有良好的辐射特性。

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基于忆阻器的新型四阶超混沌电路

邓艳丽, 彭良玉

固体电子学研究与进展. 2020, 40(3): 200-204.

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在一个三维自治系统中引入三次非线性磁控忆阻器,得到了一个新的四维忆阻超混沌系统。通过分析该系统的动力学行为,发现它具有线平衡点,存在共存吸引子。通过MATLAB编程计算出Lyapunov指数,结果证明了该系统存在超混沌行为。Simulink数值仿真得到的相图和基于忆阻等效电路设计的PSpice电路仿真相图完全对应一致,验证了系统的正确性与有效性。

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掺杂Ag对溶胶-凝胶法制备TiO₂薄膜微晶结构与光学性能及光催化性能的影响

徐晓壮, 涂洁磊, 孙晓宇, 颜平远, 宋冠宇, 张炜楠

固体电子学研究与进展. 2020, 40(3): 205-210.

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采用溶胶-凝胶法制备了TiO₂和Ag掺杂的TiO₂薄膜,不同的Ag掺杂浓度会形成不同的微观结构。当以较低摩尔浓度（<15%）掺杂Ag时,可以观察到微晶尺寸发生了变化,掺杂破坏了O—Ti—O键的同时形成诸如Ag—Ti—Ag键等其他化学键,与相应的纯锐钛矿膜相比,Ag掺杂减小了微晶尺寸,通过SEM成像可以观察到微晶尺寸的差异。这种晶体结构降低了TiO₂的禁带宽度,增加了TiO₂薄膜的透射率。Ag掺杂方便转移光生电子和空穴,降低了复合几率,有利于生成具有高光催化活性的O2-和·OH,显著提高TiO₂材料的光催化性能。

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具有预偏置电压保护的软启动电路设计^∗

高家豪, 夏晓娟

固体电子学研究与进展. 2020, 40(3): 211-218.

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针对DC/DC转换器上电时存在电压过冲及电流倒灌现象,设计了一种具有预偏置电压保护的软启动电路。其核心在于通过对偏置电流的镜像及分流作用得到微小的电流,以及对复合电容的间歇性充电得到足够的启动时间。同时设计预偏置电压保护逻辑电路,针对不同情况下的启动,有效地控制功率管,使芯片上电时无论输出电压是否为零,输出电压都能够平缓且单调上升,并在软启动完成后关闭模块,减少功耗。基于0.5 μm CMOS工艺对电路进行设计与仿真,软启动时间约为1 ms,将其应用于Buck型DC/DC转换器电路中,在电源重新上电,保护模块完成保护后均能够实现软启功能,电路模块面积为0.13 mm×0.09 mm,功耗为0.05 mW。

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一种高性能可编程增益运放电路设计

张金旭, 李珂, 吴波

固体电子学研究与进展. 2020, 40(3): 219-225.

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设计了一种应用于双电源系统的可编程增益运放电路。主要结构包括：偏置电路、控制缓冲电路、主运放电路以及增益控制电路。控制缓冲电路调节电路的工作状态,并且加入传输门模拟开关增加隔离度;偏置电路为控制缓冲电路提供恒定的电流,增强整个电路的稳定性;主运放电路为两级跨导差分结构,采用CSMC 0.5 μm ST3000 CMOS工艺进行设计,并对电路进行了仿真,其结果显示：开环增益为79 dB,增益带宽为130 MHz,相位裕度为78º,压摆率为756 V·μs^-1。基于这种高性能的运放电路,通过接入负反馈电阻分压来实现A_V=1或A_V=2的增益切换。

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DOE方法在ESD及LU测试故障定位方面的应用研究^∗

鹿祥宾, 陈燕宁, 张海峰, 原义栋, 钟明琛, 张志刚

固体电子学研究与进展. 2020, 40(3): 226-232.

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介绍了一种通过因果图及DOE（试验设计）对ESD及LU测试中出现的复杂失效问题进行快速分析定位的方法。该方法通过因果图的制定,全面建立可能造成失效的各个层级的影响因子;通过两个层次DOE设计,以最少的测试次数筛选出最关键的影响因子。最终发现I-V曲线测量时电压设定过大以及I-V曲线测量达到一定次数是触发本次失效问题产生的根本原因。该分析方法可以作为ESD及LU测试中失效分析的有力补充。

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化学镀镍钯金技术在LTCC低成本化进程中的应用

陈寰贝, 孙林, 谢新根, 张超, 戴雷

固体电子学研究与进展. 2020, 40(3): 233-236.

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介绍了一种通过在LTCC银导体上化学镀镍钯金替代金导体的工艺方法。利用该方法制备LTCC微波基板可有效解决化学镀镍金在LTCC基板制备过程的工艺缺陷。通过性能测试可知,化学镀镍钯金LTCC基板平均金丝键合强度可达到305 mN,平均金带键合拉力均大于500 mN,平均芯片剪切强度达到5.28 kgf。利用化学镀镍钯金技术制备的LTCC基板性能良好,有效推进了LTCC基板的低成本化进程。

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2020年, 第40卷, 第3期　刊出日期：2020-06-25

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