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(4): 237-242.

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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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抛物势对GaAs非对称半指数量子阱中极化子基态能量的影响

郑永红, 邱伟, 肖景林

固体电子学研究与进展. 2020, 40(4): 243-246.

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探究了非对称抛物受限势对GaAs非对称半指数量子阱中弱耦合极化子性质的影响。采用线性组合算符方式和两次幺正变换,导出了GaAs 非对称半指数量子阱中弱耦合极化子的基态能量随x轴、y轴方向的非对称抛物受限势的受限强度ω_x、ω_y和非对称半指数受限势的两个正参量U₀、σ的变化情况。对GaAs半导体进行了数值计算,结果表明非对称半指数量子阱中弱耦合极化子的基态能量E₀是参量U₀的增函数,而它是另一个参量σ的减函数。非对称抛物受限势的影响表现为基态能量E₀随x轴和y轴方向的非对称抛物受限势的受限强度ω_x和ω_y的增加而迅速增大,表示出量子阱独特的量子尺寸限制效果。

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基于InP DHBT工艺的DC~45 GHz 1:8低相噪静态分频器^∗

张敏, 孟桥, 张有涛, 张翼, 程伟, 李晓鹏

固体电子学研究与进展. 2020, 40(4): 247-251.

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采用0.7 μm InP DHBT工艺设计并实现了一款超宽带1:8静态分频器芯片,内部分频采用电流模式逻辑结构实现,针对InP DHBT器件的高频特点对内部各电路进行了合理优化,实现了整个工作带宽内的宽输入功率范围和高输出信号平坦度。测试结果显示,正弦波输入时芯片可工作在0.2~45.0 GHz超宽带范围内,输入功率覆盖-10~+7 dBm,输出功率大于3.9 dBm,38 GHz输入时相位噪声优于-140 dBc/Hz,总功耗0.29 W。

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基片集成波导双频段可调滤波器设计

邹喆, 毛铮, 孟令琴, 王旭

固体电子学研究与进展. 2020, 40(4): 252-257.

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根据基片集成波导谐振腔微扰原理,设计了一种基片集成波导双频带可调滤波器。通过在基片集成波导谐振腔中插入不同数量的金属铜柱,对电场进行微扰,实现滤波器四个状态可调。滤波器的第一通带由TE₁₀₁模谐振产生,第二通带由TE₁₀₂和TE₂₀₁模谐振产生。为了验证设计的有效性,对可调滤波器进行加工与测试,实测滤波器的中心频率可以在5.25/8.25 GHz、6.40/8.32 GHz、7.90/8.95 GHz、8.20/9.20 GHz变化,插入损耗为-2.1 ~-3.8 dB,回波损耗小于-10 dB,满足设计要求。该滤波器具有易调谐、与其他平面电路易集成等优势。

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基于倒π型谐振器的双陷波微型超宽带滤波器设计^∗

高明明, 徐克达, 房少军, 南敬昌, 刘超

固体电子学研究与进展. 2020, 40(4): 258-263.

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针对传统的超宽带滤波器设计尺寸偏大和陷波深度不足的问题,提出了一种基于倒π型谐振器的双陷波超宽带滤波器。通过在超宽带滤波器两端加载宽型开路枝节在通带内形成传输零点,并在滤波器上方耦合倒π型谐振器,实现通带内的双陷波特性。选用高介电常数的基板材料大幅度缩小滤波器的整体设计尺寸,实现微型化设计。测试结果表明,该滤波器通带范围为2.9~12.0 GHz,通带内插入损耗在1 dB以内,在5.76~6.14 GHz和7.82~8.45 GHz陷波深度分别达到了-20.6 dB和-31.6 dB。测试结果和仿真结果基本一致,说明该滤波器在通带内能够有效地避免无线局域网WLAN信号（5.725~5.850 GHz）和X波段卫星信号（7.900~8.395 GHz）的干扰,为平面型陷波超宽带滤波器的设计提供了新的思路。

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宽带非对称多节定向耦合器设计^∗

张友俊, 王晶

固体电子学研究与进展. 2020, 40(4): 264-268.

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针对微波系统对定向耦合器带宽要求高的问题,提出了一种宽带定向耦合器的设计方法。将多节耦合传输线等效为多节阶梯阻抗滤波器的级联,采用矩阵运算和网络综合理论设计了一款1~4 GHz耦合度为20 dB的定向耦合器,并采用加载枝节补偿电容的方法提高耦合器的定向性。通过HFSS仿真软件对其进行仿真优化,并制造了一款宽带定向耦合器实物,实测结果表明：在1~4 GHz内该耦合器的耦合度在-19.3~-20.2 dB之间,隔离度小于-30 dB,回波损耗小于-13 dB,带内波动小于0.9 dB,达到-20 dB耦合器设计要求。

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一种双陷波超宽带阵列天线的设计

王亮, 刘桂洁, 曹立萍, 吴曼迪, 孙绪保

固体电子学研究与进展. 2020, 40(4): 269-274.

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以传统矩形微带天线为基础模型,设计了一种双陷波超宽带阵列天线。阵列由两个相同结构的超宽带单极子天线构成,均由微带线馈电。通过在辐射贴片上蚀刻两个C型槽实现了WiMAX和WLAN频段的陷波,在两个贴片边缘开一个矩形缺口并加载寄生单元来提高隔离度。测试与仿真吻合度较好,天线覆盖2.5~12.0 GHz,具有3.3~3.7 GHz和5.1~5.9 GHz两个阻带,隔离度全部高于22 dB,峰值增益达6.7 dB,辐射方向近乎全向,可应用于UWB无线通信系统。

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基于40 nm工艺的单比特超宽带ADC^∗

易政, 郭轩, 郑旭强, 季尔优, 吴旦昱

固体电子学研究与进展. 2020, 40(4): 275-279.

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采用TSMC 40 nm工艺实现了一款宽带高速ADC。芯片采用时间交织的结构,单通道采用Flash结构,采样率为5 GS/s,8个子通道交织达到40 GS/s的采样率。测试结果表明,芯片的采样率可以达到38.4 GS/s,且在该采样率下,输入信号带宽可达18 GHz,灵敏度小于-20 dBm,可以满足单比特超宽带收发系统的需求。

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一种基于可编程流水线型时间-数字转换器的全数字锁相环^∗

王鑫, 施明旻, 张文京, 戴家豪, 吴越, 王子轩, 郭宇锋

固体电子学研究与进展. 2020, 40(4): 280-286.

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提出了一种基于可编程流水线型时间-数字转换器的全数字锁相环。时间-数字转换器使用可编程增益时间放大器实现两级时间量化。补偿器用于校正可编程增益时间放大器的增益误差。低压数控振荡器使用电流复用结构来降低功耗,并使用桥接电容技术来提高频率分辨率。该全数字锁相环采用65 nm CMOS技术进行制造,测量结果表明,带内和带外相位噪声分别为-90 dBc/Hz @10 kHz偏移和-130 dBc/Hz @1 MHz偏移。RMS和峰峰值抖动分别为1.24 ps和8.65 ps。

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基于自加速技术的双向电平转换电路设计

李珂, 吴波, 华梦琪, 张金旭

固体电子学研究与进展. 2020, 40(4): 287-290.

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设计了一种基于自加速技术的双向电平转换电路。通过设置自加速模块,对端口电压进行瞬态快速上拉,实现电平的快速转换。内建方向感测功能,可让器件自动控制数据传输方向。仿真结果表明,电路可实现两个电源V_L（1.2~5.5 V）与V_CC（1.6~5.5 V）之间任意电平的双向传输与转换（V_L≤V_CC）,速度快,效率高。电路采用0.5 µm CMOS工艺流片,实测最高工作频率可达16 Mbps。

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基于Zn(Meq)₂为发光和主体材料OLEDs性能的研究^∗

刘莹, 付跃, 郝琪, 綦旺, 朱恩伟, 苏斌, 车广波

固体电子学研究与进展. 2020, 40(4): 291-295.

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以2-甲基-8-羟基喹啉配体和ZnSO₄·7H₂O合成了有机金属配合物Zn（Meq）₂,并开展了材料的光电特性研究。当双层器件结构为ITO/NPB/Zn（Meq）₂/LiF/Al时,实现了绿光发射,EL峰位位于542 nm,最大亮度和效率分别为7 429 cd/m²和1.80 cd/A。而当掺杂器件结构为ITO/NPB/Zn（Meq）₂：DCJTB/Alq₃/LiF/Al时,实现了红橙光发射,EL峰位位于580 nm,最大亮度和效率分别为6 075 cd/m²和1.02 cd/A。结合器件结构和性能,讨论了相关工作机制。

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MEMS滤波器装配过程中硅通孔接地失效分析

吴静, 刘梅, 禹淼, 胡玉华, 杜国平

固体电子学研究与进展. 2020, 40(4): 296-299.

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研究了交指型MEMS滤波器硅通孔在装配使用中的接地失效。针对滤波器硅通孔接地失效的两种主要失效模式,分析了失效原因,建立了导电胶填充硅通孔装配过程的有限元分析模型并进行了仿真,发现导电胶填充高度接近硅通孔上边沿时,通孔受到的热应力最大,热应变最严重。通过装配后产品的温度应力试验,验证了仿真结果。给出了加强硅通孔金属化前清洗工艺的质量控制要求,提出了MEMS滤波器装配过程中导电胶填孔高度不得超过1/2的装配建议。

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晶格匹配InAlN/GaN HEMTs栅极电流击穿行为研究

金宁, 陈雷雷, 李金晓, 周浩, 闫大为, 顾晓峰

固体电子学研究与进展. 2020, 40(4): 300-304.

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相较于传统AlGaN/GaN HEMTs,采用晶格匹配In_0.17Al_0.83N/GaN异质结可有效消除逆压电效应引发的器件可靠性问题,而且沟道二维电子气密度更高,更适合射频微波通信应用。然而,In_0.17Al_0.83N/GaN HEMTs的外延片材料往往存在较高的位错密度,大幅度降低了器件的击穿场强。结合栅极偏压步进应力和微光显微技术,研究晶格匹配InAlN/GaN HEMTs的栅极电流击穿过程与机制,结果发现过激Fowler-Nordheim（FN）电流是器件击穿的主要原因。来自栅极的电子在高电场作用下发生FN隧穿成为高能热电子,它们会在异质结界面释放能量,导致该处形成大量新结构缺陷,同时InAlN材料本身固有可导缺陷密度相对较高,故当缺陷密度增加并达到某一临界值时,便会立刻发生瞬态静电释放,即电流热击穿。

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基于P3HT的无铅钙钛矿太阳能电池性能仿真研究^∗

甘永进, 莫沛, 李清流, 覃斌毅, 毕雪光, 蒋曲博

固体电子学研究与进展. 2020, 40(4): 305-310.

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综合考虑无毒、价廉等因素,设计以P3HT为空穴传输层的锡基钙钛矿太阳能电池。以太阳能电池模拟软件SCAPS-1D对结构为TCO/TiO₂/CH₃NH₃SnI₃/P3HT/Au的太阳能电池进行数值模拟仿真,探讨吸收层、电子传输层和空穴传输层的厚度和掺杂浓度,以及吸收层缺陷态密度对电池性能的影响。由仿真结果可知,当吸收层、电子传输层和空穴传输层的厚度分别为140、20以及200 nm,掺杂浓度分别为1×10¹⁶ cm^-3、1×10¹⁶ cm^-3和1×10¹⁷ cm^-3,吸收层缺陷态密度为1×10¹⁶ cm^-3时,取得了较佳的结果：V_oc=0.77 V,J_sc=20.48 mA/cm²,FF=71.58%,PCE=11.27%。

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UHF RFID电子标签芯片低功耗设计及时钟树优化^∗

徐一, 胡旭, 冯曦, 胡毅, 唐晓柯

固体电子学研究与进展. 2020, 40(4): 311-316.

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超高频射频识别标签（UHF RFID）的一个重要指标是工作距离,而提高工作距离的有效方法是降低标签工作功耗。针对一款基于EPC Class-1 Generation-2/ISO18000-6C协议的RFID芯片,提出一种数字后端设计中时钟树动态功耗的优化方法,该方法可以在已完成布局布线的版图上进一步降低动态功耗。在时钟频率1.28 MHz、返回频率170 kHz条件下,功耗仿真结果由1.58 μW降低到1.357 μW。已在TSMC 0.18 μm工艺下流片,室温情况下准备阶段样品测试结果数字功耗为0.752 5 μW,与后仿真结果0.750 0 μW接近,实测激活灵敏度为-18.5 dBm。

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2020年, 第40卷, 第4期　刊出日期：2020-08-25

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