固体电子学研究与进展

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郭润楠, 陶洪琪

固体电子学研究与进展. 2020, 40(5): 317-323.

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提出了一种毫米波Doherty放大器负载调制网络结构及优化设计方法。该方法在改善传统方案调制不充分的同时,去除影响工作带宽的四分之一波长线,有效降低输出网络的复杂度,减少匹配损耗,提高了Doherty放大器效率和工作带宽。基于提出的优化设计方法,采用0.15 µm GaN HEMT工艺,研制了一款中心频率在26 GHz的Doherty功率放大器芯片。芯片采用对称式结构,主功放的输出网络直接选取50 Ω作为最佳负载阻抗,实现了输出端到管芯本征参考平面的阻抗变换;辅功放的输出网络既实现了阻抗匹配,还确保了关断时的高阻状态。连续波测试结果表明,放大器在23.5~29.0 GHz频率范围内,饱和输出功率大于36 dBm,最大功率附加效率为35%,在26 GHz输出功率回退8 dB时,附加效率达到32%。

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3.3 kV 60 A H桥高压SiC二极管模块模拟与制作

郝凤斌, 金晓行, 王玉林, 滕鹤松, 柏松, 陈刚

固体电子学研究与进展. 2020, 40(5): 324-327.

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介绍了一款H桥结构的3.3 kV 60 A高压SiC二极管模块,该SiC模块是由8只自主设计制作的3.3 kV 30 A SiC肖特基二极管组成,每一路桥臂由两颗芯片并联实现60 A电流。采用Q3D软件建立3.3 kV 60 A H桥高压SiC二极管模块的仿真模型,对电流回路的寄生参数进行提取。采用有限元分析软件ANSYS计算稳态热传导,建立几何模型和有限元模型,形成的温度梯度分布显示温度场的分布比较合理,同时热量的横向传导增加了有效散热面积。常温静态测试条件下,模块压降在2.1 V左右,漏电流小于5 μA,击穿电压高达3 700 V以上;动态测试（测试电压1 600 V,测试电流56 A）条件下,反向恢复时间为56 ns,芯片的热阻测试结果约为0.27 K/W。

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基于帕德逼近的射频功率管导纳域行为模型研究^∗

蔡佳林, 刘军

固体电子学研究与进展. 2020, 40(5): 328-332.

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提出了一种基于帕德逼近的射频功率管非线性导纳域行为模型。所提出的导纳域的帕德行为模型与基于行波域的帕德模型具有相似的概念。与现有的基于多项式公式的大信号导纳域Y参数模型相比,基于帕德逼近的Y参数模型采用有理函数进行建模,该方法比基于多项式函数的建模方法具有更多种类的建模可能性,模型精度也更高。对10 W氮化镓器件的本征电路模型进行了验证性试验,在不同负载条件和工作频率下的预测结果表明,该模型具有良好的预测性能。与多项式模型相比,基于有理函数的模型在预测精度上显示出优势。

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异质结界面结构在石墨烯负阻器件中的作用^∗

汪威, 黄启俊, 何进, 王豪, 常胜

固体电子学研究与进展. 2020, 40(5): 333-336.

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基于石墨烯纳米带异质结设计新型负微分电阻（Negative differential resiatance, NDR）器件的思路,利用不同宽度尺寸石墨烯纳米带的组合来搭建双势垒量子阱,构造了具有优良NDR性能的新型器件。通过一系列的数值计算仿真,揭示了不同异质结界面结构对负微分电阻器件的电流强度和电流峰值的影响机制,并将其归因为“奇数”和“偶数”两种界面连接方式。对于“奇数”连接方式的石墨烯异质结,电子结构没有表现出局域性,而对于“偶数”连接形式的石墨烯异质结,电子结构则表现出很强的局域性,导致对应器件的沟道电流强度较低。

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Zn_1-_xMg_xO/Cu₂ZnSnS₄异质结薄膜太阳能电池的仿真研究^∗

包乌吉斯古楞, 萨初荣贵

固体电子学研究与进展. 2020, 40(5): 337-342.

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铜锌锡硫（CZTS）薄膜太阳能电池通常采用的缓冲层材料为有毒的半导体CdS,本文以禁带宽度可调且无环境污染的Zn_1-_xMg_xO代替CdS。采用SCAPS-1D仿真软件,分析了Zn_1-_xMg_xO/CZTS异质界面能带带阶、Zn_1-_xMg_xO缓冲层材料载流子浓度和厚度对电池输出性能的影响。研究结果表明：当Zn_1-_xMg_xO/CZTS异质界面导带带阶为0.1 eV、Zn_1-_xMg_xO缓冲层材料载流子浓度为10¹⁸cm^-3、厚度约50 nm时,能够获得最高效率的Zn_1-_xMg_xO/CZTS薄膜太阳能电池。

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毫米波宽带减高波导同轴转换的研制

汤君坦, 沈士龙, 王元庆, 李姣

固体电子学研究与进展. 2020, 40(5): 343-348.

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介绍了一种基于脊波导的后馈式毫米波宽带减高波导同轴转换的设计方法,通过在同轴与脊波导之间增加方同轴过渡改善传输模式匹配从而提高转换带宽。采用这种方法研制波导口径尺寸6.00 mm×1.85 mm的波导同轴转换,对波导同轴转换进行背靠背测试,测试结果与仿真结果具有较好的一致性,在30~45 GHz（相对带宽36%）频带内传输损耗小于1.2 dB,回波损耗优于-10 dB。

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基于折叠脊间隙波导技术的Ka波段Gysel功分器^∗

施永荣, 段茜文, 朱建平, 冯文杰

固体电子学研究与进展. 2020, 40(5): 349-355.

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提出了一种新型折叠间隙单元结构,相比传统平面间隙单元结构,其能够实现阻带下截止频率和阻带上截止频率分别朝低频和高频移动,实现宽阻带的性能。基于所提出的新型折叠间隙周期单元结构构建折叠脊间隙波导传输结构,并基于该折叠脊间隙波导设计了一款工作于Ka波段的Gysel功分器。提出了一种微带线至该折叠脊间隙波导的过渡转换,用于实现和有源芯片的互连集成以及测量,并对所提出的结构进行了加工、装配和测试,测试结果和仿真结果吻合较好。测试结果表明,该Gysel功分器能够在Ka波段（30~42 GHz）实现等功率分配和15 dB的端口隔离。

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一种基于光刻打印技术的5G微波陶瓷介质滤波器的研制^∗

刘富海, 崔富义, 韩磊挺, 姚舜刚, 方波

固体电子学研究与进展. 2020, 40(5): 356-360.

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基于CST2019三维全波电磁场仿真软件和精确的陶瓷材料立体光刻成形技术,研制了一款可用于5G通信的0.9Al₂O₃-0.1TiO₂微波介质陶瓷滤波器。该介质陶瓷中Al₂O₃和TiO₂摩尔比为9:1。实验结果表明,0.9Al₂O₃-0.1TiO₂微波陶瓷在1 550℃烧结2 h,1 000℃后退火5 h,具有优异的介电性能,相对介电常数为12.3,品质因子和谐振频率乘积为111 800 GHz,温度系数为1.1×10^-6/℃。滤波器的插入损耗和回波损耗的测试结果满足5G通信工程要求。

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一种平面结构的WWAN/LTE手机天线设计^∗

魏神彬, 文舸一

固体电子学研究与进展. 2020, 40(5): 361-365.

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提出了一种平面结构的WWAN/LTE多频段手机天线。该天线将平面倒F天线、E形单极子天线以及嵌入集总元件结合在一起,使天线产生不同的谐振。利用集总元件可改善匹配,增加低频段的谐振长度。天线面积为53.1 mm×15.0 mm,结构简单,无需使用二极管和金属边框或复杂的3D结构就可以实现WWAN/LTE全频段覆盖。测试结果表明,天线在反射系数-6 dB以下的频率为657~950 MHz和1 700~2 670 MHz,天线增益在低频时高于0.5 dBi,高频时在1.20~1.96 dBi之间。该设计的性能满足WWAN/LTE手机天线的要求。

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电子束蒸发工艺对MgF₂薄膜光学性能的调制与分析^∗

宋冠宇, 涂洁磊, 孙晓宇, 徐晓壮, 颜平远, 邓臣, 李亚楠

固体电子学研究与进展. 2020, 40(5): 366-371.

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电子束蒸发技术中,电子束流和衬底温度将显著影响薄膜生长过程及其性能。研究了核心工艺参数电子束流和衬底温度对MgF₂薄膜光学性能的影响与规律,结果显示提高电子束流和衬底温度均可导致其折射率和色散率的增大、反射率的降低。改变上述工艺参数均可实现对其折射率、色散率及反射率的调制。由于衬底温度对色散率的影响较为显著,因此改变衬底温度对其折射率的调制更加有效。MgF₂薄膜折射率变化对多层膜的反射率有较强影响,调节沉积MgF₂时的工艺参数有助于降低多层减反射膜的平均反射率。

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一种频率、幅度可控的正弦信号发生器的设计

韩前磊, 孔祥艺

固体电子学研究与进展. 2020, 40(5): 372-377.

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设计了一种频率、幅度可控的全差分正弦信号发生器,输出信号频率、幅度可通过简单的外围电路精确控制。主要结构包括：基准电路、偏置电路、多频振荡器、正弦发生结构以及运算放大器。由多谐振荡器产生两路稳定的差分三角波信号,经正弦发生器转换为差分正弦信号,后经过运算放大器将信号放大输出。其中基准电路为各模块提供一个稳定的基准电压,降低其受电源电压、外部温度的影响,确保各模块偏置电流的稳定性。本设计采用国内40 V Bipolar工艺,实测结果显示：输出信号幅度范围2.05~23.35 V·rms,频率范围20 Hz~20 kHz,输出失调电压50 mV,短路电流60 mA。电源电压可满足单电源13~36 V供电,也可满足双电源±6.5~±18.0 V供电。

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一个转换时间280 ns的10 bit两级流水线式循环ADC设计

卢新民, 侯文杰, 谢凌霄

固体电子学研究与进展. 2020, 40(5): 378-383.

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设计了一款用于大分辨率高帧率图像传感器的10 bit列并行ADC。该ADC为两级循环式流水线结构,其中第一级ADC集成了相关双采样放大器功能,用于实现对像素输出电压的去噪和放大。两级ADC还采用了新型的前馈补偿式两级运放来改善动态建立特性并降低功耗。采用90 nm CMOS工艺进行流片制作,单个ADC面积为5 μm×1 150 μm。测试数据表明,ADC的微分非线性（DNL）为+0.78/-0.65 LSB,积分非线性（INL）为+1.63/-4.12 LSB,功耗为105 μW。

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22 nm体硅FinFET热载流子及总剂量效应研究^∗

王保顺, 崔江维, 郑齐文, 席善学, 魏莹, 雷琪琪, 郭旗

固体电子学研究与进展. 2020, 40(5): 384-388.

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为了解FinFET在辐射环境下的可靠性,对22 nm体硅N型FinFET热载流子注入效应及电离总剂量效应进行了研究。试验结果表明,本批次nFinFET热载流子效应显著,鳍数越少参数退化越多。主要原因是鳍间的耦合作用降低了热载流子密度,使得多鳍器件热载流子退化减弱;总剂量辐照后,器件电学参数发生退化,主要表现为阈值电压正向漂移及饱和电流增大,这些参数变化主要与辐照在FinFET氧化物中引入的陷阱电荷相关。

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重离子辐照对GaN HEMT器件的影响

张茗川, 于庆奎, 奚红杰, 林罡, 钟世昌, 李宇超

固体电子学研究与进展. 2020, 40(5): 389-393.

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采用重离子加速器和钽（¹⁸¹Ta）源进行单粒子实验来研究GaN功率器件的单粒子效应,钽离子的线性能量传输（LET）为81.4 MeV·cm²/mg,试验离子注量率为1×10⁵/（cm²·s）,累积注量为1×10⁷/cm²。将这一重离子作用在一款输出功率为40 dBm的C波段星载内匹配功率放大器,经试验结果表明,该器件在给定的辐照条件下直流及微波特性未见明显变化。

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2020年, 第40卷, 第5期　刊出日期：2020-10-25

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