2021年, 第41卷, 第6期　刊出日期：2021-12-25

  

• 全选
  |

三维集成射频微系统(专栏)
• Select
  射频微系统集成技术^*

  单光宝, 郑彦文, 章圣长

  固体电子学研究与进展. 2021, 41(6): 405-412.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  射频系统在电子战及5G通讯等方面具有广阔的应用前景,在电子设备小型化趋势推动下,射频系统在不断提升性能的同时逐步缩减体积、降低成本。射频系统与三维集成技术相结合在研制高性能、微型化及低成本射频微系统方面具有巨大潜力。综述了射频微系统集成技术,包括多芯片集成技术、SoC集成技术、单片异质异构集成技术及基于Chiplet的集成技术,并对各类集成技术进行了对比与讨论。最后进行了总结和展望,并给出了基于Chiplet的射频微系统优势。
• Select
  异质互连通孔等效电路模型及其特性分析^*

  赵冉冉, 张玉明, 吕红亮, 程伟

  固体电子学研究与进展. 2021, 41(6): 413-418.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  考虑了三维异质集成系统中不同衬底层对通孔产生的寄生效应,分别提出了应用于单个和一对差分异质互连通孔的宽频带等效电路模型。在所提出的模型中,C_sub和G_sub分别表征衬底耦合效应,L_m、C_m和G_m分别表征两个通孔之间的耦合效应。通过验证,模型在150 GHz频带范围内都具有较高的精度。基于所提出的模型,对单个和一对差分互连通孔影响其电特性的结构参数进行了深入分析,为三维异质集成电路的设计提供了依据。
• Select
  基于玻璃衬底的三维电感器件的仿真与实现^*

  王磊, 惠科晴, 薛恺, 姜峰, 于大全

  固体电子学研究与进展. 2021, 41(6): 419-424.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为了实现射频电子系统中对高品质因数电感的迫切需求,首先基于玻璃衬底建立了三维电感的电磁仿真模型,并从槽深度、线宽、线间距、电感线圈内径和匝数等方面对电感的电感值及其品质因数Q进行了参数化的仿真研究。仿真结果表明,玻璃衬底上三维电感的最优参数组合为槽深度120~150 μm、线宽30~40 μm、线间距30~60 μm、电感线圈内径250 μm和1.5~3圈的电感匝数。在光敏玻璃衬底上利用玻璃通孔技术进行三维电感的制作并对完成的电感进行了测试。电感测得的最大Q值均大于55,该测试结果与仿真结果相一致,验证了三维电感仿真模型的有效性和制造工艺的可实施性。
宽禁带半导体
• Select
  GaN异质结场效应管中栅、漏电压对电子气的控制(续)^*

  薛舫时, 杨乃彬, 陈堂胜, 孔月婵

  固体电子学研究与进展. 2021, 41(6): 425-431.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  从自洽求解二维泊松方程和薛定谔方程出发,编制出计算GaN HFET内不同栅、漏电压下沟道能带、电子气密度及量子电容的软件,研究场效应管的电荷控制和DIBL。在异质结沟道阱研究中,改变栅电压算出的电子气密度及量子电容同C-V实验测试结果相吻合,证明求解薛定谔方程是研究异质结场效应管电荷控制的有效方法。考虑外沟道渗透到内沟道的电场梯度以后,算出了场效应管的电子气密度及量子电容。场效应管模拟算得的量子电容同实验测得的栅-源和栅-漏电容相吻合。研究了不同栅、漏电压和电场梯度渗透下的内沟道能带,发现漏电压引起的电场梯度渗透使内沟道能带下弯,导致阈值电压负移。证明阈值电压负移由外沟道渗透到内沟道的电场梯度产生,用自洽能带计算方法可算得漏电压引起的阈值电压负移。提出使用能带剪裁优化设计异质结构来抑制DIBL的新理念。同有限元变分软件的类MESFET模拟相比,新能带计算软件可以求得电荷控制中的量子行为。由此提出编制异质结场效应管模拟软件的设想。
• Select
  基于MEMS硅基波导的W波段大功率倍频源设计

  成海峰, 朱翔, 沈丽君, 吉小莹, 魏翔

  固体电子学研究与进展. 2021, 41(6): 432-437.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  基于自主MEMS工艺,通过在203.2 mm（8英寸）的硅晶圆上采用刻蚀、镀金、键合等工艺途径实现了硅基波导结构,设计并制作了W波段硅基波导带通滤波器和W波段硅基波导H-T合成器。测试结果表明MEMS工艺制作的硅基波导器件具有很高的一致性。以此硅基波导器件为基础,研制了W波段大功率8倍频源。经测试,该倍频源在92~96 GHz的输出频率范围内,输出功率达到了4 W。
器件物理与器件模拟
• Select
  增强型垂直氮化镓场效应管的设计与仿真^*

  黄昊, 贺威, 利健, 杨嘉颖, 郑子阳, 吴建华

  固体电子学研究与进展. 2021, 41(6): 438-442.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  报道了一种利用AlGaN/GaN异质结中二维电子气导电且阈值电压可调的垂直氮化镓场效应管,通过双横向沟道的设置,在提高氮化镓器件电流密度的同时,通过改变器件顶部氮化镓刻蚀区域实现了器件阈值电压可调节。使用器件仿真TCAD软件,分析了不同刻蚀区域时器件的击穿电压、阈值电压之间的关系,在实现电流密度较高、耐压特性较好的同时,器件阈值电压可达1.02~1.68 V,并且得到最优刻蚀区域条件下,器件的阈值电压为1.18 V,源极输出电流密度可达7.2 kA/cm²,击穿电压为750 V左右,导通电阻为0.52 mΩ·cm²。
射频微波与太赫兹
• Select
  基于肖特基二极管的275 GHz三倍频器研制^*

  李雨航, 张德海, 孟进

  固体电子学研究与进展. 2021, 41(6): 443-448.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为达到接收机中550 GHz混频器前端本振源的输出功率,对核心器件倍频器进行了研究。采用固态电子器件的方式设计并实现了275 GHz非平衡式三倍频器。通过建立理想倍频器电路模型,分析了肖特基二极管管芯参数对整体倍频器性能的影响,并对电路中等效电容、电感值及输入输出匹配端阻抗和相位进行了优化设计,以提升带外抑制特性和倍频效率。实测结果表明,该三倍频器在270~280 GHz工作频带内倍频效率最大值为10.75%,输出功率大于5 mW;当驱动功率为23 dBm时,最大输出功率为12.6 mW,满足驱动后级混频器工作的功率需求。
• Select
  GaAs基HEMT力敏结构伽马辐照损伤研究^*

  王瑞荣, 郭浩, 唐军, 刘金萍, 刘丽双

  固体电子学研究与进展. 2021, 41(6): 449-453.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  利用⁶⁰Co- γ射线对设计的GaAs基 HEMT力敏结构进行了不同剂量的辐照,通过对辐照前后结构的电学特性、力敏特性分析对比,得到了γ辐照对力敏结构的损伤影响。与未辐照样品相比,90 MRad剂量辐照后HEMT力敏结构的漏极电流降低了约74%,辐照剂量高于100 MRad时,样品被击穿,失去工作特性。力敏特性测试结果表明,随着辐照剂量的不断增加,结构的灵敏度发生降低,90 MRad剂量辐照后结构的灵敏度降低了76%。
硅微电子学
• Select
  一种高增益高精度三级运算放大器设计

  范国亮, 何峥嵘, 黄治华, 王成鹤, 周远杰, 杨阳, 徐佳丽

  固体电子学研究与进展. 2021, 41(6): 454-458.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对CMOS运算放大器存在的低精度和低增益的问题,提出了一种基于双极工艺的高增益高精度运算放大器。采用三级放大结构实现高增益,采用电阻负载的差分输入级达到降低输入失调电压和等效输入噪声电压的目标,同时预置电阻修调结构以进一步降低输入失调电压。由于传统的嵌套式密勒补偿会导致较高的功耗,且严重限制带宽,采用双零极点对和密勒（Miller）补偿的方式进行频率补偿,同时实现高单位增益带宽。测试结果表明,提出的三级运算放大器实现了140 dB的低频增益,10 μV量级的输入失调电压和8.7 MHz的单位增益带宽。
• Select
  高精度低V_drop可调式恒流驱动设计

  史良俊, 叶宗祥

  固体电子学研究与进展. 2021, 41(6): 459-464.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  在恒流驱动的集成电路设计中,很难将高精度、低V_drop以及电流可调等方面结合在一起。本文改进了传统的恒流驱动结构,通过引入MOS管线性电阻区的方式实现了低V_drop的可调式恒流驱动设计,并且通过误差平均化的方式提高了输出电流的精度。采用0.18 μm CMOS工艺设计了恒流驱动芯片,芯片面积为1.04 mm×0.64 mm,实现了最大电流驱动能力为48 mA、10 mA恒流输出时V_drop<120 mV的低V_drop恒流驱动。
• Select
  应用于BUCK-BOOST的低功耗高精度欠压锁定设计研究^*

  曹喜涛, 郭仲杰, 韩晓, 刘申, 苏昌勖, 李晨

  固体电子学研究与进展. 2021, 41(6): 465-469.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  传统的欠压锁定电路离不开外部电路提供的基准电压和偏置电流,同时当进入欠压锁定状态时,基准电路无法关断,不利于芯片的低功耗设计。针对传统电路的缺点,设计了一种不需要外部基准电压和偏置电流,并且电路结构简单、响应速度快、温度漂移低、阈值随PVT变化较小、功耗较低的欠压锁定电路。基于0.18 μm BCD工艺对提出的电路进行了全面的仿真与测试验证,研究结果表明,当电源电压下降时,电路在电源电压小于2.05 V时系统关闭;当电源电压上升时,电路在电源电压大于2.37 V时系统重新启动,欠压保护迟滞量为320 mV,在-40~85℃范围内欠压锁定迟滞电压精度为1.36%,功耗仅为22 μW。该电路已在一款Buck-Boost型转换器中得到应用。
材料与工艺
• Select
  失配状态对GaN HEMT器件性能影响的研究

  邵国键, 陈正廉, 林罡, 张茗川, 王云燕, 刘柱, 陈韬

  固体电子学研究与进展. 2021, 41(6): 470-473.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  失配状态会使GaN HEMT器件的输出功率、效率等偏离设计的额定值,通过EMMI和红外测试系统验证了失配状态对GaN HEMT器件性能的影响。结果表明,EMMI发光强度和器件的最高结温与器件输出功率的变化趋势相反,输出功率越大,EMMI发光强度越弱,器件的最高结温越小。进一步测试器件内部左、中、右三个位置的最高结温分布,器件不同位置的最高结温分布受匹配状态、相位、输出功率等影响较大。在不同占空比工作条件下,器件内部不同位置的最高结温分布各不相同,且温升差异更大。
• Select
  基于缓冲环结构的功率模块气密性优化设计

  陈晓青, 平培力, 董一鸣, 戈硕

  固体电子学研究与进展. 2021, 41(6): 474-478.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  多芯连接器因其体积小、密度高等特点被广泛应用于微波功率模块,但因热失配等问题导致气密性不良,严重制约了功率模块的可靠性。通过围绕功率模块气密失效问题,结合ANSYS有限元仿真工具,分析了多芯连接器漏气原因,并提出了一种显著降低多芯连接器玻璃珠最大拉应力的缓冲环结构。对改进的功率模块产品进行气密封检测及温冲试验,试验结果显示该模块气密性能良好,可靠性得到了有效提升。
• Select
  N₂在Fe₂Ge高对称晶面的吸附特性研究^*

  姚冰, 杨吟野, 岑伟富, 吕林

  固体电子学研究与进展. 2021, 41(6): 479-484.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  采用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了N₂在Fe₂Ge多个晶面上的吸附特性,对模型的真空层厚度及截断能进行了收敛性测试,测试结果表明当真空层厚度和截断能分别设置为1 nm和900 eV时,体系结构具有较好的收敛效果。计算了Fe₂Ge的（001）、（010）、（100）、（110）、（111）、（210）六个不同晶面的表面能及分析了N₂在这些晶面上的吸附特性,得出（001）晶面获得最低的表面能（0.218 eV）,说明了N₂吸附在（001）晶面的可能性较大。计算了N₂在六个不同晶面的Fe原子顶位吸附能,结果表明了（001）晶面的Fe原子顶位吸附能负值最高（-1.86 eV）,同样说明了N₂吸附在Fe₂Ge（001）表面的可能性最大。