固体电子学研究与进展

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李大伟

固体电子学研究与进展. 2023, 43(3): 197-201.

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收发前端芯片是5G混合波束赋形系统架构中的关键器件之一，其关键指标包括发射通路的高效率与接收通路的低噪声。研制了一款采用GaN集成工艺的 Ka波段收发前端MMIC，采用谐波匹配技术提高发射通路的效率，通过接收电路拓扑的正确选择及前级匹配网络的优化设计降低接收通路的噪声系数。测试结果表明，芯片在37~40 GHz频率范围内发射通路饱和输出功率大于36 dBm，饱和效率大于26%，功率回退8 dB时三阶交调失真小于-33 dBc；接收通路增益大于19 dB，噪声系数小于3.6 dB。该收发前端芯片可应用于5G毫米波基站中。

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350 W双频带非对称Doherty功率放大器设计与实现

梅云泉

固体电子学研究与进展. 2023, 43(3): 202-207.

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基于南京电子器件研究所0.5 μm GaN HEMT工艺，设计了一款工作在1.8 GHz/2.3 GHz的大功率双频带非对称Doherty功率放大器。采用改进型的双频匹配网络结合双阻抗匹配的方法进行输出匹配电路设计，降低了传输线参数计算的复杂度，节省了电路的设计面积。实测结果表明，功放在两个频段内饱和输出功率分别为55.6 dBm和55.4 dBm，饱和漏极效率分别高于67%和66%。功率回退8 dB时，漏极效率分别为56%与53%。同时，在2.05 GHz附近的输出功率与漏极效率远低于两个工作频段，使功率放大器实现了较好的带间隔离性，满足了移动通信系统双频段工作的需求。

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偏压应力下SiC/SiO界面间隙碳缺陷的结构和电学性质演变

张圆

固体电子学研究与进展. 2023, 43(3): 208-213.

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SiC栅氧近界面碳缺陷是SiC MOSFET器件在偏压应力下可靠性劣化的主要根源。间隙碳缺陷Si2-C=O（Ci1）和O-C=C-O（Ci2）被认为是构成SiC/SiO界面缺陷能级的重要源头之一。基于第一性原理密度泛函理论，研究了不同外部电场对SiC/SiO界面处间隙碳缺陷的结构和电学性质的影响。结构键长键角计算结果表明，电场对缺陷Ci1和Ci2的结构影响较小，但施加电场后两种缺陷的形成能均减小，说明偏压应力更有助于这两种缺陷的形成。电荷态密度计算结果表明，不同大小和方向的偏压应力（电场）会改变Ci1和Ci2的缺陷能级位置。上述作用诠释了界面缺陷产生偏压应力不稳定问题的物理机制。

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太赫兹辐射FET功率探测器的分布式准静态模型

张永锋

固体电子学研究与进展. 2023, 43(3): 214-220.

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以经典FET准静态模型为基础，提出了FET分布式准静态模型，并推导出栅源耦合NMOS FET太赫兹辐射功率探测器的微分方程及其解析解。应用该模型计算得到的直流电压响应与集总模型和水动力模型的计算结果一致；与集总模型相比，泄漏长度偏差小于3.5%；与水动力模型相比，输入阻抗偏差小于10%，明显优于集总模型，且新的输入阻抗表达式不包含任何拟合系数，形式更加简单实用。该模型将经典FET准静态模型推广到太赫兹频段，并降低太赫兹频段FET电路仿真工具的开发成本。

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基于3D‑SiP技术的小型化混频锁相源的研制

尹峰

固体电子学研究与进展. 2023, 43(3): 221-226.

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基于电路三维垂直互连，采用系统级封装技术，研制了一款Ku波段小型化锁相源，尺寸仅为16 mm×11 mm×3 mm，通过SiP模块电性能设计与电磁学、热力学、结构力学仿真的结合，实现了12~14 GHz频率信号的输出。测试结果表明，锁相源的输出信号相位噪声为-95 dBc/Hz@1 kHz，杂散抑制大于65 dBc，且测试结果与仿真结果相吻合。

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无平衡点忆阻超混沌系统的动力学分析及电路实现

万求真

固体电子学研究与进展. 2023, 43(3): 227-233.

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为了探索忆阻超混沌系统更加丰富的动力学行为，在一个可通过调节常数项得到对称吸引子的四维混沌系统上引入磁控忆阻器，提出一个新型无平衡点的忆阻超混沌系统。采用分岔图、Lyapunov指数谱与相图等动力学分析方法对该忆阻超混沌系统进行研究，得到如下结果：新系统存在依赖于忆阻器初值的具有对称性的隐藏超级多稳定性，随系统参数改变而呈现的复杂隐藏动力学，丰富的状态转移行为以及偏移增量控制行为等。最后，设计并实现了该忆阻超混沌系统的实物电路，验证了系统的可实现性。

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2.5D系统封装中高速I/O链路信号/电源完整性协同仿真

孙亮

固体电子学研究与进展. 2023, 43(3): 234-240.

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提出了一种2.5维（2.5D）系统封装高速输入/输出（I/O）全链路的信号/电源完整性（Signal integrity/power integrity，SI/PI）协同仿真方法。首先通过电磁全波仿真分析SiP内部“芯片I/O引脚-有源转接板-印刷电路板（即封装基板）-封装体I/O引脚”这一主要高速信号链路及相应的转接板/印刷电路板电源分配网络（Power distribution network，PDN）的结构特征和电学特性，在此基础上分别搭建对应有源转接板和印刷电路板两种组装层级的“信号链路+PDN”模型，并分别进行SI/PI协同仿真，提取出反映信号链路/PDN耦合特性的模块化集总电路模型，从而在电路仿真器中以级联模型实现快速的SI/PI协同仿真。与全链路的全波仿真结果的对比表明，模块化后的协同仿真有很好的可信度，而且仿真时间与资源开销大幅缩减，效率明显提升。同时总结了去耦电容的大小与布局密度对PDN电源完整性的影响及对信号完整性的潜在影响，提出了去耦电容布局优化的建议。

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大扫描角度下具有极化不敏感特性的超宽带频率选择吸收体

王哲飞

固体电子学研究与进展. 2023, 43(3): 241-246.

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提出了一款具有斜入射稳定特性的超宽带极化不敏感人工电磁吸收结构，与传统结构相比，随着入射角的增大，吸收性能恶化程度大大降低。为了获得宽带和极化不敏感的吸收特性，通过采用两层混合电磁谐振模式的周期结构有耗层与一层反射底板组成的三层吸收结构，设计了电磁波斜入射时最佳的阻抗匹配行为，并利用等效电路模型分析了结构的工作机理。结果表明，该吸收体在60°入射角下仍具有稳定的吸波性能，吸收带宽达到了143.2%，而且在不同极化入射下得到了几乎一致的频率响应。

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三端口宽带极化可重构紧耦合天线阵列

朱岑鑫

固体电子学研究与进展. 2023, 43(3): 247-252.

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提出了一种三端口宽带极化可重构紧耦合天线阵列。该阵列单元由蝶形偶极子、阻抗变换器和巴伦组成，通过最大功率传输效率法（MMPTE）优化出天线三个端口的所需最优激励分布，从而实现天线在左旋圆极化（LHCP）和右旋圆极化（RHCP）以及在方位角平面任意角度线极化（LP）多种辐射模式之间的切换。最终优化得到的阵列的尺寸为π×60 mm×30 mm （π×0.7×0.35=0.549，其中为中心频率处的自由空间波长）。测试结果表明，该阵列在左右旋圆极化和线极化状态下的相对阻抗带宽（<-10 dB）都为50.7%，且3 dB增益带宽基本能覆盖阻抗带宽。左右旋圆极化轴比小于3 dB，并且轴比带宽（<3 dB）可以覆盖整个阻抗带宽。在3.5 GHz处，阵列在各种极化状态下的最大实际增益均大于8.8 dBi。

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基于混合型ADC的高精度温度传感器研制

黄立朝

固体电子学研究与进展. 2023, 43(3): 253-258.

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介绍了一种基于0.18 μm CMOS工艺的高精度数字式温度传感器电路。在感温前端模块，通过利用动态匹配技术与斩波技术，并采用混合型一阶sigma-delta/SAR型ADC，在降低功耗的同时实现更高的分辨率，提高温度传感器的采样精度。经过仿真及测试验证，提出的基于混合型ADC的高精度数字式温度传感器电路，提供16 bit温度结果，应用时无需校准即可在-25~55℃的温度范围内达到±0.1℃精度。通过使能控制，极大程度地减少自发热对测温精度的影响，在1.7~5.5 V的电压范围内，电流最大值仅为5 μA。在达到高精度的同时，降低了成本与功耗。

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一种应用于宽带锁相环的小数分频器

范海宇

固体电子学研究与进展. 2023, 43(3): 259-265.

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基于0.13 μm SiGe BiCMOS工艺，设计了一款高性能的可编程小数分频器。采用电流模逻辑（Current mode logic，CML）设计了4/5双模分频器和19 bit的可编程计数器，实现了低相噪、宽分频比范围的整数分频。采用多级噪声整形结构Σ‑Δ调制器，阶数和模数均可编程，实现了高精度的小数分频值，同时加入随机数生成器，进一步抑制了小数杂散。该小数分频器应用在7.5~15.0 GHz宽带锁相环中，其流片测试结果显示：锁定在15 GHz下的锁相环相位噪声可达-115.34 dBc/Hz@1 MHz，开启四阶调制器和随机抖动，小数杂散可达到-80 dBc以下。

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改进K型单刀四掷射频MEMS开关

芮召骏

固体电子学研究与进展. 2023, 43(3): 266-271.

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针对射频器件小型化以及5G通信发展的需求，设计了一款射频微机电系统（RF‑MEMS）单刀四掷开关。该开关由一个改进型K型功分器和六个单刀单掷开关级联构成，并基于硅基MEMS工艺进行制造。其中，改进型K型功分器由多个Y型功分器串并联构成。改进的开关各端口具有插入损耗小和隔离度高的特点。最终流片的测试结果显示：该单刀四掷MEMS开关的插入损耗优于2.8 dB，隔离度优于29 dB。

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大功率封装相控阵天线用金属封装外壳研制

杜明

固体电子学研究与进展. 2023, 43(3): 272-276.

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提出了一种金属封装外壳，其由玻璃绝缘子、铝合金壳体和铝合金盖板组成，玻璃绝缘子金锡焊接到壳体上、盖板激光封焊到壳体上，以保证封装外壳的气密特性。该金属封装外壳采用类似陶瓷柱栅阵列（Ceramic column grid array， CCGA）的对外接口，支持自动化表贴工艺，具有高热导率特性，特别适用于大功率封装相控阵天线。对该金属封装外壳按封装相控阵天线的典型应用进行了仿真、加工、测试，结果表明，在0.5~18.0 GHz频带内，该金属封装外壳具有良好的驻波特性及传输性能，并具有高热导率特性。

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GaN HEMT器件Co⁃γ辐照效应研究

邵国键

固体电子学研究与进展. 2023, 43(3): 277-280.

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研究了总剂量4 Mrad（Si） Co-γ辐照对AlGaN/GaN HEMT器件的影响，器件在辐照过程中采用不同的加电方式。辐照过程会增加器件的栅泄漏电流，但辐照终止后电流快速恢复至初始状态。对比辐照前后的直流性能，器件的肖特基势垒高度、阈值电压、漏电流、跨导等未出现退化问题。实验结果表明，基于自主开发的GaN标准工艺平台所制备AlGaN/GaN HEMT器件，具有稳定可靠的Co-γ抗辐照能力。

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浮栅晶体管的辐照响应及退火特性研究

任李贤

固体电子学研究与进展. 2023, 43(3): 281-286.

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对浮栅晶体管进行了射线总剂量辐照试验，研究了浮栅晶体管的电离辐射响应特性，通过对晶体管在辐照后的常温和高温100℃下的退火，分析了电离辐射环境下浮栅晶体管的陷阱电荷的产生及变化过程，监测了浮栅电荷存储能力。结果表明，辐照导致浮栅晶体管中多晶硅浮动栅极存储电荷的丢失，界面处感生的陷阱电荷数量远少于氧化物陷阱电荷及浮栅中电荷丢失量，退火效应可恢复浮栅受辐射影响的存储能力。试验数据为浮栅晶体管在电离辐射环境的测试及应用提供参考。

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2023年, 第43卷, 第3期　刊出日期：2023-06-25

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