固体电子学研究与进展

Select

谢克南李英杰张浩王科平

固体电子学研究与进展. 2023, 43(6): 467-479.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

太赫兹技术在探测、成像及通信等领域已展现出良好的应用前景，硅基太赫兹系统因为具有低成本、小尺寸、高集成度及易于实现大规模阵列化的优点受到广泛关注。太赫兹功率放大器是硅基太赫兹系统中的重要模块，决定系统的能耗、最大辐射距离和信号质量，近年来硅基太赫兹功率放大器设计得到了长足的发展。本文将从太赫兹技术的应用场景与功率放大器在太赫兹收发系统中的地位、硅基太赫兹功率放大器的关键技术指标和设计难点、基于CMOS/CMOS SOI工艺的太赫兹功率放大器研究进展、基于SiGe 工艺的太赫兹功率放大器研究进展四个方面对硅基太赫兹功率放大器的研究现状和技术发展趋势进行综述总结。

Select

一种超宽带硅基MEMS射频收发组件

陆宇

固体电子学研究与进展. 2023, 43(6): 480-485.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

基于体硅微电子机械系统（MEMS）工艺，采用系统级封装（SiP）技术，研制了一款覆盖C-Ka频段高密度集成的射频收发组件。组件集成了宽带功率放大器、宽带低噪声放大器、宽带I/Q混频器、宽带频率源等多个芯片。同层信号传输采用接地共面波导传输线，不同层间信号互联采用硅通孔形成的类同轴结构，实现了射频信号宽带低损耗传输；通过有源芯片硅基内微腔分离化设计和大量接地硅通孔，实现了射频信号间的隔离和屏蔽。实测结果表明：在6~30 GHz的频带内，SiP组件的发射功率≥36.2 dBm，发射增益≥34 dB；接收噪声系数≤2.4 dB，接收增益≥31 dB，体积仅为19.9 mm×19.9 mm×1.3 mm，实现了小型化和收/发/源一体化集成。

Select

基于单片集成电路的180 GHz大功率倍频器

郭艳敏张立森顾国栋宋旭波郝晓林

固体电子学研究与进展. 2023, 43(6): 486-491.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

随着工作频率的提升，太赫兹倍频链路对第一级倍频器的输出功率要求越来越高，提升其功率承受能力是解决该问题的主要途径之一。设计并制作出高击穿的氮化镓肖特基势垒二极管，并与砷化镓二极管进行了对比。氮化镓二极管大的电容调制能力弥补了高电阻导致的低效率，使其具有与砷化镓倍频器相当的转换效率。针对传统混合集成电路结构的氮化镓倍频器连续波功率低的问题，研制出基于高热导率碳化硅单片集成电路形式的180 GHz氮化镓大功率倍频器，并与砷化镓倍频器进行了性能对比。在600 mW输入功率下，两种倍频器的转换效率均大于20%，输出功率大于120 mW。氮化镓二极管的高击穿特性和碳化硅衬底的高导热性使得氮化镓倍频器在大功率输入下具有更好的性能。

Select

一款高精度宽带多功能芯片的设计

郝张伟

固体电子学研究与进展. 2023, 43(6): 492-497.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

基于0.15 µm的GaAs pHEMT工艺，研制了一款覆盖X-Ku频段的高精度多功能芯片。该芯片集成了单刀双掷开关、驱动放大器、低噪声放大器和6位数控衰减器等功能模块。其中低噪声放大器采用电流复用技术降低功耗，并通过并联反馈进行增益补偿实现较好的增益平坦度。驱动放大器采用三级结构，并采用逐级增大管芯尺寸和功耗的方法提高线性度。数控衰减器在传统的T型衰减结构的基础上，加入串联电感和并联电容进行改进，保证较高衰减精度的同时减小了附加相移误差。测试结果表明：该多功能芯片在10~18 GHz范围内，接收通道增益14 dB，输出功率1 dB压缩点大于10 dBm，功耗0.2 W，衰减均方根误差值小于0.4 dB，附加相移均方根误差值小于2°；发射通道增益20 dB，输出功率1 dB压缩点大于17 dBm，功耗0.25 W。芯片尺寸仅3.5 mm×1.8 mm。

Select

应用于5G通信的三频F类功率放大器设计

王帅安万通李晓明刘仁创李鑫

固体电子学研究与进展. 2023, 43(6): 498-502.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为满足5G通信技术的多标准和多频段需求，针对如何提高多频段效率的问题，提出了一种三次谐波控制的三频功率放大器设计方法。首先基于F类功率放大器的原理设计了三频谐波控制网络，用于提高三频功率放大器效率；然后又给出了一种三频基波匹配方法，用来实现任意三频的基波匹配并简化输出匹配结构；最后设计了一款高效率的三频F类功率放大器并进行测试，测试结果表明该功率放大器在1.8、2.6和3.4 GHz的漏级效率分别为74.2%、73.8%和69.0%，饱和输出功率均在40 dBm左右，增益也可达到14.5 dB。

Select

基于掺钪氮化铝FBAR的滤波器设计研究

黄靓文

固体电子学研究与进展. 2023, 43(6): 503-509.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

设计了一款工作在2.11~2.18 GHz频段的薄膜体声波滤波器。基于有限元仿真研究了掺钪氮化铝（AlScN）的薄膜体声波谐振器，并分析了掺钪对谐振器性能的影响。提出了边缘凸起结构的优化设计方案，改善了谐振器的有效机电耦合系数和品质因数。利用Modified Butterworth-van Dyke（MBVD）等效电学模型对FBAR滤波器进行仿真研究，并将所设计的7层内置螺旋电感与滤波器电路进行协同仿真，优化后的FBAR滤波器在2.11~2.18 GHz频段的插入损耗<2 dB，带外抑制>40 dB。

Select

0.25 μm发射极InP DHBT材料生长与器件性能研究

马奔

固体电子学研究与进展. 2023, 43(6): 510-513.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

采用固态源分子束外延系统（SSMBE），研究InP双异质结双极晶体管（DHBT）的结构设计及外延生长技术。通过采用碳掺杂浓度和InGaAs组分双缓变的基区生长工艺，提高基区的内建电场，加速载流子的渡越，提高基于0.25 μm发射极工艺InP DHBT器件的频率性能。此外，InGaAs帽层材料通过双Si源掺杂以及调控生长条件，实现高N型掺杂，材料表面粗糙度为0.42 nm。利用该双缓变基区以及高N型掺杂帽层生长工艺，制备0.25 μm发射极 InP DHBT器件，其增益为29，击穿电压为3.8 V，在工作电流密度为5.7 mA/μm时，电流增益截止频率为403 GHz，最大振荡频率达到660 GHz。

Select

大面积IGCT的关断失效机理研究

姚德贵董曼玲宋伟张嘉涛鲁一苇肖超杨武华

固体电子学研究与进展. 2023, 43(6): 514-518.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为了提高大面积集成门极换流晶闸管（IGCT）的最大可关断电流处理能力，以直径为91 mm的4.5 kV大面积IGCT为研究对象，针对其在研发过程中频繁出现的距离门极接触较远的外环失效现象，首先建立大面积IGCT芯片的仿真结构模型，然后给器件施加相应的关断应力，对器件的关断特性进行仿真分析。结果表明，距离门极接触较远的阴极环单元接收到的关断信号存在延迟，造成器件换流期间的内、外环部分电流分布不均匀，而动态雪崩效应的发生会加剧这种电流向外环的聚集效应，直至雪崩诱发的电流丝产生后，造成外环的阴极单元被重触发，最终导致器件因局部温升过高而失效。采用径向载流子寿命控制可抑制大面积IGCT因信号延迟造成的电流不均匀分布效应，提高器件的最大可关断电流能力。

Select

一种用于FPGA的低功耗系统监控电路设计

曹正州

固体电子学研究与进展. 2023, 43(6): 519-526.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为了提高FPGA工作时的可靠性和安全性，设计了一种低功耗的系统监控电路。通过对FPGA内部的工作电压、温度以及外部电压的监测，可以及时调整FPGA工作模式或者频率。在该系统监控电路中，采用自平衡的积分放大器来实现对温度感应信号的采样和放大；对电压感应信号支持单端模式和差分模式；采用1.5 bit循环ADC实现对模拟信号的量化；通过开关电容方式的基准电路设计，为ADC提供低温度系数的基准电压，具有功耗低的特点。对内嵌了该系统监控电路的亿门级FPGA进行测试，结果表明监测温度范围为-55~125℃，最大偏差为-1.5℃；对单端电压进行监测最大偏差为-1.3%，对差分电压进行监测最大偏差为0.1%。该系统监控电路具有良好的温度特性和频率特性，在-55~125℃温度范围内，ADC的输出结果偏差均在2%以内。在0.2~5.0 MHz频率范围内，时钟频率对ADC的影响可以忽略。在最高5 MHz工作频率下，最大功耗仅为2.32 mW。

Select

一种高压精密低输入偏置电流JFET型放大器

张键

固体电子学研究与进展. 2023, 43(6): 527-532.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

基于40 V高压互补双极性结型晶体管（BJT）兼容结型场效应晶体管（JFET）工艺，设计了一种高压精密低输入偏置电流JFET型放大器，介绍了放大器总体架构以及工作原理。电路内部采用JFET输入器件降低输入偏置电流，提高带宽，用修调电阻降低输入失调电压；采用四核跨导结构优化中间级提高运放的压摆率；输出级采用互补推挽输出结构防止交越失真，同时提高功率驱动能力；偏置电路利用JFET作恒流源，保证在不同工作电压下稳定供电。芯片流片测试结果表明，该放大器在±5~±13 V工作电压条件下，输入失调电压≤80 μV；输入偏置电流≤1.5 pA；开环增益≥107 dB；增益带宽积≥25 MHz；压摆率≥50 V/μs。

Select

晶圆直接键合预处理关键技术研究进展

吴硕

固体电子学研究与进展. 2023, 43(6): 533-542.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

晶圆键合技术已经广泛应用于功率型半导体光电器件、电子电力器件、大功率固体激光器、MEMS及光电集成等领域。晶圆键合技术根据有无通过中间层实现键合分为两大类，其中晶圆直接键合技术属于无中间层键合，该技术的关键点在于对晶圆预处理工艺的选择。本文就湿法和干法两方向对不同的晶圆直接键合预处理技术的特点进行了归纳总结，主要内容包括溶液清洗、蒸汽清洗、快速原子束轰击、等离子体表面活化以及紫外光活化的技术原理与要点。此外，还对晶圆直接键合预处理技术未来的创新与改善进行了展望。

Select

金刚石/铝复合材料的GaN HEMT器件热特性试验研究

施尚

固体电子学研究与进展. 2023, 43(6): 543-546.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

大功率器件高占空比脉冲应用或连续波应用时，引发的高温会显著影响器件性能及可靠性。本文制备了基于金刚石/铝基复合热沉材料的GaN HEMT器件，采用红外测试方式试验分析了不同载片材料稳态、瞬态热特性及不同载片结构热性能。结果显示：与铜钼铜类复合材料相比，金刚石/铝高热导载片在高平均热耗下可显著降低器件结温，而在低占空比脉冲条件下应用高热导载片时器件降温效果不明显；金刚石复合材料载体存在一个最佳厚度使得器件的散热性能最佳。

Select

Ag72Cu钎焊阻焊技术研究

赵飞何素珍于辰伟张玉君

固体电子学研究与进展. 2023, 43(6): 547-551.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

以某功率放大器金属封装外壳为研究对象，运用微观组织分析方法，对氮化铝和氧化铝两种不同的陶瓷粉体浆料构成的阻焊层的阻焊结构进行了分析。氮化铝阻焊浆料由于其内部组织颗粒之间比较松散且有孔洞，与基体结合力不强，阻焊效果差。氧化铝浆料阻焊层具有结构致密度更高、与基体结合力更强等特点，阻焊效果良好，采用其制备的阻焊层可满足芯片摩擦焊区域不允许出现焊料流淌的要求，实现Ag72Cu硬钎焊阻焊的目的。

Select

150 nm FDSOI器件的背栅NBTI效应研究

赵杨婧

固体电子学研究与进展. 2023, 43(6): 552-556.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

负偏置温度不稳定（NBTI）是器件的主要可靠性问题之一，本文通过对150 nm工艺的FDSOI器件进行加速应力试验，分析了不同栅极偏置应力、温度应力下器件阈值电压和饱和电流的退化特性，发现背栅偏置更容易导致NBTI退化，同时研究了正背栅耦合作用下NBTI效应的退化机理。

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容

2023年, 第43卷, 第6期　刊出日期：2023-12-27

模态框（Modal）标题

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容

2023年, 第43卷, 第6期 刊出日期：2023-12-27

2023年, 第43卷, 第6期　刊出日期：2023-12-27