2025年, 第45卷, 第2期　刊出日期：2025-04-25

  

• 全选
  |

宽禁带与超宽禁带半导体
• Select
  氧化镓射频器件研究进展

  郁鑫鑫, 沈睿, 谯兵, 李忠辉, 叶建东, 孔月婵, 陈堂胜

  固体电子学研究与进展. 2025, 45(2): 0. https://doi.org/10.12450/j.gtdzx.202502001

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  氧化镓（Ga₂O₃）是性能优异的超宽禁带半导体材料，不仅临界击穿场强大、饱和速度高，而且具有极高的巴利加优值和约翰逊优值，在功率和射频器件领域具有重要的应用前景。本文聚焦于Ga₂O₃射频器件，首先介绍了Ga₂O₃在射频器件领域的优势和面临的挑战，然后综述了近年来Ga₂O₃射频器件在体掺杂沟道、AlGaO/Ga₂O₃调制掺杂异质结以及与高导热衬底异质集成方面取得的进展，并对研究结果进行了讨论，最后展望了未来Ga₂O₃射频器件的发展前景。
• Select
  耗尽型GaN非易失性存储器的研究

  邵国键, 陈韬, 周书同, 李信

  固体电子学研究与进展. 2025, 45(2): 0. https://doi.org/10.12450/j.gtdzx.202502002

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  研究了基于SiO₂/SiN/AlGaN/GaN结构的耗尽型GaN非易失性存储器，该存储器中SiN介质层作为电荷存储层，SiO₂层作为隔离层。通过在栅极施加正压实现存储器的写入模式，将电子引入SiN电荷存储层。而栅极施加负压则能实现存储器的擦除模式，清除SiN电荷存储层中的电子，存储器恢复至初始状态。在经历10⁴次循环擦写、10⁴ s数据保持等可靠性验证后，GaN存储器依然保持了足够的窗口。
• Select
  碳化硅MOSFET有源门极驱动的电压电流过冲快速检测电路设计

  王俊波¹, 张殷¹, 唐琪¹, 王正磊², 陈钰凯², 刘平³

  固体电子学研究与进展. 2025, 45(2): 0. https://doi.org/10.12450/j.gtdzx.202502003

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  碳化硅金属氧化物半导体场效晶体管（Silicon carbide metal-oxide-semiconductor field-effect transistor， SiC MOSFET）因其高工作频率和耐高温等优势得到广泛应用。然而，SiC MOSFET驱动电路存在的开关高电气应力、电压电流超调和开关振荡等问题降低了变流器的可靠性。为了提高系统的可靠性，本文提出了一种碳化硅MOSFET有源门极驱动的电压电流过冲快速检测电路。首先，分析SiC MOSFET的开通和关断过程，对漏极电流上升阶段和下降阶段的电压和电流状态设计过冲快速检测电路；然后，为了抑制电压和电流尖峰，设计控制电路动态调节栅极电流；最后，根据原理图确定器件选型方案并搭建测试平台，分析所选器件的工作性能以及自身硬件延时情况。实验结果表明，本文所提设计方案能够快速检测电压和电流过冲状态，并有效抑制电压和电流尖峰。
• Select
  基于4H‑SiC的高温驱动电路设计与制造

  田源, 黄润华, 倪朝辉, 刘涛, 张国斌, 杨勇, 柏松

  固体电子学研究与进展. 2025, 45(2): 0. https://doi.org/10.12450/j.gtdzx.202502004

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为解决SiC MOSFET在高温条件下性能受硅基驱动电路限制的问题，设计制造了一款基于4H‑SiC材料的驱动电路，用于改善电路整体的耐高温能力，并且分别在常温（25℃）和高温（300℃）条件下对驱动电路的性能进行了测试。常温下驱动电路在无负载条件下的上升沿延迟和下降沿延迟分别为2.496 μs和1.32 μs，高温下两者分别为1.61 μs和0.816 μs。在输出功率为100 W、输出电压为56 V、母线电压为320 V的条件下对驱动电路进行带负载测试，常温下驱动电流的充电电流峰值为129 mA，放电电流峰值为120 mA；高温下驱动电流的充电电流峰值为264 mA，放电电流峰值为221 mA。测试结果表明，该驱动电路可在环境温度为300℃时正常工作，且随着环境温度在25~300℃范围内逐渐上升，该驱动电路的驱动能力以及响应速度逐渐提升。
射频微波与太赫兹
• Select
  基于功率合成技术的0.17 THz瓦级固态放大器设计

  赵博, 成海峰, 胡尊月, 朱翔, 杜佳谕, 龚冰

  固体电子学研究与进展. 2025, 45(2): 0. https://doi.org/10.12450/j.gtdzx.202502005

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对当前太赫兹频段对于大功率固态放大器的工程应用需求，在0.17 THz开展了基于功率合成技术的瓦级固态功率放大器的研究。基于3 dB波导桥结构和太赫兹GaN功放芯片，设计并制作了一种工作在0.17 THz的两芯片封装功率模块，实现了410 mW的典型功率输出。以E面T型结为基础，实现了G波段4路波导功率合成器，工作频率覆盖165~175 GHz，无源合成效率为76%。通过将4个封装功率模块进行合成，最终在165~175 GHz的频率范围内获得了0.82 W以上的输出功率，典型输出功率在175 GHz处达到了1.3 W，有源合成效率为72%。
• Select
  硅基太赫兹压控振荡器研究进展

  陈尚轩, 鲁成健, 陈卓恒, 成彬彬, 程序

  固体电子学研究与进展. 2025, 45(2): 0. https://doi.org/10.12450/j.gtdzx.202502006

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  太赫兹技术近年来的快速发展推动着太赫兹振荡器以及压控振荡器的设计与实现。随着半导体工艺（如CMOS，SiGe，GaAs等）的进步，使得高集成度、低功耗、低相位噪声的高频振荡器以及压控振荡器的实现成为可能。本综述将讲述太赫兹振荡器关键技术及其最新研究进展，重点探讨不同类型的太赫兹振荡器设计方法，特别对提高输出功率和调谐范围等方面进行研究。通过对现有文献的综合分析，旨在为研究人员提供关于硅基太赫兹振荡器领域的全景式理解，为未来研究提供参考和指导。
• Select
  面向3D⁃SiP模组的超宽带互联技术研究

  吕嘉然, 阚尧, 刘士杰, 徐梦苑, 汤君坦, 成海峰

  固体电子学研究与进展. 2025, 45(2): 0. https://doi.org/10.12450/j.gtdzx.202502007

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对有源相控阵天线前端向低剖面、超宽带、高集成方向发展的趋势，基于三维系统级封装（Three-dimensional system-in-package， 3D-SiP）技术的TR模组成为了当前研究的热点。本文面向一种采用高温共烧陶瓷（High temperature co-fired ceramic， HTCC）技术和球栅阵列（Ball grid array， BGA）堆叠技术实现的3D-SiP TR模组，开展了三维超宽带互联结构的技术研究。对三种基础结构进行了超宽带仿真研究，在此基础上实现了组成3D-SiP TR模组内部的2~18 GHz的高密度三维互联结构，并对采用该互联结构的3D-SiP TR模组进行了实物研制及测试。测试结果显示，该3D-SiP TR模组在2~18 GHz频带内反射系数≤-10 dB，插入损耗≤3.8 dB。
• Select
  一种高调谐线性低相位噪声的正交压控振荡器

  张菁菁, 石春琦, 陈光胜, 黄磊磊, 张润曦

  固体电子学研究与进展. 2025, 45(2): 0. https://doi.org/10.12450/j.gtdzx.202502008

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  设计了一种用于通信感知一体化的正交压控振荡器（Quadrature voltage-controlled oscillator， QVCO），并分析了相位噪声、调谐线性度和调谐范围之间的关系。采用了数字温度补偿的非线性校正方法对QVCO的调谐范围和线性度进行优化，并考虑外部噪声对QVCO噪声的影响。采用55 nm CMOS工艺制备的QVCO可实现22.748~28.302 GHz的调谐范围（21.76%），调谐线性度最小值为18.2%。在载波频率偏移1 MHz时，测量到的相位噪声为-114.40~-110.49 dBc/Hz，相应的优值（Figure of merit， FOM）为-194.08~-192.06 dBc/Hz，在整个调谐范围内，标准化相位噪声为-201.41~-199.53 dBc/Hz。
• Select
  一种基于耦合线功率合成的Ka波段功率放大器

  孙晗, 杨晓政, 何进

  固体电子学研究与进展. 2025, 45(2): 0. https://doi.org/10.12450/j.gtdzx.202502009

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  基于55 nm RF CMOS工艺设计了一款应用于5G毫米波通信的Ka波段功率放大器（Power amplifier， PA）。该PA创新性地采用了基于非对称耦合线的功率合成网络。该网络能够被用于金属层厚度差异较大的工艺，而且具有易于设计、低损耗的特点，有利于提高PA输出功率。此外，本文提出的自适应偏置电路能够根据输入信号功率的大小改变PA的栅极偏置，从而抑制增益压缩效应，提高PA线性度。仿真结果表明，该PA的小信号增益的‑3 dB带宽为25.0~28.8 GHz。在1.8 V电源电压下，PA的峰值小信号增益、饱和输出功率和输出1 dB压缩点分别为20.1 dB、19.3 dBm和17.6 dBm。PA的最大功率附加效率为17.1%，核心面积为0.18 mm²。
• Select
  一种应用于5G的高隔离度双频MIMO天线设计

  段铸, BILLAHMASUM, 白茹冰

  固体电子学研究与进展. 2025, 45(2): 0. https://doi.org/10.12450/j.gtdzx.202502010

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  提出了一种应用于5G的高隔离度双频多输入多输出（Multiple-input multiple-output， MIMO）天线。采用圆形单极子作为天线单元，通过在圆形辐射贴片上刻蚀C型槽来产生新的谐振，实现了天线的双频特性。天线单元间的边缘间距仅为12 mm（0.14λ_L，λ_L为低频谐振点3.5 GHz处的自由空间波长），为避免距离较近导致天线单元间产生强烈的相互耦合，在金属地板上引入T型去耦枝节并刻蚀矩形槽结构，有效提高了天线单元间的隔离度。天线最终尺寸为58.0 mm×34.0 mm×1.6 mm。测试结果表明，该天线的工作频段（|S₁₁|<-10 dB）为2.71~3.92 GHz和4.45~5.60 GHz，其相对带宽分别为36.5%和22.9%，天线单元间的隔离度分别大于26 dB和28 dB，包络相关系数均小于0.004。
硅微电子学
• Select
  一种超低输入电压的热电能量采集芯片设计

  杨淼¹, 周俊豪², 刘新宁²

  固体电子学研究与进展. 2025, 45(2): 0. https://doi.org/10.12450/j.gtdzx.202502011

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  基于0.18 μm 1P4M BCD工艺设计了一款超低输入电压的电源管理芯片，可实现自启动和升压，能对外界的热电能量进行采集管理。提出了一种将反馈控制电路和充电控制电路相结合的架构，利用迟滞比较器阵列和交叉耦合复用电路实现主从电源切换和输出控制，使其在无外界能量输入时，依然可以正常工作。测试结果表明，在22 mV低输入电压下，芯片可实现自启动，芯片静态工作电流仅为3.5 μA，输出电压值最大为4.2 V，最大输出电流950 μA。
• Select
  一种低功耗降压型DC‑DC转换器设计

  宋阜恒, 蔡甜甜, 王培浩, 王紫阳, 夏晓娟

  固体电子学研究与进展. 2025, 45(2): 0. https://doi.org/10.12450/j.gtdzx.202502012

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  设计了一种超低静态功耗的同步整流降压型脉冲频率调制模式的DC-DC转换器。在轻载条件下，利用输出电压启动电路，降低静态功耗，并加入电感峰值限流，减小输出电压纹波。基于0.5 μm的CMOS工艺进行设计以及仿真验证，测试结果表明，当输出电压为1.8 V时，该芯片的静态电流仅为760 nA。全负载效率在90%以上，最高效率可以达到93.12%。
器件材料与工艺
• Select
  阳极退火对Co阳极准垂直结构GaN基肖特基二极管性能影响

  吴志勇, 马群, 王良臣, 李晋闽, 王军喜, 刘志强, 伊晓燕

  固体电子学研究与进展. 2025, 45(2): 0. https://doi.org/10.12450/j.gtdzx.202502013

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  在蓝宝石衬底上制备了不同阳极叉指宽度的钴（Co）阳极准垂直结构氮化镓肖特基势垒二极管（GaN Schottky barrier diode， GaN SBD），在此基础上分别进行300、350、400℃阳极退火。实验结果显示较小的阳极叉指宽度有利于实现较低的比导通电阻，在300℃退火后，阳极界面态密度降低，金属半接触均匀性增加，器件的开启电压和比导通电阻分别降低12.1%和13.2%，阳极界面态密度降低，反向3 V下的漏电流密度降低近一个数量级，击穿电压从89 V提高到97 V；随着退火温度的上升，器件肖特基特性逐渐减弱。综合结果表明300℃阳极退火能够有效改善Co阳极GaN SBD的性能。
• Select
  一种灵敏度提高的垂直型霍尔器件及仿真模型

  王双喜, 李建强, 李良, 周林, 李杰林, 徐跃

  固体电子学研究与进展. 2025, 45(2): 0. https://doi.org/10.12450/j.gtdzx.202502014

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  基于180 nm BCD工艺实现了一种灵敏度提高的五孔垂直型霍尔器件（Five-contact vertical Hall-effect device， FCVHD）。采用掺杂浓度较低且阱深较深的N型漂移区（N-type drift region， NDRF）作为器件有源区，并在器件表面的N⁺接触孔之间进行P⁺扩散区隔离，有效减小了短路效应，提高了器件的电流相关灵敏度（S_IV）。同时，在器件有源区四周设计了双PN结保护环，更有效抑制了器件衬底的噪声和干扰。此外，对该器件建立了一种简化的Verilog-A电路仿真模型，该模型仅由非线性电阻、电容和流控电压源组成，考虑了器件的非理想效应，具有高的仿真精度。测试结果表明，该垂直型霍尔器件的S_IV达到了24 V/（A·T），比标准CMOS N阱器件的灵敏度提高了2.86倍，同时模型仿真与实测结果达到很好的一致性，相对误差<3.7%，验证了仿真模型的实用性。
• Select
  具有N型赝埋层的新型SiGe‑HBT器件及应用研究

  刘冬华, 陈曦, 钱文生

  固体电子学研究与进展. 2025, 45(2): 0. https://doi.org/10.12450/j.gtdzx.202502015

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  提出了一种新型锗硅异质结双极晶体管（Germanium silicon heterojunction bipolar transistor，SiGe-HBT）结构，摒弃了传统SiGe-HBT中的深隔离沟槽、N型埋层以及通过外延生长形成的集电区。通过在浅隔离槽底部采用离子注入技术形成N型赝埋层（N-type pseudo buried layer，PNBL），实现了集电区的横向扩展。该结构包含位于本征基区下方的纵向集电区以及场氧底部PNBL形成的横向集电区。对新型SiGe-HBT器件的直流与射频特性进行了测试，结果显示高速管的特征频率达到100 GHz，电流增益为270。通过增加PNBL与集电极有源区之间的距离，实现了器件的高耐压特性。采用BV_ceo=10 V的高压SiGe-HBT器件设计的一款功率放大器，在4.5 V电源电压下，当输入功率为0 dBm时，输出功率达到27.5 dBm，效率接近50%。