新工科背景下微电子专业实践教学改革

在国家“新工科”的战略要求下,本文通过分析工程教育目前存在的问题,结合我院近年来微电子专业本科实践教学的经验,提出了增加专题实验、开设项目设计和科研训练课程、开展ITP计划、进行专业实习、参加各类竞赛以及多种形式的校企合作等改革措施,培养学生的实践能力,激发好奇心和上进心,增强社会适应能力和社会交往能力,更好地服务国家和地方经济建设。

用于植入式医疗设备的低功耗低位逐次逼近型模数转换器

针对植入式医疗设备中关键模块模数转换器(ADC)的超低功耗设计问题,以低功耗的逐次逼近型ADC为基础,提出了低位逐次逼近量化逻辑的模数转换器。量化逻辑主要用于以心电信号为代表的低活动度生物信号,在采用固定分辨率和采样率的情况下,根据信号的变化幅度调整量化次数,以达到降低功耗和压缩数据量的目的,在信号处于基线或缓变间期最少只需要3次量化就可以得到ADC转换结果。采用Global Foundry 0.18m标准CMOS工艺对该ADC进行了电路和版图设计,仿真结果显示,在1.8V的电源电压和1kHz的采样率下,ADC的有效位为9.6b,核心电路平均电流功耗为64~131nA。该低位逐次逼近模数转换器特别适合应用于植入或可穿戴医疗设备中低活动度生物信号的模数转换,在保证量化精度的同时显著降低了ADC的功耗。

毫米波频段覆铜板基材介电性能的各向异性测试方法研究

通信技术的发展对微波电路的设计提出了越来越高的要求,同时也对微波材料测试提出了越来越高的要求。5G的发展和应用使得电子设备工作的频段从厘米波提升到了毫米波,依赖于材料微观结构的X-Y方向与乙轴方向的介电性能各向异性精确测试成为当前关注的焦点。工作模式为TE01n模式分离式介质谐振腔SPDR法被广泛的应用于X-Y方向的微波介电性能测试,但商用的SPDR腔体最高工作频率仅为15GHz,不能满足毫米波测试的需求。本研究中,基于SPDR的工作原理,采用高性能超低介电常数的谐振器,研发了28GHz的SPDR谐振腔,空腔的Q值大于12000,最大样品厚度0.5mm,满足X-Y方向介电性能的测试需求。传统的乙轴方向材料介电性能测试方法(如微带电路法和平衡圆盘谐振法),操作中测试步骤繁琐,对操作水平要求高,难以满足企业的测试需求。本文创新性的提出了一种采用TE10n模式的电磁带隙结构的新型谐振腔,操作方法与SPDR法完全一样,可满足测试乙轴方向上介电性能的需求。本文基于该结构,设计了28GHz的分离式电磁带隙谐振腔(SEBGR),空腔的Q值大于4000,最大样品厚度0.5mm,可满足Z方向介电性能的测试需求。利用28GHzSPDR腔体和28GHzSEBGR腔体对熔融石英玻璃和聚四氟乙烯等典型的各项同性材料进行了测试,X-Y方向与乙方向的介电性能基本一致,符合预期结果,测试结果准确度达到要求。本研究中用于毫米波测试的SPDR腔体和28GHzSEBGR腔体,为电路板基材介电性能的各向异性检测提供了一种实用化的解决方案,具有十分广阔的应用前景。

霍尔效应实验装置搭建研究

介绍了一种适用于微电子专业实验教学的霍尔效应实验装置。该实验装置能够对霍尔电压进行精确测量,同时具有数据分析和处理功能,能够生成霍尔电压的测量曲线,并计算出材料的载流子浓度、迁移率等重要参数。

基于第一性原理计算的空间微波器件低的二次电子发射系数材料的研究

将第一性原理计算方法应用于空间大功率微波器件的低的二次电子发射系数材料的选材研究上。依据材料最大二次电子发射系数与功函数的关系,发现具有较低功函数的材料可能同时具有较低的最大二次电子发射系数值。以此为基础,对石墨烯结构覆盖的Ni(111)和Pd(111)表面形成的两种复合结构的功函数进行了计算,结果表明复合材料的功函数数值要明显的低于两种组分材料所具有的功函数数值。这一结果显示复合材料有可能具有较低的最大二次电子发射系数,为低的二次电子发射系数材料的选材的研究提供了新的思路和方法。

亚太赫兹频段介电性能的共面波导测量

利用共面波导的S参数建立了一种计算亚太赫兹频率下材料介电常数实部和虚部的模型,并给出了该模型的详细推导过程和应用实例。基于该模型,利用测试得到的共面波导的S参数计算了200GHz下衬底材料的介电常数,计算值与理论结果相符。建立的模型可广泛应用于各类材料在亚太赫兹频段介电性能的表征。