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Effect and mechanism of on-chip electrostatic discharge protection circuit under fast rising time electromagnetic pulse
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作者 Mao Xinyi chai changchun +3 位作者 Li Fuxing Lin Haodong Zhao Tianlong Yang Yintang 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2024年第10期44-52,共9页
The electrostatic discharge(ESD)protection circuit widely exists in the input and output ports of CMOS digital circuits,and fast rising time electromagnetic pulse(FREMP)coupled into the device not only interacts with ... The electrostatic discharge(ESD)protection circuit widely exists in the input and output ports of CMOS digital circuits,and fast rising time electromagnetic pulse(FREMP)coupled into the device not only interacts with the CMOS circuit,but also acts on the protection circuit.This paper establishes a model of on-chip CMOS electrostatic discharge protection circuit and selects square pulse as the FREMP signals.Based on multiple physical parameter models,it depicts the distribution of the lattice temperature,current density,and electric field intensity inside the device.At the same time,this paper explores the changes of the internal devices in the circuit under the injection of fast rising time electromagnetic pulse and describes the relationship between the damage amplitude threshold and the pulse width.The results show that the ESD protection circuit has potential damage risk,and the injection of FREMP leads to irreversible heat loss inside the circuit.In addition,pulse signals with different attributes will change the damage threshold of the circuit.These results provide an important reference for further evaluation of the influence of electromagnetic environment on the chip,which is helpful to carry out the reliability enhancement research of ESD protection circuit. 展开更多
关键词 fast rising time electromagnetic pulse damage effect electrostatic discharge protection circuit damage location prediction
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p-GaN HEMT强电磁脉冲损伤效应与防护设计研究
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作者 王蕾 柴常春 +3 位作者 赵天龙 李福星 秦英朔 杨银堂 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期34-43,共10页
如今,恶劣的电磁环境已经对电子系统的安全构成了严重威胁。氮化镓基高电子迁移率晶体管的优异性能使其更加适合于高功率,高频应用领域。随着晶体外延材料质量的不断提高和器件工艺的改进,氮化镓器件向高功率和小型化方向快速发展,器件... 如今,恶劣的电磁环境已经对电子系统的安全构成了严重威胁。氮化镓基高电子迁移率晶体管的优异性能使其更加适合于高功率,高频应用领域。随着晶体外延材料质量的不断提高和器件工艺的改进,氮化镓器件向高功率和小型化方向快速发展,器件的可靠性和稳定性受到巨大挑战。深入研究了增强型氮化镓高电子迁移率晶体管的强电磁脉冲损伤效应,通过分析器件内部多物理量分布的变化,探究其失效机理。研究结果表明,强电磁脉冲作用下器件的损伤主要是由自热效应、雪崩击穿和热载流子效应等不同的热累积效应引起的。在此基础上,进行了多重防护设计,并通过仿真研究进行了验证。结果表明,氧化铝作为钝化层材料可以增强器件的击穿特性,提高其抗电磁干扰能力;同时,也可以通过在源极和栅极串联电阻的方式提高器件的抗强电磁脉冲损伤能力。以上结论对于工作在恶劣电磁环境中氮化镓器件设计具有重要的参考意义。 展开更多
关键词 氮化镓 电磁脉冲 损伤效应 防护设计
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结构光照明层析多样性表面形貌测量
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作者 叶卓杭 柴常春 刘晓军 《计测技术》 2023年第1期161-168,共8页
围绕散射表面和复杂微结构表面形貌高精度测量需求,对基于结构光照明的表面形貌测量技术与系统进行了研究,设计了基于科勒照明结合数字微镜器件调制的具有良好结构光对比度和均匀性的结构光照明光学系统,提出了基于高斯曲线插值的虚拟狭... 围绕散射表面和复杂微结构表面形貌高精度测量需求,对基于结构光照明的表面形貌测量技术与系统进行了研究,设计了基于科勒照明结合数字微镜器件调制的具有良好结构光对比度和均匀性的结构光照明光学系统,提出了基于高斯曲线插值的虚拟狭缝SlitMask结构照明共焦层析算法与基于迭代高斯拟合的峰值提取重建算法,建立了结构光照明表面形貌测量系统,利用单刻线对系统进行准确性与重复性测试,结果表明相对示值误差为1.87%,重复测量结果的标准差为0.0014μm。对玻璃多刻线样板和车削表面进行测试,验证了本系统不仅可用于反射表面的测量,还对散射表面具有较好的测量能力。 展开更多
关键词 表面形貌测量 结构光照明显微镜 光学层析 重建算法
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HEMT器件电磁脉冲毁伤机理仿真分析及试验研究 被引量:3
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作者 安宁 柴常春 刘彧千 《航空兵器》 CSCD 北大核心 2020年第3期88-92,共5页
以强电磁脉冲为典型代表的复杂电磁环境对雷达前端关键模块与器件的可靠性不断构成威胁。本文对雷达前端电路中低噪声放大器的关键器件——GaAs HEMT进行了强电磁脉冲效应仿真研究与试验验证。利用仿真软件构建了GaAs HEMT的二维热电模... 以强电磁脉冲为典型代表的复杂电磁环境对雷达前端关键模块与器件的可靠性不断构成威胁。本文对雷达前端电路中低噪声放大器的关键器件——GaAs HEMT进行了强电磁脉冲效应仿真研究与试验验证。利用仿真软件构建了GaAs HEMT的二维热电模型,并对器件栅极注入强电磁脉冲的情况进行了仿真,研究发现,该注入条件下器件内部峰值温度呈现周期性的上升-下降-上升-下降趋势,最终达到GaAs的熔点温度,导致器件烧毁,烧毁位置在栅极下方偏向源极的位置。通过对低噪声放大器芯片进行注入实验和剖片分析,在TEM显微镜下观察到GaAs HEMT器件栅极下方靠近源极的区域有明显烧毁,与仿真结果相符。通过对仿真数据的处理和拟合,总结了器件烧毁功率阈值和能量阈值与注入微波脉宽的关系,得出器件烧毁的功率阈值随着脉宽的增大而减小,能量阈值随着脉宽的增大而增大,与经验公式相符。 展开更多
关键词 低噪声放大器 强电磁脉冲 HEMT器件 功率阈值 能量阈值 电磁毁伤
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强电磁干扰对达林顿管的损伤效应与机理(英文) 被引量:1
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作者 王乾坤 柴常春 +1 位作者 席晓文 杨银堂 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期67-74,共8页
建立了PNP型达林顿管的二维电热模型,对处于有源放大区的达林顿管的集电极注入高功率微波(HPM)和强电磁脉冲(EMP)时的瞬态响应进行了仿真。结果表明:HPM注入下,器件内部的峰值温度呈周期性的"下降-上升",温度升高过程发生在... 建立了PNP型达林顿管的二维电热模型,对处于有源放大区的达林顿管的集电极注入高功率微波(HPM)和强电磁脉冲(EMP)时的瞬态响应进行了仿真。结果表明:HPM注入下,器件内部的峰值温度呈周期性的"下降-上升",温度升高过程发生在信号的正半周,靠近达林顿管发射极的晶体管发射结边缘是最易毁伤处;EMP注入下,其损伤机理与HPM注入时的正半周时相似,器件内部峰值温度一直上升,易毁伤部位与HPM注入时相同。得到了损伤功率阈值和损伤能量阈值与损伤脉宽的关系,这两种干扰注入下的损伤能量阈值-脉宽关系和损伤功率阈值-脉宽关系公式相似,并且在相同脉宽下,HPM注入下的损伤能量阈值大于EMP注入下的损伤能量阈值。 展开更多
关键词 达林顿管 高功率微波 强电磁脉冲 脉宽效应
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结构光照明显微镜照明系统的设计与仿真 被引量:3
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作者 柴常春 闫红洲 +3 位作者 罗健 张箎 黄连 刘晓军 《工具技术》 2019年第7期99-102,共4页
结构光照明显微镜是一种结合结构照明技术与宽场成像原理实现表面形貌测量的新工具。为方便调节物面光强和照明视场大小,并保证结构光条纹的均匀性,基于科勒照明原理提出利用成品透镜与无限远物镜,并结合数字微镜阵列(DMD)设计结构光照... 结构光照明显微镜是一种结合结构照明技术与宽场成像原理实现表面形貌测量的新工具。为方便调节物面光强和照明视场大小,并保证结构光条纹的均匀性,基于科勒照明原理提出利用成品透镜与无限远物镜,并结合数字微镜阵列(DMD)设计结构光照明显微镜照明系统的方法。通过Zemax软件建立设计模型进行仿真分析,验证了该方法设计的结构光照明系统投射到物面光照的均匀性。 展开更多
关键词 结构光照明显微镜 科勒照明 ZEMAX
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微电子专业实验室的建设与探索 被引量:6
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作者 娄永乐 柴长春 +1 位作者 樊永祥 康海燕 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2020年第3期236-240,共5页
随着国内半导体产业的迅速发展,我国微电子方面的人才需求日益增大,建设高水平的微电子专业实验室可以有效提升微电子人才的工程实践能力和创新能力。结合我校的实际情况,分别从微电子专业实验室的建设意义、结构体系、人才队伍建设和... 随着国内半导体产业的迅速发展,我国微电子方面的人才需求日益增大,建设高水平的微电子专业实验室可以有效提升微电子人才的工程实践能力和创新能力。结合我校的实际情况,分别从微电子专业实验室的建设意义、结构体系、人才队伍建设和实验室建设成果4个方面进行了探讨,旨在探索适合新时期实验室建设和实验教学的新思路。 展开更多
关键词 微电子学 实验教学 实验室建设 实验队伍建设
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GaAs基PHEMT低噪声放大器的强电磁脉冲效应与机理 被引量:3
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作者 安琪 柴常春 +2 位作者 李福星 吴涵 杨银堂 《现代应用物理》 2022年第3期141-149,共9页
利用Sentaurus TCAD仿真工具,建立了一种基于GaAs赝配高电子迁移率晶体管的共源极低噪声放大器电路模型,通过在电路输入端口注入高功率微波,讨论了器件内部峰值温度、电场强度、电流密度和碰撞电离率等物理参数的变化,分析了器件的烧毁... 利用Sentaurus TCAD仿真工具,建立了一种基于GaAs赝配高电子迁移率晶体管的共源极低噪声放大器电路模型,通过在电路输入端口注入高功率微波,讨论了器件内部峰值温度、电场强度、电流密度和碰撞电离率等物理参数的变化,分析了器件的烧毁机理。进一步讨论了不同信号参数和端口外接电阻对器件损伤效应的影响。结果表明,电流焦耳热累积导致低噪声放大器电路中晶体管栅极下方偏漏极一侧发生烧毁,烧毁时间随注入信号功率的增大而减小,随注入信号频率的增大而增大;此外,晶体管端口外接电阻会减弱传入器件内部的能量,进而减缓器件的损伤进程,提高电路对电磁脉冲的耐受性,与漏极相比,源极外接电阻对损伤进程的减缓效果更强。 展开更多
关键词 GaAs赝配高电子迁移率晶体管 高功率微波 电磁脉冲 低噪声放大器 损伤效应
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电磁脉冲对CMOS与非门的干扰和损伤效应与机理 被引量:1
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作者 孙毅 柴常春 +2 位作者 刘彧千 李福星 杨银堂 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2021年第10期71-78,共8页
利用Sentaurus-TCAD建立了CMOS与非门电路的二维电热模型,仿真研究了在电磁脉冲注入下,CMOS与非门电路产生的扰乱和损伤效应及其机理。结果表明,在EMP注入下,电路输出电压、内部的峰值温度呈周期性的"下降-上升",当注入功率... 利用Sentaurus-TCAD建立了CMOS与非门电路的二维电热模型,仿真研究了在电磁脉冲注入下,CMOS与非门电路产生的扰乱和损伤效应及其机理。结果表明,在EMP注入下,电路输出电压、内部的峰值温度呈周期性的"下降-上升",当注入功率较大时,EMP撤销后输出电压停留在异常值,PMOS源极电流增加,温度不断上升,最终烧毁在PMOS源极,这是因为器件内部产生了闩锁效应。随着脉宽的增加,损伤功率阈值减小而损伤能量阈值增大,通过数据拟合得到脉宽与损伤功率阈值和损伤能量阈值的关系。该结果可对EMP损伤效应进行评估并对器件级EMP抗毁伤加固设计具有指导作用。 展开更多
关键词 CMOS与非门 电磁脉冲 干扰效应 损伤效应 脉宽效应
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CMOS反相器的快上升沿强电磁脉冲损伤特性 被引量:1
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作者 梁其帅 柴常春 +3 位作者 吴涵 李福星 刘彧千 杨银堂 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2022年第8期75-83,共9页
随着电磁环境的日益复杂,保证集成电路(IC)的可靠性成为一个巨大的挑战。在此基础上,通过对CMOS反相器的仿真和实验研究,研究了快上升沿电磁脉冲(EMP)引起的陷阱辅助隧穿(TAT)效应。对此进行了详细的机理分析用于解释其物理损伤过程。EM... 随着电磁环境的日益复杂,保证集成电路(IC)的可靠性成为一个巨大的挑战。在此基础上,通过对CMOS反相器的仿真和实验研究,研究了快上升沿电磁脉冲(EMP)引起的陷阱辅助隧穿(TAT)效应。对此进行了详细的机理分析用于解释其物理损伤过程。EMP感应电场在氧化层中产生陷阱和泄漏电流,从而导致器件的输出退化和热失效。建立了退化和失效的理论模型,以描述输出退化及热积累对EMP特征的依赖性。温度分布函数由半导体中的热传导方程导出。基于TLP测试系统进行的相应实验证实了出现的性能退化,与机理分析一致。Sentaurus TCAD的仿真结果表明,EMP引起的损坏是由栅极氧化层中发生的TAT电流路径引起的,这也是器件的易烧坏位置。此外,还讨论了器件失效与脉冲上升沿的关系。本文的机理分析有助于加强其他半导体器件的EMP可靠性研究,可以对CMOS数字集成电路的EMP加固提出建议。 展开更多
关键词 CMOS反相器 电磁脉冲 陷阱辅助隧穿 机理分析
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硅基单片式复合晶体管的结构参数对高功率微波损伤效应的影响(英文) 被引量:1
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作者 靳文轩 柴长春 +2 位作者 刘彧千 吴涵 杨银堂 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期112-120,共9页
建立了三种不同结构的硅基单片式复合晶体管(由T1和T2两个晶体管构成)的二维电热模型,研究了高功率微波对不同结构的硅基单片式复合晶体管的损伤效应的影响。获得了不同器件结构下导致复合晶体管损伤的损伤功率阈值和损伤能量阈值分别... 建立了三种不同结构的硅基单片式复合晶体管(由T1和T2两个晶体管构成)的二维电热模型,研究了高功率微波对不同结构的硅基单片式复合晶体管的损伤效应的影响。获得了不同器件结构下导致复合晶体管损伤的损伤功率阈值和损伤能量阈值分别与脉宽的关系。结果表明,当复合晶体管的总体尺寸不变而T2和T1晶体管的面积比值更大时需要更多的功率和能量来损伤器件。通过分析器件内部电场、电流密度和温度分布的变化,得到了复合晶体管的结构对其微波损伤效应的影响规律。对比发现,三种结构的复合晶体管的损伤点均位于T2管的发射极附近,随着T2和T1晶体管面积比的增大,电场、电流密度和温度在器件内部的分布将变得更加分散。此外,在发射极处增加外接电阻R e,研究表明损伤时间随发射极电阻的增大而增加。因此可以得出结论,适当改变器件结构或增加外接元件可以增强器件的抗微波损伤能力。晶体管的仿真毁伤点与实验结果一致。 展开更多
关键词 单片式复合晶体管 高功率微波 器件结构 外加元件
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一种增强BOOST转换器抗干扰能力的电路设计 被引量:1
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作者 姜婵荣 柴常春 韩晨曦 《西安邮电大学学报》 2019年第5期53-58,共6页
针对自适应导通时间控制下的BOOST转换器在外界条件变化或者负载电流发生跳变时可能出现的异常工作状态,提出了一种提高其抗干扰能力的电路设计方案。通过在BOOST电源管理芯片的自适应导通定时器内增加一个由复位端和置位端信号同时控... 针对自适应导通时间控制下的BOOST转换器在外界条件变化或者负载电流发生跳变时可能出现的异常工作状态,提出了一种提高其抗干扰能力的电路设计方案。通过在BOOST电源管理芯片的自适应导通定时器内增加一个由复位端和置位端信号同时控制的开关,增加了一条在可能出现异常情况下电容的放电通路,从而提高了电路的抗干扰能力,使得转换器能够在较短时间内恢复正常。仿真结果表明,在BOOST转换器的负载电流发生突增后,改进后的电路能够在8μs内恢复到正常的工作状态。提出的设计方案能够增强BOOST转换器的抗干扰能力,并且BOOST转换器能够在较短时间内恢复正常启动过程。 展开更多
关键词 BOOST转换器 抗干扰 恒定频率
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First-principles Theoretical Study on Band of Strained Wurtzite Nb-doped ZnO 被引量:1
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作者 乔丽萍 chai changchun +2 位作者 YANG Yintang YU Xinhai SHI Chunlei 《Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science)》 SCIE EI CAS 2015年第3期467-472,共6页
The strain effects of the Zn1-xMgxO substrate on the bands structure of wurtzite Nb-doped Zn O bulk materials have been investigated using fi rst-principles calculations based on density functional theory. Firstly, th... The strain effects of the Zn1-xMgxO substrate on the bands structure of wurtzite Nb-doped Zn O bulk materials have been investigated using fi rst-principles calculations based on density functional theory. Firstly, the band gap increases gradually with increasing Nb contents in unstrained Nb-doped Zn O, which is consistent with the experimental results. Secondly, the band gap decreases with increasing substrate stress in Nb-doped Zn O/Zn1-xMgxO. Splitting energies between HHB(Heavy Hole Band) and LHB(Light Hole Band), HHB and CSB(Crystal Splitting Band) in Zn0.9167Nb0.0833O/Zn1-xMgxO almost remain unchanged with increasing substrate stress, while decrease slightly in Zn0.875Nb0.125O/Zn1-xMgxO. In addition, detailed analysis of the strain effects on the effective masses of electron and hole in Nb-doped Zn O/Zn1-xMgxO is also given. 展开更多
关键词 strain band gap Splitting energies effective mass
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AOT控制的降压型转换器的稳定性分析
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作者 徐婷婷 柴常春 +1 位作者 王艳秀 刘彧千 《微电子学》 CAS 北大核心 2019年第6期829-833,共5页
为了保证自适应导通时间控制的降压型转换器能在输入电压全范围内正常工作,通过理论分析和时域推导,研究了输出电容的ESR对系统稳定性的影响。结果表明,只有ESR足够大,才能保证其电压变化率大于输出电容电压变化率,从而保证系统的稳定... 为了保证自适应导通时间控制的降压型转换器能在输入电压全范围内正常工作,通过理论分析和时域推导,研究了输出电容的ESR对系统稳定性的影响。结果表明,只有ESR足够大,才能保证其电压变化率大于输出电容电压变化率,从而保证系统的稳定。此外,建立了ESR的最小临界值与输入电压之间的数学模型,并揭示了二者存在反比例关系。不同ESR条件下的输入电压扰动时域仿真结果说明了ESR对系统稳定的重要性。通过比较理论数学模型的拟合曲线与实际仿真结果,验证了理论分析和数学模型的正确性。 展开更多
关键词 降压型转换器 自适应导通时间 等效串联寄生电阻 稳定性
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Mechanical-electrical synergy damage effect on GaN HEMT under high-power microwave 被引量:1
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作者 WANG Lei chai changchun +3 位作者 ZHAO TianLong LI FuXing QIN YingShuo YANG YinTang 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第8期2373-2380,共8页
High-power microwave damage to enhanced-mode Ga N high electron mobility transistors(HEMT)is studied considering the mechanical-electrical synergy effect due to the strong piezoelectric properties of Ga N,which has a ... High-power microwave damage to enhanced-mode Ga N high electron mobility transistors(HEMT)is studied considering the mechanical-electrical synergy effect due to the strong piezoelectric properties of Ga N,which has a wurtzite crystal structure.Based on the piezoelectric constitutive equation,the mechanical and electrical energies were equivalently coupled,and the effective numerical model was built in the simulation software.The results indicated that a part of the electrical energy was stored in the device as a form of elastic energy,causing the burnout time of Ga N HEMT to be extended.The effects of different injection voltages and frequencies were analyzed,and the results revealed that elastic energy plays a different role during the process of device damage.These results are of great significance for the design of Ga N HEMTs with better reliability in harsh electromagnetic environments and for improving their protection design. 展开更多
关键词 GaN HEMT mechanical-electrical synergy damage electromechanical coupling elastic energy high-power microwave
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Strain effects on valence bands of wurtzite ZnO 被引量:3
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作者 QIAO LiPing chai changchun +2 位作者 JIN Zhao YANG YinTang MA ZhenYang 《Science China(Physics,Mechanics & Astronomy)》 SCIE EI CAS 2013年第9期1684-1688,共5页
Based on the k.p theory of Luttinger-Kohn and Bir-Pikus,analytical E-k solutions for the valence band of strained wurtzite ZnO materials are obtained.Strain effects on valence band edges and hole effective masses in s... Based on the k.p theory of Luttinger-Kohn and Bir-Pikus,analytical E-k solutions for the valence band of strained wurtzite ZnO materials are obtained.Strain effects on valence band edges and hole effective masses in strained wurtzite ZnO materials are also discussed.In comparison with unstrained ZnO materials,apparent movement of valence band edges such as "light hole band","heavy hole band" and "crystal splitting band" at Γ point is found in strained wurtzite ZnO materials.Moreover,effective masses of "light hole band","heavy hole band" and "crystal splitting band" for strained wurtzite ZnO materials as the function of stress are given.The analytical results can provide a theoretical foundation for the understanding of physics of strained ZnO materials and its applications with the framework for an effective mass theory. 展开更多
关键词 strained ZnO band structure effective mass
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