太空设备用单片集成电路筛选方案研究

随着太空研究进程不断加速,空天优势已经成为现代竞争中取胜的重要环节。如果偶然失效或者有质量隐患的元器件上装应用,会导致太空设备整机早期故障率大大增加。装备对太空设备用元器件的质量与可靠性提出了战略需求。文中基于太空设备的典型应用环境,在充分调研国内外元器件标准体系及质量控制模式的基础上,利用FMEA技术分析元器件的敏感因素。基于薄弱环节建立分级分类的筛选方案,支撑太空设备用元器件可靠性保证工作,避免早期失效或有质量隐患的元器件上装应用,满足太空设备对元器件质量、成本及研制周期的要求,助力空天装备快速、高质量和可持续发展。

单片集成式主振荡功率放大器研究进展

单片集成式主振荡功率放大器(MOPA)具有体积小、功率大、光束质量高等优势,通过集成布拉格光栅,还能够实现窄线宽和动态单模,在倍频、泵浦、光通信和传感等领域具有重要应用价值,是近年来半导体光电子器件的研究热点。本文梳理了单片集成式MOPA的主流结构,包括锥形、脊型、布拉格光栅型和三段式MOPA,以各自的工作原理和性能特征为出发点,介绍其主要的研究方向,并结合它们各自面临的问题介绍最新的发展趋势。针对单片集成式MOPA中普遍存在的高功率下光束质量退化的问题,梳理了近年在外延层结构、腔面光学薄膜和电极设置等方面的优化设计,重点总结了单片集成式MOPA在提高光束质量及高功率、容线宽及高亮度方面的重要进展。围绕不同领域的应用需求,整理了具备高功率、窄线宽、高光束质量和高亮度等性能特征的单片集成式MOPA的研究进展,最后展望了单片集成式MOPA的发展趋势。

基于单片集成电路的180 GHz大功率倍频器

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。

单片集成光耦隔离式驱动芯片

在功率半导体市场中,绝缘栅双极型晶体管(Insulated gate bipolar transistor,IGBT)和碳化硅金属氧化物半导体场效应管(Silicon carbide metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,SiC MOSFET)具有出色的耐压性与频率特性,逐渐取代了传统的MOSFET。为了提高IGBT和SiC MOSFET驱动电路的可靠性,设计了一款光耦隔离式栅极驱动芯片,通过协同设计光探测器与驱动电路,从而实现单片集成。使用Silvaco软件对光探测器进行了仿真。仿真结果显示:光探测器对800 nm波长红外光的响应度约为0.277 A/W,-3 dB带宽约为90 MHz。进一步对光耦的光学结构进行优化设计,实现了控制端与后端高压驱动电路的有效隔离,从而解决了串扰问题。使用Maxchip 0.18μm 40 V BCD工艺进行流片,并对封装芯片进行测试。在光源输入电流为10 mA、芯片供电电压为12~40 V、输入信号频率为20 kHz的测试条件下,芯片的传播延时仅为98 ns。

单片集成硅光接收器中p-i-n硅光电探测器的进展

介绍了单片集成硅光接收器的研究背景、硅光电探测器工作机理以及它对实现高性能单片集成硅光接收器的影响，回顾总结了近年来的研究进展，并报道了我们的研究结果，展望了今后的发展。

微波、毫米波单片集成电路(MIMIC)技术

本文主要叙述微波、毫米波单片集成电路的性能及其应用。

单片集成半导体激光器的阵发混沌特性（英文）

实验研究了一种由一个分布反馈半导体激光器、一个相位控制部分和一个半导体光放大器组成的三段式单片集成半导体激光器的动力学特性.采用常规的动力学分析方法,对不同相位控制电流下激光器输出的光谱、时间序列、相图及功率谱进行了分析,考察了其进入混沌的路径及阵发混沌的特性。研究结果表明,在适当的运行参数下,单片集成半导体激光器可呈现混沌态与稳定态随机交替出现的阵发混沌状态输出.在固定分布反馈半导体激光器电流和半导体光放大器电流不变的情况下,连续地增大相位区的电流I_P,单片集成半导体激光器将先后经历稳定态、单周期态、阵发混沌态,最后再回到稳定态的过程.在确定了激光器处于阵发混沌态时相位区电流I_P的取值范围之后,进一步的分析结果表明,随着相位区电流I_P的增加,平均层流时间先减小,达到一个极小值后再迅速增大.

基于InP DHBT工艺的140～220GHz单片集成放大器

磷化铟双异质结双极型晶体管（InP DHBT）具有超高频、高击穿等优点,在亚毫米波/太赫兹单片集成功率放大器应用方面具有独特优势。国外已研制出基于InP DHBT工艺的220 GHz、200 mW单片集成功率放大器以及700 mW功率放大模块。南京电子器件研究所基于76.2 mm InP DHBT圆片工艺研制出140220 GHz单片集成放大器,该电路采用了功率增益截止频率(fmax)超过500 GHz的InP DHBT器件,如图1所示。测试结果表明,该电路在140 GHz、200 GHz以及220

X波段单片集成低噪声接收子系统

报道一种新型 X波段 0 .2 5 μm PHEMT全单片集成低噪声子系统。该子系统由开关衰减电路、采样检波电路和低噪声放大器三部分组成。开关插入损耗仅 0 .5 d B,放大器噪声系数小于 1 .5 d B。当开关控制电压为-2 V,输入电平 <-7d Bm时 ,此系统相当于一个低噪声放大器。在 8.5～ 1 0 .5 GHz频率内 ,整个系统增益大于2 4d B,噪声系数小于 2 .0 d B,输入输出 VSWR<1 .5 ;但当输入电平 >-7d Bm时 ,采样检波电路开始工作 ,打开主放大器前的开关衰减器 ,限制输入功率进入 LNA。输入功率越大 ,反射越大。在开关控制电压为 +2 V时 ,无论输入功率多大 。

单片集成长波长光接收机

介绍了利用InGaAs长波长金属 半导体 金属 (MSM )光探测器与InAlAs/InGaAs高电子迁移率晶体管 (HEMT)集成来实现长波长单片集成光接收机的材料和电路设计、关键工艺途径等 ,解决了工艺兼容性问题 ,实现了 2 .

单片集成MEMS电容式压力传感器接口电路设计

介绍了一种单片集成电容式压力传感器接口电路，该电路基于电容一频率转化原理，并通过差频消除了温度变化和工艺波动对电路性能的影响。使用Pspice对接口电路的误差特性进行了分析，并依据仿真结果确定了电路的相关参数。最后给出电路的测试结果，测试结果与仿真结果一致，在80～110kPa量程内，接口电路的分辨率为3．77Hz／hPa。

毫米波RF-MEMS单片集成0/π移相器

介绍了一种毫米波RF-MEMS单片集成反射型0/π移相器的设计、制造和测试。实测性能与设计结果吻合较好,达到的电性能指标为:在35GHz-38GHz频率范围内,电压驻波比小于1.8,参考态插入损耗为3.5±1.0dB,相移态插入损耗为2.0±0.6dB,相移为180°±6°。芯片尺寸:2.6mm×2.1mm×0.2mm。满足了插损低并具有电路拓扑的要求。

1.25Gb/sInP基多量子阱激光器与HBT驱动电路的单片集成(英文)

描述了一种基于 In P材料沿 [0 11]晶向湿法化学腐蚀形成平滑侧壁实现的 In P基多量子阱激光器和异质结双极晶体管驱动电路单片集成 .通过一个横向缓冲台面结构 ,降低了激光器阳极和晶体管集电极互连工艺的难度 ,改善了光发射单片光电集成电路的可制造性 .采用该方法制作的光发射单片直流功耗为 12 0 m W,在码长 2 2 3- 1传输速率 1.5 Gb/ s伪随机码信号调制下有清晰的眼图 ,光输出功率为 2 d

射频电路的单片集成

射频电路是无线通讯中的一个关键部分 ,其性能的好坏将直接影响到整个系统的性能。本文介绍了用CMOS工艺实现射频电路单片集成的可能性、难点、目前的情况和前景以及最终实现射频IP(IntellectualProperty)的意义 ,并提出了一条适合国内发展射频电路集成的途径。

单片集成CMOS电阻真空传感器(英文)

设计了一种工作在恒电压模式的、微热板结构的单片集成电阻真空传感器芯片.提出了一种以CMOS集成电路中的介质层与钝化层为结构层、栅多晶硅为牺牲层、第二层多晶硅为加热电阻的微传感器单芯片集成工艺模式,制定了相应的工艺流程.采用0.6μm CMOS数模混合集成电路工艺,结合牺牲层腐蚀技术实现了单片集成真空传感器的加工,测试结果显示该芯片能够测量2～10^5Pa范围内的气压大小,且输出电压范围可调,验证了单片集成工艺的可行性.

330 GHz砷化镓单片集成分谐波混频器

在太赫兹频段,二极管尺寸与波长相比已不能忽略,二极管的封装会引入很大的寄生参量,因此需建立二极管三维模型提取寄生参数.同时人工装配难度增大,会增加电路不确定性.采用12μm砷化镓单片集成悬置微带线结构,基于电子科技大学与中国电子科技集团第十三研究所自主联合设计的肖特基二极管研制330 GHz砷化镓单片集成分谐波混频器.实测结果显示在5 mW本振功率的驱动下,在328 GHz可得到最小变频损耗10.4 dB,在320~340 GHz范围内,单边带变频损耗小于14.7 dB.

300GHz InP DHBT单片集成放大器

太赫兹技术在成像雷达以及宽带通信等领域具有广阔应用前景。太赫兹功率放大器是太赫兹系统的核心单元。磷化铟双异质结双极型晶体管（InP DHBT）具有非常高的截止频率以及较高的击穿电压（相对Si／SiGe而言），适合于太赫兹功率放大器的研制，例如美国Teledyne公司利用InP DHBT工艺研制T220GHz200mW的功率MMIC。

单片集成传输线──共面耦合线、共面耦合带线及矩形微屏蔽的共面耦合线的新研究

本文首次提出将一些新型的微加工共面传输线用于ＭＭＩＣ设计。这些共面传输线分别是共面耦合线（ＣＣＬ）、共面耦合带线（ＣＣＳ）、矩形微屏蔽共面耦合线（ＲＭＣＣＬ）、共面耦合矩形微屏蔽线（ＣＣＲＭＬ）。推导出用于计算这些传输线的ＴＥＭ参数的解析公式，其推导方法为基于ＴＥＭ模假设，用精确的保用变换。数字结果显示了各种共面耦合传输线的性质。

基于SHT10单片集成传感器温湿度检测模块设计

测控系统中经常涉及到温度和湿度参数的检测,采用一体化集成的传感器对温湿度进行检测有利于提高系统的抗干扰能力和可靠性。SHT10正是集温度和湿度检测于一体的单片集成传感器。文中介绍SHT10传感器的基本特性和外部接口的时序要求,详细讨论以SHT10为信息源的温湿度模块的软硬件设计。

一种单片集成电容式压力传感器的设计、制造和测试

提出了一种新型电容式压力传感器。在外加压力下,该传感器的极板面积、间距以及介质层介电常数均发生改变,并导致电容发生变化。同时介绍了接口电路的设计,该电路基于电容-频率转换原理。该传感器结构简单,实现了与CMOS接口电路集成。传感器采用标准CMOS工艺与后处理工艺相结合的方式制造。结果表明,在800hPa到1100hPa的压力范围,传感器灵敏度约为44fF/hPa,接口电路的分辨率为3.77Hz/hPa。