基于CMWCNT/Nafion的增强型离子聚合物金属复合材料的制备及致动性能

离子聚合物金属复合材料(IPMC)是一种新型的电活性材料,具有体积小、质量轻、驱动电压低等优点,但驱动力小、稳定工作时间短等问题限制着其柔性致动性能。提出了一种基于银基IPMC的增强型致动器,通过在IPMC的基底聚合物中掺杂羧基化多壁碳纳米管(CMWCNT),来提高IPMC的整体机械性能和致动性能。其中,掺杂质量分数0.5%CMWCNT的IPMC的最大尖端位移和驱动力分别增加至未优化银基IPMC的1.60倍与2.32倍,该性能的提升归因于CMWCNT良好的导电性和羧基对水合阳离子迁移的加速作用。与未优化的银基IPMC相比,掺杂质量分数0.5%CMWCNT时IPMC驱动速率可提升至3.57倍。研究结果可为IPMC在各领域的应用发展提供参考。

电容式微机械超声换能器的水下收发性能

为满足水下超声探测的应用需求,设计了一种采用硅基集成电路制造工艺制备的电容式微机械超声换能器(CMUT)。首先介绍了CMUT的工作原理及其结构参数,然后完成了CMUT的水密封装,最后对封装后CMUT的电容-电压(C-V)特性、发送电压响应级、接收灵敏度与回波信号进行测试。测试结果表明,封装后的CMUT具有良好的C-V特性,电容变化量最大可达313.7 pF,其发送电压响应级最大值为163.83 dB@2 MHz,接收灵敏度最大值为-228.27 dB@1 MHz,因此其在水下环境具备良好的发射超声波与接收超声波的能力。该研究结果为高密度CMUT阵列的设计和封装及水下超声探测提供了理论和应用依据。

特殊离子注入工艺对集成电路漏电流的影响及优化

集成电路(IC)芯片的漏电流是制约芯片功耗、性能和寿命的主要因素之一。由于芯片制造工艺的复杂性,经常出现晶圆边缘与中心区域芯片漏电流分布不均,不同晶圆之间芯片漏电流差异较大的现象。为了解决这些问题,通过对芯片漏电流与电性参数和栅极尺寸相关性的分析发现,刻蚀机台机械结构的特殊性会造成晶圆边缘与中心区域芯片栅极尺寸差异现象,导致区域漏电流差异。使用分区域离子注入法解决晶圆内区域芯片漏电流分布不均的问题,从而提高成品率;同时,通过工艺-电性联合控制法减小不同晶圆间较大的芯片漏电流差异。通过实际案例验证,采用分区域离子注入法可将成品率提升约30%;通过工艺-电性联合控制法可以将晶圆间芯片饱和电流差异缩小61%。

FBAR电极和压电薄膜制备工艺研究

薄膜体声波谐振器(FBAR)制备工艺中,压电薄膜及金属电极的质量和形貌直接影响了器件的性能如品质因数、插入损耗及带宽等。研究了决定FBAR性能的关键工艺,包括Mo电极的刻蚀、AlN压电薄膜的溅射和腐蚀,从而实现高质量电极及压电薄膜结构。同步调节光刻胶掩膜侧壁角度和刻蚀选择比,得到了平缓的底电极侧壁角度,实现了有利于AlN溅射连续性的底电极形貌,通过调节溅射工艺中N_(2)流量组分和温度等参数得到高质量的AlN薄膜,对比不同质量分数和温度的腐蚀溶液对AlN腐蚀工艺的影响,对AlN腐蚀不净及钻蚀问题进行分析,得到最佳的AlN腐蚀条件。最终工艺优化后制备出的FBAR经测试具有良好的滤波器特性,该研究对FBAR制备工艺和性能的提升具有借鉴意义。

基于SMIC 180nm工艺的内插延时链型TDC芯片

在高能同步辐射光源的高分辨谱学线站系统(HEPS-B5)的核共振散射实验中,为满足测试样品对时间数字转换皮秒级的高分辨率时间测量要求,基于SMIC 180 nm工艺设计了一款内插延时链型的四通道时间数字转换器(TDC)芯片。该TDC芯片采用“粗计数”和“细计数”相结合的链状结构,通过内插延时链法来提高测量分辨率,并结合时钟计数器以实现较大的动态测量范围。为了阻止亚稳态的传递,使用两级反相器作为基本延时单元,另外通过异步先进先出(FIFO)缓冲器实现数据在不同时钟域之间的安全传递。实验测试结果表明,该TDC芯片的时间分辨率可达到56.3 ps,动态测量范围为0~262μs,能够满足核共振散射实验的高精度时间测量要求。

Ga_(2)O_(3)器件表面钝化技术研究进展

氧化镓(Ga_(2)O_(3))具有超宽禁带、高理论击穿电场强度、高Baliga优值(BFOM)等优异特性,是制备高压大功率器件的理想半导体材料之一。但是,实现良好的器件表面钝化,尤其是改善绝缘介质/Ga_(2)O_(3)的界面特性仍然是Ga_(2)O_(3)器件研究中亟需解决的关键技术难题。首先,对Ga_(2)O_(3)金属-氧化物-半导体(MOS)器件表面钝化、高k介质能带工程的研究进展进行分析、对比;然后,对适用于Ga_(2)O_(3)器件(晶体管、二极管)表面钝化技术的重要研究进展进行了综述,包括表面边缘终端设计、复合钝化工艺、钙钛矿型氧化物钝化等;最后,对Ga_(2)O_(3)器件表面钝化的研究方向进行了展望。

封装黏合层材料对碳化硅高温压力传感器性能的影响

高温微电子机械系统(MEMS)动态压力传感器常用于恶劣环境下的动态测试,其稳定工作受限于可靠的封装。通过有限元仿真软件对不同封装黏合层材料对传感器静、动态特性的影响进行研究。仿真结果表明,以无机高温胶作为黏合层材料的传感器在常温下固有频率为488.68 kHz、上升时间为60μs,600℃下灵敏度为73.41 mV/MPa,相比采用环氧树脂和玻璃黏合层材料的传感器,其抗冲击干扰性能及响应时间等动态性能具有一定优势。测试结果表明,在常温至300℃,以无机高温胶作为黏合层材料的传感器零点输出电压从2.16 mV升至7.45 mV,满量程输出电压由124.0 mV降至69.35 mV,与仿真结果有相同的趋势,为碳化硅高温压力传感器封装工艺黏合层材料选材提供了参考。

基于碲化铋纳米线的长波红外光热电探测器

研究碲化铋(Bi_(2)Te_(3))光电探测器在长波红外波段的响应机制及性能提升策略对光电探测的发展具有重要意义。首先通过化学气相沉积(CVD)中生长温区的选择,实现了热力学主导的纳米结构形貌可控合成,其形状从三角形纳米片转变为纳米线。然后研究了Bi_(2)Te_(3)纳米线光电探测器在长波红外波段的响应,确定其响应机制由光热电效应主导。通过优化电极材料,将探测器响应度提升至17 V/W,噪声等效功率为0.22 nW·Hz^(-1/2);通过构造非对称电极结构,解决了微纳型光热电探测器在全局光照明下无响应电压输出的问题。此外,Bi_(2)Te_(3)纳米线光热电探测器响应时间为53μs,突破了传统热型光电探测器毫秒级响应速度的限制。与其他复杂的结构设计相比,Bi_(2)Te_(3)纳米线光电探测器有与之相当的性能,为二维材料光热电探测器的设计提供了新的思路。

基于JESD204B协议的智能信号处理SoC中自适应缓冲结构

JESD204B(简称204B)是智能信号处理系统级芯片(SoC)中连接高速模数/数模(AD/DA)转换的重要接口,将SoC系统结构与204B标准要求进行集成设计时,自适应缓冲结构(ABS)可弥补204B协议对数据传输缺乏流量控制的缺陷,并通过设置自适应缓冲与流控机制,保证数据传输的可靠性。经过现场可编程门阵列(FPGA)验证,SoC在204B接口可以达到4×12.5 Gbit/s的数据传输带宽,证明设计的204B接口方案在智能信号处理SoC中的可行性和有效性,满足智能信号处理SoC对于数据接口的要求。该设计方案的实现对无流量控制数据传输协议与SoC体系结构的集成有借鉴意义。

Si/SiC超结LDMOSFET的短路和温度特性

Si/SiC超结横向双扩散金属氧化物半导体场效应管(SJ-LDMOSFET)能有效改善Si SJ-LDMOSFET阻断电压低、温度特性差和短路可靠性低的问题。采用TCAD软件对Si SJ-LDMOSFET和Si/SiC SJ-LDMOSFET的短路和温度特性进行研究。当环境温度从300 K上升到400 K时,Si/SiC SJ-LDMOSFET内部最高温度均低于Si SJ-LDMOSFET,表现出良好的抑制自热效应的能力;Si/SiC SJ-LDMOSFET的击穿电压基本保持不变,且饱和电流退化率较低。发生短路时,Si/SiC SJ-LDMOSFET内部最高温度上升率要明显小于Si SJ-LDMOSFET。在环境温度为300 K和400 K时,Si/SiC SJ-LDMOSFET的短路维持时间相对于Si SJ-LDMOSFET分别增加了230%和266.7%。研究结果显示Si/SiC SJ-LDMOSFET在高温下具有更好的温度稳定性和抗短路能力,适用于高温、高压和高短路可靠性要求的环境中。

屏蔽栅沟槽MOSFET源-漏极间的漏电流优化

对于功率MOSFET,在较大的外加电压下能否获得更小的源-漏极间漏电流是评价器件性能的重要指标之一。针对击穿电压150 V的屏蔽栅沟槽MOSFET源-漏极间漏电流过大的问题,提出了两种有效的优化方法,包括降低接触孔离子注入后快速退火温度及减薄接触孔钛黏合层的厚度。结合理论计算,从缺陷影响的角度分析了上述方法减小漏电流的原因。这两种方法降低了源区pn结附近的缺陷浓度,导致pn结的反偏产生电流减小,从而减小漏电流,有效改善了源-漏极间漏电流过大的问题,使产品成品率得到提高。

集成电路中金属互连工艺的研究进展

随着集成电路中器件尺寸不断微缩,RC延时成为制约电路工作频率的主要因素。作为后端制程发展的里程碑之一,引入铜(Cu)和低介电常数(κ)材料作为互连导体和介质材料可以显著降低RC延时。然而,随着工艺技术节点达到5 nm或更低,电阻的尺寸效应使得Cu互连技术无法满足性能需求。由于低κ材料在工艺集成上的限制,尺寸微缩导致的RC延时主要通过金属化方法来抑制。介绍了金属互连工艺的发展和挑战,综述了为解决上述问题近几年金属互连技术的最新研究进展,包括新工艺和新材料的开发以优化传统的扩散阻挡层/衬垫层,Ru半大马士革工艺以及混合金属互连工艺,展望了后摩尔时代金属互连技术的发展。

多芯片模块互连可靠性预测分析

为了预测多芯片模块(MCM)的互连短路和断路失效,采用ANSYS参数化设计语言(APDL)实现了由2个Si开关芯片和2个GaAs低噪声放大器芯片组成的高集成度双通道MCM的3D自动建模。对不同工作条件下的MCM进行了热传导分析。基于原子通量散度(AFD)原理,采用有限元分析(FEA)法对该MCM在不同工作温度和电压下的互连可靠性进行了分析,得到该MCM在不同工作条件下的AFD分布、温度分布,以及温度、AFD与工作电压的关系曲线。结果表明,芯片和塑封材料的温度随着工作电压的升高而增加,且该MCM的互连可靠性随着温度和工作电压的增加而显著降低。研究结果可为MCM的版图设计提供参考,以保障其互连可靠性。

屏蔽栅沟槽MOSFET单粒子微剂量效应研究

以屏蔽栅沟槽(SGT)MOSFET为研究对象,研究了重离子诱发的单粒子微剂量效应的现象及物理机理。对不同偏置电压下的30 V SGT MOSFET进行重离子辐照试验,分析了重离子轰击后器件转移特性曲线的变化趋势,揭示单粒子微剂量效应的退化规律。研究发现重离子入射会引起器件的亚阈值电流增大,导致阈值电压负向漂移,且负栅压下器件的亚阈值电压负向漂移更严重。试验结果结合TCAD仿真进一步揭示在栅氧化层侧墙处Si/SiO_(2)界面的带正电的氧化物陷阱电荷是导致器件阈值电压和亚阈值电压等参数退化的主要原因。研究结果可为SGT MOSFET单粒子微剂量效应评估和建模提供指导。

高精度带隙基准电压源的实现

提出了一种高精度带隙基准电压源电路 ,通过补偿其输出电压所经过的三极管的基极电流获得精确的镜像电流源 .设计得到了在 - 2 0～ +80℃温度范围内温度系数为 3× 1 0 - 6 /℃和 - 85 d B的电源电压抑制比的带隙基准电压源电路 .该电路采用台积电 (TSMC) 0 .35 μm、3.3V/ 5 V、5 V电源电压、2层多晶硅 4层金属 (2 P4 M)、CMOS工艺生产制造 ,芯片中基准电压源电路面积大小为 0 .6 5 4 mm× 0 .340 mm,功耗为 5 .2 m W.

一种分段线性补偿的带隙基准(英文)

提出了一种采用分段线性补偿的方法来实现高精度带隙基准 ,其基本原理是将整个温度区间分为若干个子区间 ,在不同子区间上采用不同线性补偿函数达到最佳补偿 .由于温度区间缩小 ,补偿误差也随之减小 ,从而在整个工作温度区间上的补偿误差也缩小 .理论上 ,只要温度子区间取得足够小 ,就可以达到任意精度 .示例中将 - 4 0～ 1 2 0℃的温度区间仅分为三个子区间 ,平均温度系数就从 1 .5× 1 0 - 5/℃减小到 2× 1 0 - 6 /℃ .

用改进的遗传算法精确提取GaAs MESFET小信号等效电路参数

提出了一种改进的遗传算法 ,应用于提取 Ga As MESFET小信号等效电路参数 .改进的算法采用浮点编码连续突变 ,多种遗传操作合作运行 ,并应用子代优化策略克服了传统遗传算法可能出现的种群退化现象 ,该算法可快速搜索到全局最优解而不受初始值限制 .在 0 .1～ 1 0 GHz范围内实现了精确、快速地提取 Ga As MESFET小信号等效电路参数 ,并可合理外推至 2 0 GHz,整个过程无需人工干预 .算法用 Matlab语言实现 ,可方便地应用于 HBT和HEMT以及无源元件电容。

vf-BGA封装焊球热疲劳可靠性的研究

采用有限元分析方法对 vf- BGA焊球的热疲劳特性进行了模拟 .通过扫描电镜 (SEM)对温度循环试验后焊球金属间化合物 (IMC)层和剪切强度试验后的断裂面进行了形貌、结构和组分的观察及分析 .实验和模拟结果表明 :热疲劳负载下焊球的剪切疲劳强度 ,受到焊球塑性应变能量的积累和分布以及金属间化合物层的厚度和微结构变化导致的界面脆性等因素的影响 .使用

SiON对Si基SiO_2AWG偏振补偿的数值分析

采用全矢量交替方向隐含迭代方法系统分析了高折射率 Si ON薄膜对 Si基 Si O2 阵列波导光栅中波导应力双折射的影响 .分析结果表明在芯区上或下表面沉积 Si ON薄膜可以明显减小 Si基 Si O2 阵列波导光栅 (AWG)中波导的应力双折射 ,但这两种补偿方法容易使模场偏移中心位置 ,不利于波导与光纤的耦合 .理想的补偿方法是在芯区上下同时补偿 ,可减小模场偏移 ,并用该方法设计了偏振无关的 1 6通道 AWG.

一种DC～5GHz串联微波开关的温度特性和功率处理能力的测试与分析(英文)

描述了一种串联微波 MEMS开关的设计、制造过程 ,它制作在玻璃衬底上 ,采用金铂触点 ,在 DC～ 5 GHz,插损小于 0 .6 d B,隔离度大于 30 d B,开关时间小于 30μs.对这种微波开关的温度特性和功率处理能力进行了测试 ,在DC～ 4 GHz,85℃下的插损增加了 0 .2 d B,- 5 5℃下的插损增加了 0 .4 d B,而隔离度基本保持不变 .在开关中流过的连续波功率从 1 0 d Bm上升到 35 .1 d Bm ,开关的插损下降了 0 .1～ 0 .6 d B,并且在 35 .1 d Bm (3.2 4 W)下开关还能工作 .和所报道的并联开关最大处理功率 (4 2 0 m W)相比 。