基于GaAs E/D PHEMT工艺的Ku波段双通道幅相控制多功能芯片

基于GaAs增强/耗尽型赝配高电子迁移率晶体管(E/D PHEMT)工艺设计了一款14~18 GHz的双通道多功能芯片。芯片集成了单刀双掷(SPDT)开关、6 bit数控移相器、4 bit数控衰减器和增益补偿放大器。采用正压控制开关以减小控制位数;优化移相、衰减和放大等电路拓扑结构,以获得良好的幅相特性;采用紧凑布局、双通道对称的版图设计,以实现小尺寸和高性能。测试结果表明,+5 V电压下,接收通道增益大于3 dB,1 dB压缩点输出功率大于8 dBm;发射通道增益大于1 dB,1 dB压缩点输出功率大于2 dBm;64态移相均方根误差小于2.5°,16态衰减均方根误差小于0.3 dB,芯片尺寸为3.90 mm×2.25 mm。该多功能芯片可实现对射频信号幅度和相位的高精度控制,可广泛应用于微波收发模块。

压接型IGBT芯片的参数分散性对其并联时关断均流的影响

压接型绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)的多芯片并联关断期间会出现严重的不均流现象,直接影响到器件的关断可靠性。文中重点研究压接型IGBT芯片参数对其并联时关断均流的影响,首先,根据IGBT单芯片的关断机理和波形,分析芯片参数对IGBT单芯片关断各个阶段内集电极电流变化的影响规律;其次,定义多芯片并联关断波形中出现的第一类及第二类电流竞争峰谷,建立针对第一类电流竞争峰谷的随机分布模型,获得芯片参数以及并联数目对关断均流的影响规律,通过并联双芯片的双脉冲实验,验证所得规律的有效性;最后,结合分析结果提出阈值电压与饱和压降的相互补偿以及保持阈值电压差与跨导差异号等芯片筛选建议。研究成果可以为并联压接型IGBT芯片的参数筛选工作提供指导。

高压大功率IGBT器件绝缘结构的电场计算研究综述

随着高压直流输电技术的发展,高压大功率绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)器件被广泛应用于各类高压大容量电力换流和控制装备中。然而,在高压大功率IGBT器件的研制过程以及工程应用中,器件内部局部放电现象乃至击穿现象频繁发生,给器件绝缘设计带来巨大挑战。要想实现良好器件绝缘设计,就需要获得器件内部的电场分布,因此实现器件内部电场的准确计算至关重要。文中全面回顾器件内部绝缘结构的建模和计算方法的发展历程,从封装绝缘电场计算、芯片绝缘电场计算以及芯片和封装绝缘耦合电场计算3个方面介绍相关研究的发展历程、适用范围以及相应的不足,最后展望未来器件内绝缘结构电场计算的发展方向。

GaN功率器件应用可靠性增长研究

GaN功率器件是雷达T/R组件或发射功放组件中的核心元器件,随着器件的输出功率和功率密度越来越高,器件的长期可靠性成为瓶颈。文章对雷达脉冲工作条件下GaN功率器件的失效机理进行了分析和研究,指出高漏源过冲电压、栅源电压的稳定性以及GaN管芯的沟道温度的高低是影响GaN功率器件长期应用可靠性的主要因素,同时给出了降低漏源过冲电压、提高栅源电压稳定性以及改善GaN管芯的沟道温度的措施和方法。

压接型IGBT芯片的参数分散性对其并联时开通均流的影响

压接型绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)的多芯片并联技术已成为大功率器件设计的核心之一,而并联压接型IGBT芯片的开通均流问题因续流二极管反向恢复的存在需被重点关注。为研究压接型IGBT芯片的参数分散性对其并联时开通均流的影响,文中首先根据IGBT单芯片的开通机理和波形揭示芯片参数对IGBT开通各个阶段内集电极电流变化的影响规律;其次,通过统计直方图获得IGBT芯片阈值电压和饱和管压降等参数的正态分布特性,提出多芯片并联开通过程中集电极电流分布的统计分析方法,掌握并联IGBT芯片的参数分散性对其开通过程中电流分布的定量影响规律,推导开通过程中芯片电流的计算公式;最后,在并联双芯片的双脉冲实验中验证所得结论的有效性,提出调节阈值电压与跨导的比例以及控制饱和管压降的极差等筛选策略。本文的研究成果可以为并联压接型IGBT芯片的参数筛选提供理论指导和数据支撑。

基于STM32F103单片机的放大器非线性失真研究装置设计与实现

随着电子技术的快速发展,模拟电路越来越小型化,使得便携式实验成为可能。该文基于STM32F103单片机设计制作的一个放大器非线性失真研究装置。该设计采用晶体管放大电路设计信号源放大电路,顶部(底部)失真的放大电路,双向失真的放大电路和交越失真的推挽电路,使用STM32F103作为主控电路,产生1 kHz的正弦波,并对失真信号进行采样,用FFT算法实现总谐波失真度(THD)的测量。实验结果表明该装置能很好地满足非线性失真实验研究的要求,同时由于该装置便携性强,随时随地可做,激发学生的学习热情,学生的创新意识、分析问题和解决问题的能力也得到显著提高。

基于单片机的晶体管特性图示仪

介绍了一种实用廉价的晶体管特性图示仪设计方案,该图示仪以单片机为控制核心、用普通示波器作为输出部件。对该仪器的硬件设计作了详细的介绍,并简单介绍了仪器功能的扩展。

电子倍增CCD倍增要件研究

讨论了信号载流子倍增寄存器(CCM)结构及其工作原理,在此基础上建立了电子倍增CCD的碰撞电离模型.通过对CCM倍增结构的研究发现实现倍增的三个必要条件:适中的倍增级电场、适当的浅掺杂浓度以及与电子碰撞平均自由程相当的倍增距离.通过建模研究均匀场强中增益情况表明增益因子为0.01时对应的偏置电压接近EMCCD所用倍增电压.

不断发展中的IGBT技术概述

概述了自IGBT发明以来其主要结构和相应性能的改进,包括芯片集电结附近(下层)结构的改进(透明集电区),耐压层附近(中层)结构的改进(NPT,FS/SPT等)和近表层(上层)结构的改进(沟槽栅结构,注入增强结构等),以及由它们组合成的NPT-IGBT,Trench IGBT,Trenchstop-IGBT,SPT,SPT+,IEGT,HiGT,CSTBT等。

电位无标型糖化血红蛋白免疫微传感器

研制了基于标准CMOS工艺和微加工技术的电位无标型免疫微传感器,可实现糖化血红蛋白浓度与血红蛋白浓度的简便检测。该微传感器包括含有信号读出电路的场效应型微传感集成芯片和一次性测试试条。微传感集成芯片由本实验室设计并经新加坡Chartered半导体公司流片制备。一次性测试试条采用微加工技术制备于柔性塑料片上,包括敏感电极阵列和三维微结构测量池。基于自组装单层膜并引入纳米金颗粒的方法,在测试试条电极表面固定抗体。采用循环伏安法和交流阻抗法对电极表面的修饰过程进行了测试和分析。该传感器对糖化血红蛋白和血红蛋白检测的线性范围分别为4～24mg/L和60～180mg/L。

基于SOC的有机膜REFETs研究

由于传统参比电极的大尺寸及液接盐桥的存在,限制了ISFET向着小型化、集成化方向发展．研制了一种采用0．35μm标准CMOS工艺制造的,集ISFET/REFET及其信号检测、处理电路于一体的生化SOC(system on chip)．REFET是该生化SOC采用差分测试方法省略参比电极的关键．介绍了几种有机物材料作为钝化膜的RE- FET．分析比较了各种制备REFET钝化膜的工艺特点及膜的功能特点．实验结果表明,以PTFE为钝化膜的REFET对pH的响应可达到0．39 mV/pH,这表明PTFE膜是一种较为理想的pH钝化材料．

100A/1200V 方片 GTR 的研制

通过计算机数值计算求解半导体器件方程组，对方片达林顿ＧＴＲ体内的关键参数———轻掺杂集电区宽度进行了临界设计，最大限度地协调了击穿电压与饱和压降、电流增益、开关时间之间的矛盾。在典型的电力半导体器件工艺条件下，开发出了一种类台面方片高压隔离终端，提高了生产成品率，形成了国产化的低成本ＧＴＲ方片制造技术。

纳电子学与神经形态芯片的新进展

综述了纳电子学和神经形态芯片进入新世纪后所处发展阶段以及近两年的最新进展。在纳电子领域,综述并分析了当今集成电路的发展现状,包括鳍式场效应晶体管（Fin FET）的发展、10 nm节点的技术突破、7 nm和5 nm节点的前瞻性技术研究以及三类后互补金属氧化物半导体（CMOS）器件（自旋电子器件、隧穿FET和碳纳米管栅的二维半导体Mo S2晶体管）的探索性研究,指出摩尔定律将沿着加强栅对沟道电子的控制（三栅和环栅）、更换高迁移率材料和采用新机理等技术路线继续前行。在神经形态芯片领域,综述并分析了神经形态芯片的发展历程、＂真北＂类脑芯片的技术创新和应用、当今嵌入式神经处理器的四个发展特点和采用新器件提高能量效率的探索。采用纳电子技术的神经形态芯片的发展将成为未来智能时代发展的基础。

基于单片机的一种步进电机全数字任意细分及驱动方法

在大功率步进电机应用中实现连续多倍细分和直接对交流２２０Ｖ的高压、大功率驱动不多见。根据大功率步进电机的应用特点和使用单位对控制器性能的要求，为了提高步进电机的分辨率和运行可靠稳定，我们曾提出一种简单、有效的全数字式步进电机细分方法及其实现原理，并研...

基于单片机控制的开关电源的研究与设计

基于单片机控制技术设计了一种数控开关电源。以89C51单片机作为控制核心,对开关变换电路进行脉宽调制,构成一个智能闭环控制系统。设计的开关电源具备更加完善的功能,更人性化、智能化,便于实时监控。可以实现对开关电源输出电压进行检测,并显示实时电压值;通过按键进行编程预置期望输出的电压。通过A/D转换器采样输出电压,根据PID算法计算控制量修改占空比,以得到期望的输出电压,并稳定在设定的电压值。过流保护功能以及辅助电源给单片机提供工作电压与电源输入,并通过键盘修订PID参数,进行实时调整。

FinFET纳电子学与量子芯片的新进展

综述了后摩尔时代中两大发展热点:鳍式场效应晶体管(FinFET)纳电子学和基于量子计算新算法的量子芯片的发展历程和近两年的最新进展。在FinFET纳电子学领域,综述并分析了当今Si基互补金属氧化物半导体(CMOS)集成电路的发展现状,包括FinFET的发展、10 nm和7 nm技术节点的量产、5 nm和3 nm技术节点的环栅场效应晶体管(GAAFET)和2 nm技术节点的负电容场效应晶体管(FET)的前瞻性技术研究以及非Si器件(InGaAs FinFET、WS2和MoS2两种2D材料的FET)的探索性研究。指出继续摩尔定律的发展将以Si基FinFET和GAAFET的技术发展为主。在量子芯片领域,综述并分析了超导、电子自旋、光子、金刚石中的氮空位中心和离子阱等五种量子比特芯片的发展历程,提高相干时间、固态化及多量子比特扩展等的技术突破,以及近几年在量子信息应用的新进展。基于Si基的纳米制造技术和新的量子计算算法的结合正加速量子计算向工程化的进展。

不断发展中的IGBT技术概述

概述了自IGBT发明以来其主要结构和相应性能的改进,包括芯片集电结附近(下层)结构的改进(透明集电区),耐压层附近(中层)结构的改进(NPT,FS/SPT等)和近表层(上层)结构的改进(沟槽栅结构,注入增强结构等),以及由它们组合成的NPT-IGBT,Trench IGBT,Trenchstop-IGBT,SPT,SPT+,IEGT,HiGT,CSTBT等。

后摩尔时代新兴计算芯片进展

信息处理系统由于基础半导体技术遭遇"摩尔定律接近终结"和现行计算架构(冯·诺依曼架构)缺陷所导致的瓶颈,其发展受到严重挑战。为克服这些制约因素,一方面,集成电路开始沿着由技术内生动力和应用拉动的趋势,即"超越摩尔定律"和"超越CMOS"的方向,逐步发展,包括对单片3D系统和碳纳米管场效应晶体管芯片等新兴计算芯片技术的研究;另一方面,计算范式变革推动了以"神经形态计算"类脑芯片等构建的非冯·诺依曼架构的芯片迅速发展。本文从以上两个方面研究了后摩尔时代新计算芯片技术发展的脉络,分析了数字计算芯片、模拟计算芯片、神经形态计算芯片等新兴计算芯片技术的新进展。

基于IR2214芯片的大功率IGBT晶体管驱动及保护电路的设计

针对逆变需要的1200V大功率IGBT晶体管,分析了其栅极驱动特性,介绍了一种可驱动高压大功率IGBT的集成驱动ICIR2214芯片,并根据其特性设计了一种典型的应用电路。试验验证表明,该驱动电路具有良好的驱动及保护能力。

FinFET/GAAFET纳电子学与人工智能芯片的新进展

集成电路在后摩尔时代的发展呈现出多模式创新的特点。综述了后摩尔时代中两大创新发展热点,即鳍式场效应晶体管/环绕栅场效应晶体管(FinFET/GAAFET)纳电子学和基于深度学习新算法的人工智能(AI)芯片,并介绍了其发展历程和近两年的最新进展。在FinFET/GAAFET纳电子学领域,综述并分析了当今Si基CMOS集成电路的发展现状,包含Intel的IDM模式、三星和台积电的代工模式3种技术路线,及其覆盖了22、14、10、7和5 nm集成电路纳电子学的5代技术各自的创新特点,以及未来3和2 nm技术节点GAAFET的各种创新结构的前瞻性技术研究。摩尔定律的继续发展将以Si基FinFET和GAAFET的技术发展为主。在AI芯片领域,综述并分析了数字AI芯片和模拟AI芯片的发展现状,包含神经网络云端和边缘计算应用的处理器(图像处理器(GPU)、张量处理器(TPU)和中央处理器(CPU))、加速器和神经网络处理器(NPU)等的计算架构的创新,各种神经网络算法和计算架构结合的创新,以及基于存储中计算新模式的静态随机存取存储器(SRAM)和电阻式随机存取存储器(RARAM)的创新。人工智能芯片的创新发展可弥补后摩尔时代集成电路随晶体管密度上升而计算能力增长缓慢的不足。