北京大学“微处理器组织与设计”教育部-Sun精品课程建设体会

精品课程建设是一个系统工程，针对教育部-Sun精品课程，我们本着理论与实践并重、教学资源科学管理和多方共享的原则，初步完成了“微处理器组织与设计”的课程建设工作。其中取得的一些经验也可为其他精品课程建设提供参考。

微电子机械系统中的残余应力问题

残余应力一直是微系统技术 (MST)发展中一个令人关注的问题 ,它影响着MEMS器件设计、加工和封装的全过程。文中考虑薄膜中残余应力的起源 ,介绍测量残余应力的主要方法 ,并就计算薄膜中残余应力的Stoney公式及其推广形式作了详细的讨论 ,针对微尺度下残余应力对MEMS结构力学行为的影响 。

微电子机械系统中典型构件的力电耦合分析及其应用研究

力电耦合是大多数微电子机械系统 (尤其是以静电驱动的微机械 )的重要特征。文中采用有限元 (FEM )结合边界元 (BEM)的方法来混合求解MEMS中的力电耦合问题 ,利用自行研制的程序给出了几种典型构件 (平行板、悬臂梁和固支梁 )的分析结果 ,并同其他商业软件 (ANSYS和Intellisuite)的计算结果进行比较。同时 。

电子束直写邻近效应校正技术

通过蒙特卡罗模拟方法研究电子散射过程，探讨邻近效应产生机理并寻求有效的邻近效应校正途径。实验结果表明：邻近效应现象是一种综合效应，可以通过优化工艺条件有效地抑制邻近效应的影响，使邻近效应校正达到预期的效果。

多晶金薄膜电子-声子耦合

随着电子器件和高频雷达等的尺寸减小、工作频率提高及飞秒激光超快加工的广泛应用,金属中的电子-声子耦合都成为重要的影响因素。对于尺寸效应会不会增强多晶金属薄膜的电子-声子耦合仍然存在争议。本文采用飞秒激光背面泵浦-表面探测热反射方法,对不同厚度金薄膜中的电子-声子耦合过程进行了实验研究。研究结果表明薄膜中的电子-声子耦合和体材料基本相同,并且不随薄膜厚度及晶粒尺寸发生变化。通过对表面和晶界对电子-声子耦合的机理分析发现,在多晶薄膜中电子弛豫通过电子-声子、电子-晶界及电子-表面耦合实现,但是电子与晶界及表面的耦合作用远比和声子的耦合弱,因此多晶薄膜的电子-声子耦合过程和体材料相近,且不随薄膜厚度发生变化。

负电子微分迁移率场效应管的二维数值分析

本文对于新型的负电子微分迁移率场效应管内部的电位、沿沟道方向的电场以及载流子浓度的稳态分布进行了二维数值模拟,结果表明通过适当选取器件尺寸、掺杂分布以及偏置电压,沿沟道方向可以产生一个处于负电子微分迁移率范围之内的均匀电场,使沟道具有负RC效应而不出现高场畴.

图腾柱PFC无静差二次型最优PID控制仿真分析

计算方法以及计算机技术的发展促进了现代控制理论的工程化。本文采用无静差二次型最优调节器(LQR)优化PID控制参数选取方法,设计了图腾柱功率因数校正器(PFC)二次型最优PID控制算法。在给出双闭环LQR优化PID控制原理后,建立了状态空间平均模型,采用MATLAB的LQR函数设计了BOOSTDC-DC变换器的双闭环PID控制算法,进而采用相同的双闭环PID控制参数设计了对等电气条件下图腾柱PFC二次型最优PID控制参数,搭建了MATLAB/Simulink仿真电路,分析结果反映了图腾柱PFC二次型最优PID控制参数优化方法是可行的。

多晶硅薄膜应力特性研究

本文报道了低压化学气相淀积（ＬＰＣＶＤ）制备的多晶硅薄膜内应力与制备条件、退火温度和时间及掺杂浓度关系的实验研究结果，用ＸＲＤ、ＲＥＤ等技术测量分析了多晶硅膜的微结构组成．结果表明，ＬＰＣＶＤ制备的多晶硅薄膜具有本征压应力，其内应力受淀积条件、微结构组成等因素的影响．采用快速退火（ＲＴＡ）可以使其压应力松弛，减小其内应力，并可使其转变成为本征张应力，以满足在微机电系统（ＭＥＭＳ）制备中的要求．

压阻加速度计的Au-Si共晶键合

通过将压阻加速度计上帽与结构片的键合 ( 36 5℃保温 10min) ,再进行下帽与结构片的键合 ( 380± 10℃保温2 0min) ,成功进行了三层键合 .测得的键合强度约为 2 30MPa.硅片 基体 /SiO2 /Cr/Au层和硅片之间键合时 ,SiO2 溶解而形成CrSi2 硅化物 .共晶反应因Cr层而被推迟 ,键合温度高出共晶温度 2 0℃左右 ,从而避免了由于Au元素向硅中扩入而造成的污染 ,进而避免可能造成的对集成微电子器件性能的影响 .试验还证明硅基体 SiO2 /Cr/Au/Poly Si/Au键合层结构设计模型也遵循这一键合过程中的原子扩散理论 .

硅基MEMS技术

结合MEMS技术的发展历史 ,概括了当今硅基MEMS加工技术的发展方向。指出表面牺牲层技术和体硅加工技术是硅基MEMS加工技术的两条发展主线 ;表面牺牲层技术向多层、集成化方向发展 ;体硅工艺主要表现为键合与深刻蚀技术的组合 ,追求大质量块和低应力以及三维加工。SOI技术是新一代的体硅工艺发展方向 ;

用于MEMS的单晶硅上无电镀铜、镀镍工艺

开发了单晶硅上的选择性无电镀铜、镀镍工艺,形成了较为优化的施镀流程,实现了保形性、均镀性较好的铜、镍及其复合镀层.其中针对单晶硅表面的特点,采取了浓酸处理和氧等离子轰击两种表面预处理方法,优化了氯化钯对表面的激活时间,使得镀层质量得到提高.提出了以镍作为中间层以减小镀层应力的方法,施镀后获得的铜镀层的电阻率为2. 1μΩ·cm,铜/镍复合镀层的方块电阻为0. 19Ω/□.在单晶硅MEMS电感结构上实现了较好的无电镀铜,使得该元件的品质因数超过25.

MEMS振动陀螺闭环自激驱动的理论分析及数值仿真

对采用AGC(automatic gain control)控制实现的陀螺闭环自激驱动系统进行了理论分析,利用平均技术和相平面法求解出了MEMS振动陀螺闭环自激驱动系统的起振条件以及幅度稳定条件的解析表达式,并进行了数值仿真验证。在该闭环驱动系统中,通过引入PI控制器消除了振动幅度控制的稳态误差。仿真结果很好地吻合了理论分析,理论分析结果可用于指导自激驱动系统的硬件实现。

新一代存储技术：阻变存储器

阻变存储器具有存储单元结构简单、工作速度快、功耗低、有利于提高集成密度等诸多优点,受到广泛的关注。作者论述了RRAM的基本结构和工作原理,并介绍了三维集成和多值存储等RRAM新型技术。

高性能金属铟镓锌氧化物TFT的研究

在2.5 G试验线上研究了金属氧化物IGZO薄膜晶体管(TFT)的性能,获得良好的IGZO TFT性能,迁移率为10.65cm2/V·s,阈值电压Vth为-1.5 V,开态电流为1.58×10-4 A,关态电流为3.0×10-12,开关比为5.27×107,亚阈值摆幅为0.44V/Dev,验证了TFT的均一性和重复性。此外还研究了可见光照和电压偏应力对IGZO TFT性能的影响,可见光照不会促使IGZO TFT Vth的漂移,进行2 h的负偏电压应力测试,IGZO TFT的Vth几乎没有漂移。使用上述IGZO TFT基板成功地制作了中国大陆第一款Oxide-LCD样机(18.5英寸),展现出良好的效果。

基于LabVIEW的微机械陀螺自动测试系统开发

为了快速评估微机械陀螺的性能参数,结合NI PXI 4461数据采集卡,用LabVIEW软件实现了陀螺信号处理算法和若干关键指标测试功能,包括陀螺扫频测试、闭环驱动控制测试、标度因数和零偏等相关性能测试。实验结果表明,该自动测试系统借助LabVIEW强大的信号处理功能以及灵活的在线调试大大地提高了陀螺芯片测试与筛选的效率,可以快速可靠地挑选出性能优良的陀螺芯片,对陀螺的生产加工具有重要的促进作用。

CMOS射频集成电路的研究进展

近年来,射频集成电路(RFIC)的应用和研究得到了飞速的发展,CMOS射频IC的研究更是成为该领域的研究重点和热点。文章对CMOS技术在射频和微波领域的应用进行了详细的探讨,着重介绍了当前射频通讯中常用的收发机结构及其存在的问题和解决方案;分析了射频收发机前端关键电路模块低噪声放大器(LNA)、混频器(Mixer)、压控振荡器(VCO)、功率放大器(PA)和射频关键无源元件的最新研究进展;展望了CMOS技术在射频领域的发展前景。

基于硅微加工工艺的微热板传热分析

针对常压和真空两种环境 ,通过三维有限元模拟分析了背面体硅加工型、正面体硅加工型和表面加工型三种微热板 (MHP)的传热主渠道和加热功率 .制作了背面体硅加工型和表面加工型MHP ,并对两者在常压及 13 3Pa气压下的加热功率进行了测试 .实验值与有限元分析结果一致 ,表明虽然真空中表面加工型MHP热功耗小于背面体硅加工型MHP ,但薄层空气导热使表面加工型MHP在大气中的功耗大幅增加 。

面向产业需求的21世纪微电子技术的发展(上)

微电子产业是国民经济与国防建设的战略性基础产业 .对此 ,我国经历了发展时期的奋斗 ,现正处于微电子产业迅速崛起的前夕 ,预计经过 1 0— 1 5年左右时间的努力 ,将把我国建设成为微电子产业和科学技术的强国 .文章着重介绍了 2 1世纪微电子产业的发展需求 ,面向这个需求 ,讨论了 2 1世纪微电子科学技术的主要发展方向 .认为 :一方面 ,特征尺寸将继续等比例缩小 (scalingdown) ,包括新结构、新工艺、新材料的器件设计与制备技术以及光刻技术、互连技术将迅速发展 ;基于特征尺寸继续等比例缩小 ,系统芯片 (SOC)将取代目前的集成电路 (IC)最终成为主流产品 ;另一方面 ,纳电子学也将得到突破性进展 ,量子器件、分子电子器件等的相关研究日益活跃 ,期望最终达到可集成的目标 ;此外 ,微电子技术与其他领域相结合诞生出的新的技术增长点和新的学科———微机电系统(MEMS)技术等也将继续快速发展 .文章阐述了相关发展方向存在的挑战和可能的解决方案 。

超深亚微米集成电路中的互连问题——低k介质与Cu的互连集成技术

半导体集成电路技术的发展对互连技术提出了新的需求 ,互连集成技术在近期和远期发展中将面临一系列技术和物理限制的挑战 ,其中 Cu互连技术的发明是半导体集成电路技术领域中具有革命性的技术进展之一 ,也是互连集成技术的解决方案之一 .在对互连集成技术中面临的技术与物理挑战的特点和可能的解决途径概括性介绍的基础上 ,重点介绍和评述了低 k介质和 Cu的互连集成技术及其所面临关键的技术问题 ,同时还对三维集成互连技术、RF互连技术和光互连技术等