永无止境的创新之路——记电子科技大学“信息薄膜与LTCC集成器件”创新研究群体

以张怀武教授为学术带头人的“信息薄膜与LTCC集成器件”创新研究群体，从小到大，从弱到强，通过长期努力和不懈奋斗，在国际重大热点和难点科学问题研究中锤炼出一支强有力的创新队伍。

基于移频外差的高速光电子器件自校准高频分析

高速光电子器件是大容量光通信系统和宽带微波光子系统的基础,器件的高频响应测量对于实现电光和光电转换具有重要的意义.为此,基于光外差理论提出了移频外差方法用于实现从光域光谱到电域电谱的映射,在电域获得光谱和电谱的联合分析.实验中,通过配置电域谱线的频率关系,利用移频外差将所需光载波和边带从光域映射到电域,实现了高速马赫-曾德尔调制器、相位调制器和光电探测器的自校准高频测试,获得了马赫-曾德尔调制器的调制指数、半波电压和啁啾参数、相位调制器的调制指数、半波电压以及光电探测器的响应度等多种高频参数.结果表明,该方法具有宽频段、高分辨率、多参数、自校准测试的优点.

多元氧化物电子薄膜材料的单胞生长模式与界面应力诱导效应的研究

多元氧化物薄膜,特别是ABO_3钙钛矿结构的薄膜由于有铁电、压电、热释电和超导等特性和在多功能电子器件上的广泛应用而成为电子功能材料研究的热点．该文利用激光分子束外延和磁控溅射等薄膜制备技术,采用反射式高能电子衍射(RHEED)对薄膜的生长进行原位实时的检测分析,确定了在不同的工艺条件下氧化物薄膜的层状、层岛混合和岛状生长模式。优化了薄膜的生长条件,实现了对薄膜生长模式的有效控制,绘制出SrTiO_3、BaTiO_3等薄膜的生长模式图谱。测量计算了薄膜的表面活化能和沉积粒子在表面的有效扩散率,发现氧化物薄膜表面的生长运动单元具有活化能小、迁移时间长等重要特点,采用原子力显微镜(AFM)和掠入射XRD对层状生长薄膜的层厚结构进行了精细测量,提出了氧化物薄膜单胞生长动力学模型,即薄膜生长的主要单元是以B-O八面体为主体的单原胞基团．在此基础上,系统地研究了薄膜生长异质界面应力释放行为和对结构性能的影响,在小失配度、中等失配度和大失配度下体现出的不同生长规律,出现了在临界厚度下的相干外延、应变岛、双晶外延和近重位点阵等现象．最后,通过薄膜和衬底的失配度的选择来调整界面应力的影响,并通过工艺条件来诱导薄膜结构取向,如采用薄膜自外延技术和自缓冲层技术,有效地控制和大幅度改善了铁电薄膜、介电薄膜、超导薄膜和热释电薄膜的微结构和电磁性能。

Ti-Sn体系合金稳定性及其电子结构的研究

基于第一性原理赝势平面波方法研究了具有不同结构类型的Ti-Sn体系中间相合金的基态性质,包括优化后的形成能、结合能、电荷密度和态密度等。计算结果表明,Ti-Sn体系合金的稳定性随Ti含量的增加而提高,但Ti6Sn5和Ti5Sn3的合金化能力比Ti3Sn、Ti2Sn、Ti2Sn3强得多。Ti-Sn体系合金的态密度显示了成键电子主要由Ti元素的3p、3d轨道电子和Sn元素的5p轨道电子贡献。Ti-Sn体系合金稳定性的差异主要是由于Fermi能级附近低能量区域的单位原子成键电子数不同造成的。

线性化AlGaN/GaN HEMT费米能级与二维电子气密度关系的解析模型

通过化简复杂非线性的费米能级EF与二维电子气密度ns关系,并利用化简后函数的一阶泰勒多项式建立了线性化AlGaN/GaN HEMT中EF与ns关系的解析模型。该模型可以根据二维电子气密度ns的范围及温度计算EF与ns非线性关系之线性近似的参数斜率a和截距EF0。计算结果表明,所述模型的线性EF-ns计算结果对非线性精确解近似效果较好,且基于该模型计算的ns-VG曲线与实验数据符合良好。

介电可调薄膜材料及压控微波器件研究

利用介电可调薄膜材料的调谐特性研制的介质压控微波器件高频特性好、功率容量大、响应速度快,还有易集成、功耗小、成本低、可靠性高的特点,相比半导体管、铁氧体以及MEMS器件有明显的优势。该文系统介绍了近年来国内外介电可调薄膜材料及压控微波器件的研究进展,并结合作者的工作评述了介电可调薄膜材料和压控微波器件的应用情况。除研究最为集中的钛酸锶钡BaxSr1-xTiO3(BST)材料,还介绍了具有较高调谐率的铋基焦绿石铌酸铋镁Bi1.5MgNb1.5O7(BMN)薄膜材料,该材料介电损耗低(约0.002),介电常数适中(约86),温度系数小,是一种极具发展前景的微波介电可调材料。

精确计算电子重整化链图传播下的Compton散射微分截面

采用电子与光子电磁相互作用最小耦合模型,对电子重整化链图传播下Compton散射微分截面作了严格解析计算,获得精确理论结果;并将该计算结果与电子树图和重整化单圈图传播下Compton散射微分截面作对比分析,获得了有关辐射修正的重要信息.此研究结果对精确描述Compton散射现象以及对电磁相互作用所呈现的复杂内部过程的深入探讨,都将从一个重要研究侧面给出理论计算研究方面某些可供借鉴与参考之处.

LaAlO_3/SrTiO_3界面的电子结构及光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,结合局域密度近似(LDA)研究了钙钛矿结构氧化物LaAlO3/SrTiO3界面的电子结构及光学性质.能带结构分析表明当形成(AlO2)-/(TiO2)0界面时其禁带宽度为1.888eV,呈现绝缘体的性质,当形成(LaO)+/(SrO)0界面时其禁带宽度为0.021eV,呈现半导体或半金属性质.同时,对不同界面的光学性质也进行了研究,结果表明纯相的LaA-lO3和SrTiO3的吸收系数、反射系数及能量损失谱强度明显高于由这两种单质形成不同界面的强度.

Ipsu薄膜体声波器件及其在通信系统中的应用

薄膜体声波谐振器(FBAR)采用一种先进的谐振技术,它是通过压电薄膜的逆压电效应将电能量转换成声波而形成谐振,这一谐振技术可以用来制作薄膜频率整形器件等先进元器件.本文系统介绍了FBAR的结构、工作原理及其在现代通信系统中的应用.

β-CaSiO_3晶体的电子结构及光学性质

基于第一性原理的平面波赝势方法(PWP)的局域密度近似(LDA)/广义梯度近似(GGA)计算了β-Ca-SiO3的几何结构、能带结构、态密度和光学性质。其晶胞参数优化结果与实验相比,LDA/GGA的相对误差为-3.62%/1.91%。对优化后的β-CaSiO3晶体进行能带结构分析表明,β-CaSiO3晶体为间接带隙结构,禁带宽度Eg(LDA)=5.53eV,Eg(GGA)=5.18eV。对态密度图及Mulliken电荷分布的分析表明,Ca的d轨道有电子分布,即Ca的s、p、d轨道均参与了成键。β-CaSiO3晶体中Ca与SiO3基团之间形成的化学键主要是离子键,而Si与O之间的化学键是共价键。

飞机发动机尾喷口调节片断口的电子显微分析

利用扫描电子显微镜及附带的能谱分析仪对飞机发动机尾喷口调节片断口进行了微观分析研究。结果表明:调节片边缘的损伤特征以磨损为主,而中部则以接触疲劳为主,疲劳裂纹易在微动区产生。根据上述结果讨论了促使疲劳裂纹萌生的因素,即循环应力和摩擦力引起材料表层塑性变形,以及磨损破坏了材料表面的完整性,造成裂纹尖端应力集中效应。

基于薄膜SOI的PDP高压寻址驱动集成电路

基于自主开发的薄膜SOI高低压兼容工艺,研制出一种64位输出的薄膜SOI PDP高压寻址驱动集成电路。测试结果显示,该电路具有80 V驱动电压和20 mA输出电流,电路时钟频率大于40 MHz。

功率集成器件及其兼容技术的发展

功率集成器件在交流转直流(AC/DC)电源转换IC、高压栅驱动IC、LED驱动IC等领域均有着广泛的应用。介绍了典型的可集成功率高压器件,包括不同电压等级的横向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(LDMOS)以及基于硅和SOI材料的横向绝缘栅双极型晶体管(LIGBT),此外还介绍了高低压器件集成的BCD工艺和其他的功率集成关键技术,包括隔离技术、高压互连技术、dV/dt技术、di/dt技术、抗闩锁技术等,最后讨论了功率集成器件及其兼容技术的发展趋势。

真空度对阴极材料微结构影响的电子显微分析

针对阴极失效影响因素中的真空度问题,利用扫描电子显微镜以及能谱仪作为研究手段,分析对比了未老炼以及在不同真空条件下老炼的阴极的微观结构以及成分差异,结果表明,真空度降低,阴极中发射物质将与空气中的水汽以及氧反应,导致微观结构发生变化,这对于行波管的封装可靠性提出了较高要求。

SEM实验室局域网构建及数据的安全传输

针对扫描电子显微镜(SEM)实验室数据传输的问题,将局域网运用到SEM实验室中,对实验室现有设备进行局域网的组建,组建的局域网具有方便、快捷、提高工作效率且便于规范统一管理流程的优点.提出的方案可以应用于其它分析实验室多台仪器设备数据的传输.

漂移区覆盖高k薄膜的高压LDMOS器件优化设计

为了获得高耐压、低导通电阻的横向双扩散MOSFET(LDMOS)器件,综合利用高介电常数(高k)薄膜技术和场板技术,设计出一种漂移区表面采用"高k薄膜+氧化层+场板"结构的功率器件,有效降低了PN结弯角高电场和场板边缘峰值电场。使用器件仿真工具MEDICI进行验证,并分析高k薄膜厚度、氧化层厚度、高k薄膜相对介电常数以及栅场板长度对器件性能的影响,最终实现了耐压达到820V、比导通电阻降至13.24Ω.mm2且性能稳定的LDMOS器件。

机器视觉电子白板系统的防抖与坐标插值技术

在基于机器视觉的电子白板系统应用中,为了消除各种因素导致的触控点抖动,提出了一种改进的均值滤波的防抖方法。为了突破硬件设备的限制提高系统工作的流畅性,采用了一种基于曲线拟合的坐标插值方法来提高系统实时性并平滑处理触控点的运动轨迹。实验结果表明:触控点的抖动情况得到了消除,在摄像头最高工作频率60 fps的情况下,系统能以每秒输出180个触控点坐标的速度实时工作,在不增加硬件成本的情况下提高了系统实时性。

横向超结器件耐压与比导的优值仿真与实验验证

从超结电荷场对电势场的调制机理出发,以等效衬底模型(ES模型)和理想衬底条件为指导,在横向SOI超结器件中利用电荷补偿的思想得到理想衬底。对于已拥有理想衬底的横向超结器件固定其条宽W,长度LSJ,不断增加超结浓度NSJ,并观察得到的仿真结果,通过计算FOM=VB2/Ron,sp的值发现优质在6×10^16cm^-3掺杂浓度下所对应的击穿电压VB(Voltage-Breakdown)和比导通导通电阻(specific on-resistance Ron,sp)最佳折中关系。利用此思想在0.5μm工艺平台上通过对不同的超结注入剂量的实验,实现了0.8μm超结条宽下横向超结器件的最高优值。

高温老化和可靠性试验对Pt薄膜微型温度传感器的性能影响

设计了一种铂(Pt)薄膜热电阻微型温度传感器,采用磁控溅射方法制备传感器薄膜,使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)等手段对老化前后的Pt薄膜组织进行了系统表征;采用温度标定法对Pt薄膜电阻的温度-电阻特性进行了研究;通过振动、冲击、温度冲击等试验研究了温度传感器的环境可靠性。结果表明,老化处理增加了Pt薄膜组织结晶度,减少了组织中的杂质元素、降低了Pt薄膜电阻;线性拟合得出Pt薄膜温度-电阻线性度为0.999 93,具有良好的线性关系;可靠性试验后Pt薄膜电阻上升,测温精度一定程度上受到影响,但误差不大于0.205 K,满足高精度传感器的要求。

宽禁带功率半导体器件技术

碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)是第三代半导体材料的典型代表。与常规半导体硅(Si)和砷化镓(GaAs)相比,宽禁带半导体具有宽带隙、高饱和漂移速度、高临界击穿电场等突出优点,是大功率、高温、高频、抗辐照应用场合下极为理想的半导体材料。该文总结了宽禁带SiC和GaN功率半导体器件研发的最新进展,包括各种功率二极管和功率晶体管。同时对宽禁带SiC和GaN功率半导体器件发展所面临的市场和技术挑战进行了分析与概述,并对其发展前景进行了展望。