研究与试制

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  基于钙钛矿型复合氧化物半导体的二氧化碳传感器
  作者先思维, 王光伟, 张鹏.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(6): 615-625. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.0017
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  利用传感器原位监测CO₂排放浓度对其合理管控极为重要。目前,由于常用CO₂传感器存在局限性,电阻型传感器逐渐成为CO₂传感器的研究热点。然而,可用于电阻型CO₂传感器的气敏材料种类较少,选择和调控范围有限,性能优化难度较大。本文利用固相烧结法将Co引入Ba₃MgNbFeO_9-δ制备了钙钛矿型复合氧化物Ba₃MgNbFe_1-xCo_xO_9-δ(BMNFC),并探讨了基于BMNFC的CO₂传感器性能。结果表明,传感器对CO₂呈现出敏感特性,且随着Co掺杂量增大,对CO₂敏感特性增强。Ba₃MgNbFe_0.25Co

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  AuNPs负载CdSQDs/WS2材料的制备及其对NO2气敏性能研究
  作者熊长军, 李梓豪, 李兴鹏, 等.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(6): 626-633. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.0054
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  采用溶剂热法制备了纳米花状结构二硫化钨(WS₂),并成功在其表面负载不同摩尔比的金(Au)纳米颗粒和硫化镉量子点(CdSQDs),制备出AuNPs@CdSQDs/WS₂纳米复合敏感材料。采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)对复合材料的微观形貌及元素组成进行了表征。在室温条件下,使用CGS-4TP气敏分析仪对所制备的WS₂和AuNPs@CdSQDs/WS₂气体传感器进行了气敏性能研究。实验结果表明,在最优负载量条件下,Au₂Cd₃W传感器对NO₂呈现出优异的气敏性能,其对体积分数为1×10^-5的NO²响应高达4.25,是同等条件下WS₂传感器的11.18倍,检测下限低至80.03ppb。此外,该传感器还展现出优异的选择性、重复性和长期稳定性。最后,结合能带理论讨论了AuNPs@

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  基于反射式光纤的速度传感器及其温度补偿技术
  作者谢雪丹, 陈奕.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(6): 634-641. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.0029
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  在恶劣工业环境下,传感器设备易受电磁干扰、化学腐蚀、高温、高压等因素影响,导致测量精度降低甚至设备损坏。本文提出基于反射式光纤的速度传感器及其温度补偿技术。运用光纤探头选择、反射面优化及信号调理电路搭建策略,设计反射式光纤速度传感器。在传感器工作环境部署高精度温度传感器,实时采集温度数据。采用中值滤波算法与多项式校正函数对数据进行处理,联合传感器速度测量值与实际速度值构建温度-速度关系模型,成功实现速度测量值的温度补偿。实验结果表明,所提技术温度均方误差最小值达0.2,且在-10,25和40℃工作环境温度下,应用该技术后能将温度补偿后的速度测量值与实际速度间误差分别控制在0.08%,0.10%和0.10%以内。因此,所提出的温度补偿效果较好,具有较强的实际应用性能。

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  柱面型CNTs阵列制备及电子发射特性研究
  作者秦鑫垚, 曾凡光, 夏欢欢, 等.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(6): 642-648. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1509
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  阴极是真空电子器件的核心部件,其性能直接影响器件效率。与传统热电子发射阴极相比,冷阴极具有免加热、发射效率更高、启动更快等优势,其中柱面型冷阴极在小型磁控管中的应用前景非常广阔。针对传统柱面阴极难以满足磁控管高性能需求的问题,在柱型铜管的基底上,采用压力注入工艺,制备了一种新型柱面型CNTs阵列冷阴极,并通过同轴嵌套式二极管结构进行场发射性能测试。实验结果表明:在最优发射区参数下,该阴极的开启场强为0.6V/mm,在1.77V/mm的场强下可实现10mA发射电流、26.02mA/cm²的电流密度。与现有柱面型冷阴极相比,具有制备简单、功耗低、电子发射性能优异等特点。宏观CNTs发射区的阵列式分布和微观CNTs分布的无规则性可以同时避免电磁屏蔽现象和提高电流支取能力,且添加SrO可以降低电子从阴极表面逸出的势垒,进一步改善了柱面型CNTs阵列冷阴极的电子发射特性。本研究结果有助于冷阴极磁控管的发展。

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  双P型浮空埋层结构LDMOS击穿特性研究
  作者李尧, 张鹏杰, 牛瑞霞, 等.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(6): 649-654. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1519
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  为得到一种高品质因数(高击穿电压、低比导通电阻)的横向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(LateralDouble-diffusedMetal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor,LDMOSFET),本文基于场限环耐压原理,在传统平面栅LDMOS(CON-LDMOS)的结构基础上,提出了一种具有双P型浮空埋层的新型LDMOS(DPLDMOS)。新引入的高掺杂双P型浮空埋层能辅助耗尽漂移区,使耗尽层边界大幅向漏极附近靠近,漂移区耗尽更完全,器件耐压性能更好。仿真结果表明,当双P型浮空埋层的参数一定时,击穿电压随漂移区掺杂浓度的增大而先增大后减小;当漂移区掺杂浓度一定时,击穿电压随双P型浮空埋层的间距、掺杂浓度和厚度的增大而先增大后减小。经仿真优化后,DP-LDMOS击穿电压为1123V,相较于CON-LDMOS提升了189.7%;比导通电阻为20.99mΩ·cm²,提升了95.3%;品质因数从13.98MW/cm²

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  CaO-La2O3-B2O3系LTCC基板材料研究
  作者吕洋, 马涛, 沐方清, 等.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(6): 655-661. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1521
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  采用CaO-La₂O₃-B₂O₃玻璃与Al₂O₃陶瓷共烧,制备了CaO-La₂O₃-B₂O₃+Al₂O₃系的LTCC复相陶瓷材料,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、差热分析(DTA)以及电性能测试等手段对复相陶瓷的晶体结构、微观形貌、烧结致密化过程以及介电性能进行了表征分析。结果表明,CaO-La₂O₃-B₂O₃玻璃在烧结时析晶生成LaBO₃相,又与Al₂O₃发生固相反应生成CaAl₂B₂O₇相,提升玻璃中CaO含量以及降低玻璃粒度

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  一个四维可控变翼忆阻混沌系统的分析与应用
  作者王平黎, 邱达, 曹得胜, 等.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(6): 662-672. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1564
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  为进一步探索更适用于实际工程应用的混沌系统,将一个广义磁控忆阻器引入三维混沌系统,并在系统中添加二次项,构建了一个新的四维忆阻混沌系统。采用分岔图、李雅普诺夫指数谱及相轨迹图等手段,深入分析了系统的动力学行为。分析表明新系统具有丰富的动力学行为,不仅存在可控变翼隐藏混沌吸引子、暂态准周期和暂态混沌,还存在依赖于初始条件变化的隐藏超级多稳态现象。在Multisim平台进行电路仿真,验证了系统的正确性和可行性。最后,设计了一种融合忆阻混沌系统与DNA编码技术的彩色图像加密方案,利用信息熵、直方图、相关性分析等验证了加密算法的安全性。

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  基于3D打印碳化硅增强铝基复合材料的直升机机翼结构抗疲劳性能研究
  作者冯晓晖.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(6): 673-680. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.0095
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  为了准确获得民用直升机机翼结构在飞行过程中的荷载并掌握机翼结构的抗疲劳性能,本研究提出基于3D打印碳化硅增强铝基复合材料的直升机机翼结构抗疲劳性能评价方法。该方法以纯铝粉作为基体材料,通过将碳化硅颗粒与纯铝粉基体复合,结合丙烯酰胺、六偏磷酸钠、聚乙烯吡咯烷酮等材料,制备碳化硅增强铝基复合材料,并通过3D打印机制备民用直升机机翼结构试件。设置疲劳试验加载方式并运用界面剪应力衰退模型开展研究。试验结果表明:不同振型下的机翼结构应力分布各异,应力集中区域随振型改变;随着循环加载次数增加,碳化硅增强铝基复合材料纤维失效体积百分比上升,且疲劳峰值越高,上升越快;400~600K时机翼结构试件疲劳峰值应力下降缓慢且维持在较高水平,超过600K后急剧下降,900K时降至180MPa。性能对比显示:在不同温度和循环加载次数下,材料疲劳寿命最高提升1.8倍,疲劳裂纹扩展速率最高降低31.2%。验证了本文所制备材料在不同温度环境下的抗疲劳性能优异。该研究有助于优化机翼结构设计,提升民用直升机在复杂服役环境下的安全性与可靠性。

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  双端固支拱形梁压电能量采集器设计及仿真
  作者陈孝玉, 张旭辉, 敖邦乾, 等.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(6): 681-687. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.0232
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  针对传统双端固支压电能量采集器存在的输出功率低及能量采集方向单一的问题,提出一种双端固支拱形梁压电能量采集器,建立其有限元模型,并基于该模型开展静力学分析、模态分析及发电性能仿真。结果表明:拱形梁压电能量采集器由于圆弧结构的引入,能有效改善系统性能。当激励强度为5,8和10m/s²时,拱形梁横向激励方向的最大输出功率分别为传统直梁结构的6.0,7.7和6.5倍,纵向激励方向可以完成0.4,1.0和1.7mW最大功率输出。所提出的设计较传统双端固支压电能量采集器有更高的输出功率,同时可实现横向和纵向能量采集,提升了采集效率。该研究可为高性能双端固支压电能量采集器设计提供理论支撑和创新思路。

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  不对称故障环境下光伏逆变器负序电压智能化抑制方法
  作者李明, 张弘扬, 高贺.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(6): 688-697. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.0257
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  光伏逆变器作为可再生能源接入电网的关键设备,其性能和稳定性对电网的可靠运行至关重要。然而,在实际运行中,电网可能会遭受各种不对称故障,导致电压不平衡,进而影响光伏逆变器的输出性能和系统稳定性。因此,为了降低不对称故障条件下光伏逆变器的损耗并维持三相电压平衡,提出了一种光伏逆变器电压控制策略,旨在实现对负序电压的智能化抑制。该策略结合了最小负序电压控制、最大正序电压控制和最小零序电压控制,以优化光伏逆变器的电压支撑能力。实验结果显示,当不对称故障的最大输出电流为48A时,所提策略能够将负序电压从61.3V显著降低至约50V,最低可降低为10V;零序电压同样可降低至50V以下,甚至降低至0V;电压不平衡度从初始值分别降低至0.02,0.05和0.18。当不对称故障的最大输出电流为20A时,负序电压从103.9V降至50V以下,零序电压降至0V,不平衡度降至0.22。上述结果表明,研究提出的光伏逆变器负序电压控制策略在降低负序电压、提高正序电压和改善电压不平衡度方面性能优异,为光伏逆变器在不对称故障环境下的稳定运行提供了一种新的解

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  基于可调超表面的回波极化与幅度协同调控
  作者崔浩, 朱岳川, 尚玉平, 等.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(6): 698-705. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1526
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  针对散射电磁波的多特征协同调控需要,提出了一种基于电可调超表面的回波极化与幅度联合调控设计。以表面反射相位分析为基础,设计了加载变容二极管的超表面单元结构。借助变容管的可变电容,超表面可在单元结构内部的两个正交方向上形成指定的反射相位差异,并在相邻单元结构之间建立反射相位梯度。示例情形的全波模拟结果表明,在平面电磁波正入射或斜入射情形下,通过调节反射相位分布,该设计能在工作频率4.8GHz附近将入射半空间中的主要散射能量以指定的轴比定向于预设方向上。由此,在预设的单站散射或双站散射观察方向上实现了回波极化特征与幅度特征的协同调控。该设计对于雷达诱饵的极化散射特性伪装与雷达散射截面伪装具有一定的实际意义。

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  一种面向微步控制的失调校准电路设计
  作者刘耀阳, 孙江, 邹海洋, 等.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(6): 706-713. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1503
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  在步进电机驱动芯片的应用中,为解决步进电机高细分输出电流控制时,比较器参考电压差小、输入失调电压影响比较器翻转、输出电流控制精度低等问题,设计了一种面向微步控制的失调校准电路。该电路为差分输入,当制造工艺引入随机失调时,电路启动自动检测并校准输入失调电压,实现了一种低输入失调的比较器电路。通过改变修调电流和电阻可调整校准失调电压的范围与精度。电路使用静态失调校准技术,与传统比较器失调校准电路相比,结构更加简易,且控制方便可行。该电路具有良好的失调校准能力,同时规模增加较小。该电路采用0.18μmBCD工艺设计,典型条件下设定相应修调电流及电阻,失调校准范围为±3.5mV,比较器输入失调电压可校准至150μV左右。

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  一种采用查找表FFE的高速SerDes发送端设计
  作者任一凡, 张春茗, 宋依迪, 等.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(6): 714-720. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1516
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  基于UMC28nmCMOS工艺,采用数字信号处理(DigitalSignalProcessing,DSP)和数模转换(Digital-to-AnalogConverter,DAC)架构,设计了一种支持非归零码(Non-Return-to-Zero,NRZ)信号调制、最大速率为56Gb·s^-1的查找表FFE高速SerDes发送端。查找表FFE通过32路并行输入数据对已存储的6bit数据进行选择,再由2种不同结构的多路复用器(Multiplexer,MUX)实现并串转换,最终经电流模式逻辑(CurrentModeLogic,CML)结构改进的H桥驱动器,将信号送至信道中,整体发送端电路版图面积为0.073mm²。仿真结果表明:信道衰减分别为14.68dB@20GHz和19.21dB@28GHz;典型情况(tt,1.05V,27℃)下,输出40Gb·s^-1/56Gb·s^-1NRZ信号的眼高为151.62

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  用于原边反馈反激变换器的线缆补偿电路设计
  作者牟维凤, 程鹏铭, 谢加雨, 等.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(6): 721-727. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.0135
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  为提升原边反馈反激式变换器在不同负载条件下的负载调整率,提出了一种线缆补偿方案。该方案利用关断时间计数模块实时检测负载变化,并据此生成分段式补偿电流,以精确补偿输出线缆的电压降。电路基于华虹90nmBCD40V工艺设计,采用Cadence软件进行仿真。仿真验证结果表明,在轻载到满载的条件下,反激式变换器能够实现稳定的电压输出。在未应用线缆补偿的情况下,负载调整率为±3%,而应用线缆补偿后,负载调整率可降低至±1.2%以内。与传统线缆补偿方法相比,该方案无需额外元件,简化电路结构,降低成本且具有较好的负载调整率,在小功率原边反馈反激变换器中具有更好的应用前景。

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  H2O2/FeⅢ-NTA体系下Ru无磨料CMP作用机理研究
  作者尤羽菲, 周建伟, 罗翀.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(6): 728-734. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.0076
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  随着集成电路的工艺尺寸不断缩小,传统的Cu互连层材料面临着电迁移效应及可靠性降低等越来越严峻的挑战,而Ru凭借其平均电子自由程短及稳定性高等特性,有望成为下一代集成电路互连层材料。为了提升Ru互联层在化学机械抛光(CMP)过程中的去除速率及表面质量,基于无磨料CMP技术,探究了H₂O₂/Fe^Ⅲ-NTA体系对Ru去除速率及表面质量的影响。CMP及AFM实验表明,在无磨料的条件下,H₂O₂/Fe^Ⅲ-NTA体系能够显著提升Ru的去除速率及表面质量。ESR实验表明该体系能够产生自由基HO^·和O₂^·-。XPS、电化学及SEM实验表明,H₂O₂和自由基对Ru具有氧化和腐蚀的作用,且自由基的氧化能力更加优异,能够使抛光液的氧化能力和机械去除能力达到平衡状态。最终,Ru去除速

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  Cu-SiO2化学机械抛光过程中Cu碟形缺陷研究及优化
  作者刘玉佳, 肖克来提, 陈达龙, 等.
  来源电子元件与材料, 2025, 44(6): 735-740. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.0103
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  混合键合是实现高密度互连的先进封装工艺,主要依赖化学机械抛光实现晶圆的平坦化以实现高质量的键合。在化学机械抛光过程中易产生碟形缺陷从而影响键合质量。为探究化学机械抛光工艺中铜焊盘碟形缺陷的形成规律及其对混合键合质量的影响,通过实验与仿真系统性研究了过抛时间、铜焊盘尺寸与碟形深度的关联规律。实验数据清晰地表明,焊盘碟形深度与焊盘尺寸以及过抛时间之间存在显著的正相关关系。针对过深的碟形缺陷问题,创新性地开发了一种三步化学机械抛光修正工艺:首先针对铜层进行精细抛光,随后处理阻挡层,最后通过介质层补偿抛光有效减小碟形深度。有限元仿真进一步证实,碟形缺陷对键合质量具有很大影响,键合面积随碟形深度呈减少的趋势。通过仿真确定不同尺寸铜焊盘理想的碟形深度,进而利用三步化学机械抛光修正方法将碟形深度控制在该范围内,可以实现混合键合中铜互连的可靠性提升。