2021年1期 - 电子元件与材料

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2021年1期

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作者电子元件与材料杂志社
来源电子元件与材料, 40(1).
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电子元件与材料第40卷第1期，2021年1月5日出版。

研究与试制

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基于微结构表面超疏水性的液态金属图案化方法
作者陈杨钟, 王晗, 鲁圣国.
来源电子元件与材料, 2021, 40(1): 1-5. DOI:10.14106/j.cnki.1001-2028.2021.1645
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使用CO₂红外激光对商业聚酰亚胺膜(PI)胶带进行物理改性,激光烧结PI表面产生微结构凸起状的石墨烯。采用接触角测试仪表征了液态金属(EGaIn)在PI未处理光滑面与石墨烯微结构粗糙面上的接触角,结果表明,激光对PI的物理改性使得液态金属与基底的接触角从135°±2°提高至140°±2°。利用液态金属在不同表面表现不同亲疏水性的性质,液态金属在基底能够沉积出特定设计的电路图案。通过转印的方式把模板基底上的液态金属转移至柔性硅胶基底。制备的柔性电路展示了良好的导电性及可穿戴性,在柔性电路及智能穿戴领域有着广阔的应用前景。

高温合金上AlON/Al2O3复合绝缘层的制备及绝缘性能研究
作者林泽伦, 马亚平, 谷士鹏, 等.
来源电子元件与材料, 2021, 40(1): 6-10. DOI:10.14106/j.cnki.1001-2028.2021.1554
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为了提高镍基高温合金基底的高温电绝缘性能,改善航空发动机工作过程中温度传感器的可靠性问题,采用直流反应溅射的方法溅射非晶AlON薄膜,将电子束蒸发沉积的Al₂O₃薄膜作为保护层,制备了AlON/Al₂O₃复合绝缘层。通过XRD、SEM表征对制备的非晶AlON薄膜进行微结构分析,并对AlON/Al₂O₃复合绝缘层进行高温绝缘性能测试。结果显示,制备的复合绝缘层具有良好的高温绝缘性,800℃时绝缘电阻达到5.6MΩ,1000℃达到140kΩ,相对于单一Al₂O₃绝缘层的绝缘电阻提升了三个数量级。复合绝缘层制备在溅射过程中一次性完成,显著提升了绝缘层的质量和制备效率,为与高温合金衬底一体化集成的薄膜热电偶可靠工作奠定了基础。

Pd掺杂SnO2厚膜CO2气体传感器的制备及其气敏特性研究
作者毕道广, 罗兵, 张福增, 等.
来源电子元件与材料, 2021, 40(1): 11-18. DOI:10.14106/j.cnki.1001-2028.2021.1662
当前CO₂的过度排放引发了一系列的环境问题,CO₂的检测技术成为气体传感器研究领域的热点。半导体气敏传感器是气体传感器研究的主流方向之一,其中丝网印刷法是制备厚膜传感器的最常见的方法。本文采用纳米SnO₂作为主要的气敏材料,制备了不同Pd掺杂含量的SnO₂浆料,然后采用丝网印刷法制备了SnO₂厚膜CO₂气体传感器。研究发现,当Pd的含量为SnO₂的1%(质量分数)时,传感器在258℃工作温度下,对CO₂有**的响应值1.98。该传感器能够检测的CO₂浓度下限为1000ppm,其响应值随着CO₂浓度的升高而增大。

空心球陶瓷粉填充PTFE基复合基板的制备及性能
作者贾倩倩, 赖占平, 李强, 等.
来源电子元件与材料, 2021, 40(1): 19-23. DOI:10.14106/j.cnki.1001-2028.2021.1646
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为制备低介电常数低损耗微波复合介质基板材料,采用压延工艺,以空心球陶瓷粉为填料制备了聚四氟乙烯(PTFE)基复合基板,系统研究了空心陶瓷粉含量对PTFE基复合基板微观结构和综合性能的影响。结果表明,随空心球陶瓷粉含量的增加,PTFE基复合基板材料断面形貌出现空心球破碎的现象,相对密度逐渐降低,介电常数和介电损耗先降低后升高,吸水率逐渐升高,抗剥离强度呈现下降趋势。当空心球陶瓷粉质量分数为31.3%时,空心结构完整,PTFE基复合基板介质层的密度为1.302g/cm³;相对介电常数和介电损耗均最小,分别为1.9659和6.06×10^-4;吸水率为0.2%,抗剥离强度为2.725N/mm。

W6+掺杂SrBi4Ti4O15-Bi4Ti3O12共生铋层状压电陶瓷的结构与电学性能
作者黄立伟, 江向平, 陈超, 等.
来源电子元件与材料, 2021, 40(1): 24-29. DOI:10.14106/j.cnki.1001-2028.2021.1520
采用固相法制备了SrBi8Ti_7-xW_xO₂₇(SBT-BIT-xW⁶⁺,x=0.00,0.02,0.04,0.06,0.08,0.10)共生铋层状压电陶瓷材料,系统研究了W⁶⁺掺杂对陶瓷样品的微观结构、介电、压电及铁电性能的影响。研究发现所有样品均为单一的m=3.5的共生铋层状结构,且所有陶瓷均有较高致密性,烧结效果较好。拉曼结果表明引入W⁶⁺后优化晶体结构,降低了晶格畸变程度。施主掺杂能有效地降低氧空位浓度,使陶瓷样品介电损耗大幅降低,同时显著地增强了样品的铁电性能和压电性能;当掺杂量x=0.08时,样品的压电常数d₃₃由11pC/N提高到24.1pC/N,剩余极化强度2P_r由3.72μC/cm

桔子皮提取液绿色可控制备单分散纳米银的研究
作者付锐平, 董春法, 郭小燕, 等.
来源电子元件与材料, 2021, 40(1): 30-35. DOI:10.14106/j.cnki.1001-2028.2021.1514
以桔子皮提取液为还原剂兼保护剂,硝酸银溶液为前驱体,采用化学还原法制备了银纳米溶胶,并通过离心干燥的方法得到银纳米粉末。实验研究了提取液用量、硝酸银溶液用量对制得纳米银溶胶的影响。利用红外光谱、紫外-可见分光光谱仪、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和马尔文粒径分析仪等对所合成的样品进行了表征。研究表明:所合成溶胶中的银纳米粒子粒径较小,粒径均匀分布在5~20nm之间,所制备的银粉末结晶性能较好。桔子皮提取液用量、硝酸银溶液用量等反应条件对银粒子的粒径和形貌有着较大的影响。在常温时,当硝酸银溶液用量为4mL,提取液用量为5mL,所得到的纳米银的粒径最小。所制备的纳米银有望在电子线路、医药等行业得到应用。

低压铝电解电容器用腐蚀箔结构模型探讨
作者吕根品, 方铭清, 闫小宇, 等.
来源电子元件与材料, 2021, 40(1): 36-41. DOI:10.14106/j.cnki.1001-2028.2021.1583
分析了日本高性能低压腐蚀箔结构-性能特征,在此基础上讨论了腐蚀箔结构模型,并采用压汞仪测试和固态铝电解电容器性能测试进行模型验证。结果表明,规格为U179H和LT23B腐蚀箔的性能差异主要是由于孔喉结构差异导致的。为了维持电荷中性,Cl-离子倾向于聚集在蚀坑拐角处,促使拐角附近的薄弱点发生点蚀。而高浓度的Cl^-离子利于与Al³⁺形成AlCl₃盐膜,导致起蚀点附近的侧壁保持钝化状态,内部蚀坑呈现立方结构。立方蚀坑连接口处形成一个窄小的通道,影响腐蚀箔比容和固态铝电解电容器引出率。因此,降低低压箔的孔喉比参数是提升腐蚀箔性能的一个策略。

一种高精度可调频张弛振荡器的设计
作者穆新华, 李琴琴, 唐威, 等.
来源电子元件与材料, 2021, 40(1): 42-46. DOI:10.14106/j.cnki.1001-2028.2021.1479
设计了一种高精度、宽频率范围的张弛振荡器。利用两级运放组成负反馈回路,将振荡器输入端电压钳位,通过调整外接电阻调节电容充电电流;主振荡电路采用三端比较器设计,结构简单易于实现;针对电源系统多相分布应用需求,设计了模式选择电路,可实现片外时钟同步模式工作。电路采用0.25μm60VBCD工艺实现。仿真结果表明,振荡器在不同温度(-55~125℃)及不同电源电压(3~5.5V)条件下,频率偏移率低于2%;在电阻调节模式下,其中心频率为582kHz,可调节频率范围为100kHz~2.5MHz;当用作锁相环压控振荡器时,可捕获频率范围为300kHz~2.2MHz。

基于GaN的高效率功率放大器设计
作者林建伟, 黄继伟.
来源电子元件与材料, 2021, 40(1): 47-53. DOI:10.14106/j.cnki.1001-2028.2021.1536
基于Cree公司GaNHEMT设计了一款适用于3.45GHz5G通信的Doherty功率放大器,其中,载波放大器工作于深AB类,峰值放大器偏置于C类。后仿真表明该放大器小信号增益为13dB,饱和输出功率大于44.85dBm(30W),在饱和点的功率附加效率(PAE)为73.5%。在6dB回退点效率高达65.2%,与传统AB类放大器相比,效率提升了18%。利用峰均功率比为10dB、5MHz的单载波的FDD信号在3.45GHz频点进行线性仿真,测得在34dBm的平均输出功率下,邻道泄漏比(ACLR)和误差向量幅度分别为-32.1dBc和7.768%。

具有宽频带的小型化双频分支线耦合器设计
作者郝晓慧, 陈明, 薛智慧, 等.
来源电子元件与材料, 2021, 40(1): 54-58. DOI:10.14106/j.cnki.1001-2028.2021.1498
针对当前通信系统需要耦合器支持多频段、小型化和高性能等要求,提出了一种双频(DB)分支线耦合器(BLC)。通过在传统耦合器中间加非对称交叉耦合分支线同时实现了分支线耦合器的双频带和宽频带。非对称交叉耦合分支线的引入增加了设计的自由度。利用等效替换的方法实现耦合器的小型化。使用SBO(Surrogate-BasedOptimization)技术解决设计效率低、周期长的问题。经过AnsoftHFSS仿真软件优化分析,所提出的耦合器的尺寸仅有0.175λ_g×0.156λ_g,和传统单频带结构相比缩小48%。由仿真结果显示,该耦合器的中心频率为3.05GHz/6.1GHz,小于-20dB的带宽分别为200MHz(6.5%)和650MHz(10.6%)。对提出的耦合器进行实物加工与测试,测试结果与仿真结果较吻合,证明了设计的有效性。

一种高Q值高耦合叠层射频变压器的设计
作者经龙, 秦会斌, 胡炜薇.
来源电子元件与材料, 2021, 40(1): 59-64. DOI:10.14106/j.cnki.1001-2028.2021.1401
采用TSMC0.13μm1P6MCMOS工艺,设计了一种用于射频集成电路的高Q值、高耦合的叠层片上变压器。采用叠层差分结构,初级线圈和次级线圈上下完全重合,提高线圈的耦合效率及初次级线圈的品质因数Q。同时采用背硅刻蚀工艺改进衬底,减少衬底涡流损耗。研究了线圈直径d、宽度w和间距s对变压器性能的影响。应用安捷伦ADSMomentum软件,对所设计的片上变压器进行电磁场S参数仿真验证。结果表明,该变压器在4.2GHz时品质因数Q值达到**值13.4,在1~10GHz频率范围内耦合系数K为0.8~1,**可用增益G_max接近于0.9,可应用于硅基射频集成电路设计中改善电路性能。

一种适用于毫米波的InP HBT小信号模型与参数提取方法
作者王军.
来源电子元件与材料, 2021, 40(1): 65-71. DOI:10.14106/j.cnki.1001-2028.2021.1462
为了精确提取磷化铟异质结双极型晶体管(InPHBT)在毫米波频段的寄生参数和本征参数,研究了器件的物理结构,从物理上区分了通孔和电极的寄生元件,建立了一个适用于毫米波频段的具有详细寄生网络的分布式InPHBT小信号模型,同时提出了一种直接的参数提取方法且不使用任何数值优化。结果显示,若忽略寄生参数的影响,本征参数提取结果会被高估,且寄生电阻与寄生电感存在明显的趋肤效应。通过ADS2016仿真工具的散射参数模拟结果与测试数据的一致性比较,验证了小信号模型和参数提取方法的有效性和准确性。

GaN HEMTs小信号等效电路建模与参数直接提取
作者郑良川, 王军.
来源电子元件与材料, 2021, 40(1): 72-76. DOI:10.14106/j.cnki.1001-2028.2021.1606
半导体技术飞速进步,第三代半导体氮化镓(GaN)因其优越的性能近年来受到了广泛的关注与研究。数以万计的氮化镓高电子迁移率晶体管(GaNHEMT)应用于微波和毫米波等领域,成为半导体产业研究的热点。本文在传统的氮化镓高电子迁移率晶体管(GaNHEMTs)小信号等效电路模型的基础上将所建立模型的参数数量提高到20个,提出了一种精确地直接提取模型参数的算法,并通过MATLAB编程计算出模型参数值。最后再将此模型的仿真S参数结果与实验结果相比较,验证了此模型的准确性与方法的可靠性。

磁控二氧化钛忆阻混沌系统及其电路设计
作者许向亮, 李国东, 戴婉莹.
来源电子元件与材料, 2021, 40(1): 77-84. DOI:10.14106/j.cnki.1001-2028.2021.1530
附件
忆阻器是一种非线性电子元件,可以作为混沌系统的非线性部分,为了提高混沌系统的信号随机性和复杂度,构建了一个磁控二氧化钛忆阻混沌系统。从系统的对称性、耗散度、平衡点稳定性、Lyapunov指数谱和维数、功率谱、庞加莱截面等方面来研究该混沌系统的内在动力学特性。采用双参数影响下的混沌图和复杂度分析方法得到了系统的最优参数范围,同时搭建了基于Multisim的忆阻混沌电路,采用改进型模块化设计来产生混沌信号。实验仿真结果表明,该忆阻混沌系统在最优参数范围下的多稳态共存特性显著,具有丰富的动力学行为,模拟电路验证了该忆阻混沌系统的可实现性,为进一步研究忆阻器混沌系统在图像、音频、文本保密处理中的应用提供了实验基础。

基于特征模理论的缝隙宽带天线设计
作者王友保, 张宥诚, 郑大鹏.
来源电子元件与材料, 2021, 40(1): 85-92. DOI:10.14106/j.cnki.1001-2028.2021.1314
基于特征模理论,设计了一种新型微带缝隙宽带天线。该天线设计中,首先分析了三种不同天线结构的特征模态,得到初步的天线结构;然后依据该结构的特征电流分布,将天线馈源设置在多个模态的特征电流相似区域,激励出所需的目标模式,得到多模谐振,从而提高缝隙天线带宽。天线由一个长矩形缝隙和对称地镶嵌于其两侧的圆形缝隙构成,其馈源设置在矩形缝隙槽中的非对称位置上。测试表明,在S₁₁<-10dB情况下,该天线的阻抗带宽为1.09~2.79GHz,相对带宽为87.60%,天线辐射性能良好。该天线结构简单、拥有易于共形的窄缝等特点,在无线通信中有一定应用价值。

一种高隔离度的三阻带超宽带MIMO天线设计
作者靳高雅, 杜成珠, 焦哲晶, 等.
来源电子元件与材料, 2021,40(1):93-98. DOI:10.14106/j.cnki.1001-2028.2021.1445
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针对超宽带传输在无线通信系统中的要求,设计了一种以FR4为介质基板的高隔离度三阻带超宽带MIMO(MultipleInputMultipleOutput)天线。该天线由两个水平放置的天线单元组成。通过在U型辐射贴片上腐蚀两个C型槽和在馈线两侧增加两个对称的C型枝节阻断了WiMAX、WLAN和7.5GHz-X波段的干扰。在接地板上引入一个T型隔离枝节实现了高隔离的特性。实测结果表明:该天线的工作范围为1.89~12.95GHz,分别在2.12~4.09GHz,5.18~5.92GHz,7~8.35GHz处形成了三个S₁₁高于-10dB的阻带,并且端口隔离度S₂₁均低于-20dB,峰值增益为6.94dB,包络相关系数ECC均小于0.05,因此在阻断窄带通信的超宽带领域具有良好的应用前景。

一种紧凑型超宽带双陷波天线的设计
作者王友保, 郑大鹏, 刘振.
来源电子元件与材料, 2021, 40(1): 99-104. DOI:10.14106/j.cnki.1001-2028.2021.1051
提出了一款共面波导馈电的超宽带双陷波天线。该天线主要由梯形共面地、微带馈线和圆形辐射体三部分构成。其中,梯形共面地使天线实现超宽带,圆形辐射贴片上的倒L形槽和弧形槽使天线实现陷波特性。使用AnsoftHFSS软件对所设计天线进行仿真实验,然后加工成实物天线并进行测试。结果表明:天线回波损耗及辐射方向图的实测结果与仿真结果基本吻合,在3.0~10.9GHz频段内,除陷波频段3.3~3.6GHz和5.15~5.825GHz外,天线的回波损耗均在-10dB以下,相应工作频段内有较好的辐射方向图。因此,所设计的天线性能满足超宽带通信系统应用要求。

In基钎料低温钎焊界面组织与性能研究
作者宋洋, 崔洪波, 刘波.
来源电子元件与材料, 2021, 40(1): 105-110. DOI:10.14106/j.cnki.1001-2028.2021.1535
军用高可靠电子器件的组装工艺复杂性要求开发适用于低温钎焊的钎料。对InSnPb和InSnPbAu钎料在Cu/Ni/Au体系钎焊界面进行研究。利用DSC、SEM对钎料热性能和焊点界面显微组织进行检测,并进行剪切强度测试。结果表明,焊点金属间化合物为AuIn₂。两种钎料剪切强度均满足军用标准,InSnPb略高于InSnPbAu。经过高温老化后由于原子扩散和IMC层的继续生长使焊点剪切强度略有提升,而经过温度循环后剪切强度显著下降。剪切断口形貌表明,断裂位置主要位于钎料处,对于提升塑性变形能力是有利的。厚金界面(2~3μm)更利于提升焊接强度且不会引起“金脆”。

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