2021年12期 - 电子元件与材料

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2021年12期

综述与评论

水系锌离子电池研究进展
作者侯朝霞, 孔佑健, 王凯, 等.
来源电子元件与材料, 2021, 40(12): 1163-1170. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2021.0329
水系锌离子电池(AZIBs)因其良好的电化学性能以及安全、实用等优点,在未来大规模储能技术领域具有良好发展前景。综述了AZIBs材料方面的研究与发展现状,介绍了AZIBs的储能机制,重点对MnO₂、VO₂、V₂O₅阴极材料和锌金属阳极材料进行论述分析;同时对AZIBs结构中的缺陷进行总结讨论,并提出相应的改进策略;最后,提出AZIBs未来发展方向,期望能够激发更多的创新研究以推动其发展与实际应用。

基于微增材技术制造的氧化铟镓锌薄膜晶体管及其性能
作者张奇, 崔西会, 方杰, 等.
来源电子元件与材料, 2021, 40(12): 1171-1175. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2021.0403
薄膜晶体管(Thin-FilmTransistors,TFT)是一种重要的有源电子元器件。微笔直写技术作为一种增材制造技术,因其能在三维(3D)曲面基板上直接实现电子元器件的增材制造而备受关注。基于微笔直写的微增材制造技术,采用氧化铟镓锌(IGZO)材料作为有源层,制备了IGZO-TFT器件。在**的工艺参数条件下得到的TFT器件迁移率为1.43cm²/(V·s),开关电流比大于10⁸。该迁移率与喷墨打印制备的IGZO-TFT器件的迁移率(1.41cm²/(V·s))相近,低于通过旋涂制备的器件迁移率(4.59cm²/(V·s))。这表明微笔直写技术是一种可行的薄膜晶体管增材制造技术。

银粉填料的尺寸与形貌对导电胶性能的影响
作者刘昊, 崔志远, 李进, 等.
来源电子元件与材料, 2021, 40(12): 1176-1183. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2021.0579
在相同树脂基体中填充质量分数80%的不同尺寸形貌的银粉填料制成导电胶,通过对比体积电阻率、热导率、剪切强度和粘度,研究银粉填料的尺寸与形貌对导电胶性能的影响。结果表明:银粉尺寸越大,导电胶体积电阻率和剪切强度越低、热导率越高,球状银粉与块状银粉导电胶的粘度随银粉尺寸增大而降低,而片状银粉导电胶的粘度随银粉尺寸增大而增大。片状银粉导电胶的体积电阻率平均为2.3×10^-4Ω·cm,比球状银粉和块状银粉导电胶低一个数量级,片状银粉导电胶热导率**为3.5W·(m·K)^-1,高于球状银粉和块状银粉导电胶的1.2W·(m·K)^-1,但片状银粉导电胶的剪切强度不及球状银粉和块状银粉导电胶,粘度也明显高于球状银粉和块状银粉导电胶。相比片状银粉导电胶,采用片状银粉与纳米银粉混合(质量比为85∶15)导电胶的体积电阻率进一步下降,热导率和剪切强度有明显提升,分别为2.0×1

磁控溅射制备 ZNO/ P-SI 多孔纳米薄膜异质结及其室温气敏特性
作者吴鹏举, 刘文强, 杨莹丽, 等.
来源电子元件与材料, 2021, 40(12): 1184-1188. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2021.0409
采用磁控溅射和二维胶体模板相结合的方法,溅射气压为2.5Pa时,在p-Si衬底上制备了40nm厚的ZnO多孔纳米薄膜。同时采用磁控溅射方法,在p-Si衬底上制备了同样厚度的ZnO纳米薄膜。两种薄膜均与p-Si衬底形成异质结。采用扫描电子显微镜(SEM)和转靶X射线衍射仪(XRD)对两种薄膜的微观形貌和晶体结构进行了表征。采用4200-SCS气敏测试系统分析了两种薄膜异质结的I-V特性和室温气敏特性。结果表明,ZnO多孔纳米薄膜异质结的气敏性能优于ZnO纳米薄膜,在16000ppm的丙酮(C₃H₆O)气体中,ZnO多孔纳米薄膜异质结的灵敏度**可达11.5。该多孔纳米薄膜异质结气敏性能的提升归因于其比表面积的提升。

高纯 Ti3SiC2粉体制备工艺的研究
作者何创创, 杨俊, 王丹琴, 等.
来源电子元件与材料, 2021, 40(12): 1189-1194. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2021.0053
以2Ti/xSi/3TiC(x=1.6,1.8,2.0,2.4,3.0)为原料,采用高温固相反应法成功制备了高纯Ti₃SiC₂粉体。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对制备样品的物相和形貌进行分析,利用差示扫描量热分析(DSC)、热重分析(TG)研究了Ti3SiC2的反应过程和Si的作用机理,利用能谱仪(EDS)和X射线光电子能谱分析仪(XPS)对制备样品的微区成分和化学元素进行了表征分析。结果表明:当Si适度过量(1.6≤x≤2.4)时,有助于Ti₃SiC₂合成反应的进行,同时Si在合成Ti3SiC2的反应中起着多重作用,其中Ti-Si共晶液相的生成是合成Ti₃SiC₂的关键。当x=2.0和2.4时,制备Ti₃SiC₂粉体的纯度高达99.5%以上,平均颗粒粒径约为5μm,分散性良

铝电解电容器中密封橡胶材料的阻隔性及影响机理研究
作者郭思琪, 王景平, 徐友龙, 等.
来源电子元件与材料, 2021, 40(12): 1195-1201. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2021.0535
电容器密封橡胶的特性对电容器寿命有重要影响。研究了硅橡胶密封胶片(SR)、丁基橡胶密封胶片(IIR)、三元乙丙橡胶密封胶片(EPDM)耐洗板水性能及对氯的阻隔性,并通过燃烧裂解与离子色谱联用、SEM表征、热重分析测试、溶胀测试分析影响机理。实验发现,硅橡胶(SR)对洗板水有很强的吸附性,15min后,SR质量的增加超过150%,而三元乙丙橡胶(EPDM)和丁基橡胶(IIR)质量增量在50%左右。在阻隔性测试中,IIR表现出了良好的对氯的阻隔性,EPDM次之,SR最差。通过扫描电镜(SEM)、热重分析仪对密封橡胶的断面结构、填料添加量及热稳定性进行研究,发现EPDM和IIR含有大量的无机填料,这可能是两者阻隔性好的主要原因之一。在150℃的温度范围内,EPDM在升温的过程中失重最小,热稳定性**,SR次之,IIR失重最多。

Ni、Cu掺杂二维CuI结构的**性原理计算
作者王一, 宋娟, 黄泽琛, 等.
来源电子元件与材料, 2021, 40(12): 1202-1207. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2021.0638
基于密度泛函理论(DFT)框架下的**性原理OTFG赝势法,研究了本征CuI、二维CuI以及二维CuI掺杂Ni、Cu后的晶体结构、电子结构以及光学性质。结果表明:Ni、Cu掺杂后的二维CuI发生晶格畸变,晶格常数变大,并在二维CuI禁带中引入杂质能级,导致禁带变窄。掺杂Ni、Cu使得费米能级上移进入导带,增强了CuI的金属性质。此外,掺杂Ni后的二维CuI存在自旋极化,体系表现出半金属性质。光学性质计算结果表明:掺杂后的二维CuI介电函数虚部主峰出现红移,吸收系数显著提高,并且很好地改善了其在可见光区的光学跃迁特性。对Ni、Cu掺杂的二维CuI体系的电子结构及光学性质的分析为CuI半导体材料在光电子器件区域的应用提供了理论基础。

具有多共存吸引子的忆阻混沌系统分析与同步
作者王徐盱, 张宏昊, 赖强.
来源电子元件与材料, 2021, 40(12): 1208-1220. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2021.0508
以经典混沌理论为基础,构造了一个新的具有多共存吸引子的忆阻混沌系统。对其进行基本动力学特性分析,设计模拟电路进行仿真验证,同时还探究了该忆阻混沌系统的同步控制问题。研究结果表明该系统的运动轨迹同时受到系统参数和初始状态的影响,由此可产生单涡卷和双涡卷两种混沌吸引子,倍周期分岔,周期共存、混沌吸引子共存以及分岔共存等现象。电路仿真实验结果与理论分析和数值仿真的结果基本吻合,为忆阻混沌系统的实际应用奠定一定基础。根据现有理论提出合适的自适应控制器实现了同步,同时辨识出系统的未知参数,通过数值仿真验证了该控制方法的有效性。

纳米压痕法测定BGA焊球性能中的加载曲线研究
作者吴平, 兰欣, 王兴华, 等.
来源电子元件与材料, 2021, 40(12): 1221-1227. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2021.0132
BGA封装具有高集成、小型化和高可靠性的优点,被大量应用于微电子封装领域。PbSn和SAC305是常用的BGA焊球,其杨氏模量、硬度和屈服应力等力学性能参数对焊点和器件整体可靠性的评估至关重要。首先通过纳米压痕实验获得PbSn和SAC305焊球的载荷-位移曲线,采用Oliver-Pharr方法计算出两种焊球的杨氏模量和硬度;然后结合有限元分析与无量纲函数,反演出焊球的应力-应变曲线从而得到屈服应力;最后,提出衡量参数λ作为评价指标,对比研究了不同拟合方程对纳米压痕加载过程曲线的拟合效果。研究结果表明,方程P=C₃+C₂h+C₁h₂更适合用于拟合PbSn和SAC305焊球的加载曲线。

基于PLP技术的DrMOS混合式互连封装工艺
作者员展飞, 王希有, 曹思成, 等.
来源电子元件与材料, 2021, 40(12): 1228-1233. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2021.0496
目前商用DrMOS多采用引线键合方式互连,然而引线键合会产生大量寄生电感,生产效率低。针对上述问题,应用面板级封装(PLP)技术,提出一种DrMOS混合式互连封装工艺。分别建立混合式互连工艺与引线键合工艺封装体模型,通过有限元软件ANSYS相应计算模块进行电参数提取、散热能力分析、热应力与翘曲验证。仿真结果表明,同引线键合封装工艺相比,采用混合式互连工艺封装的器件上管MOSFET(HSMOS)源极电感降低53.5%,下管MOSFET(LSMOS)源极电感降低65.49%;混合式互连工艺模型热阻降低0.13℃/W;封装在塑封工序与回流焊工序的封装翘曲值分别为23.159μm与8.5672μm,均符合工艺设计要求。实现了一种电性能优异、散热能力良好的封装工艺,为DrMOS混合式封装工艺设计提供参考。

环氧树脂表面改性催化铜导电线路沉积研究
作者王跃峰, 王新海, 寻钺, 等.
来源电子元件与材料, 2021, 40(12): 1234-1239. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2021.0548
把催化剂固定在基材表面的预设位置是选择性化学镀制作导电线路的关键工艺。采用选择性化学镀铜法在改性后的环氧树脂(EpoxyResin,EP)基材表面沉积了铜导电线路,基于量子化学密度泛函理论,模拟噻吩分子与催化剂前驱体Ag⁺之间的络合反应,利用红外光谱和X射线光电子能谱对改性前与改性后的EP基材性能进行表征。结果表明:根据标准ASTMD3359,铜线路与EP基材之间的结合力高达5B等级;化学镀铜45min后,铜线路电阻率低至2.78×10^-6Ω·cm。选择性化学镀铜法属于加成工艺,其对发展经济、环境友好的印制电路板制作具有理论和工艺参考价值。

小型高带外抑制SRR-DGS滤波器设计
作者张友俊, 王龙冠.
来源电子元件与材料, 2021, 40(12): 1240-1245. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2021.0494
提出了一种具有高带外抑制性能的小型SRR-DGS(Split-RingResonator-DefectGroundStructure)滤波器。该滤波器采用阶梯阻抗折叠型开口环谐振器,具有结构紧凑的特点;利用缺陷地结构在滤波器的带外增加了一个可调谐的传输零点,进一步提高了滤波器的高频带外抑制能力。基于以上思路,设计了一款尺寸为42mm×20mm的微带带通滤波器,该滤波器的通带中心频率为2.45GHz,插入损耗小于1.50dB,通带内回波损耗大于10dB,传输零点的频率分别为2.58GHz与3.08GHz,使滤波器的-20dB带外噪声抑制达到中心频率的1.5倍以上,经实物加工测试证明,实际结果与仿真结果基本一致。

一种小型化双陷波超宽带MIMO缝隙天线设计
作者苏勇铭, 黄玉兰, 吕梅.
来源电子元件与材料, 2021, 40(12): 1246-1253. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2021.0252
针对目前很多MIMO天线无法平衡好小型化与高隔离度之间关系的问题,设计了一种小型化双陷波超宽带多输入多输出(UWBMIMO)缝隙天线。该天线由两个带有渐变切角的缝隙天线组成,叉型微带线进行馈电,分别在接地板和馈线上刻蚀钩状槽与倒U型槽,实现了滤除WLAN和X上行频段的双陷波。通过在接地板上刻蚀I型槽与圆槽相结合的结构、叉型槽以及对称的L型槽来改善天线单元之间的隔离度和阻抗匹配。仿真和实测结果表明:天线总尺寸仅为24mm×24mm×0.8mm,除5~6.1GHz和7.9~8.9GHz陷波频段外,天线在3.1~11.2GHz范围内具有S₁₁≤-10dB的良好阻抗带宽,隔离度S₂₁低于-20dB,且增益平坦,包络相关系数ECC<0.01,因此在小型化超宽带多输入多输出系统应用中具有良好前景。

多模可重构陷波超宽带天线设计与研究
作者南敬昌, 王宛, 高明明, 等.
来源电子元件与材料, 2021, 40(12): 1254-1260. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2021.1862
为了满足超宽带无线通信系统中小型化和多功能天线的需求,设计了一款多模可重构陷波超宽带天线。通过在天线50Ω微带馈线两侧引入长度分别为8.35mm和10.75mm的L型开路枝节,在5.2~5.9GHz和6.8~7.8GHz频段内产生了陷波。在天线3.1~11GHz的超宽带频段内有效地抑制了WLAN频段和X波段的干扰。在耦合线和L型开路枝节之间加入四个配置了直流偏置网络的PIN二极管,天线可在超宽带、单陷波和双陷波状态之间转换。仿真和实测结果基本吻合,表明该天线在工作频带内具有良好的增益和辐射特性,可用于实际的超宽带无线通信系统中。

一种消除共模反馈电流辅助放大的高增益运放
作者刘伟, 孙正龙, 黄东, 等.
来源电子元件与材料, 2021, 40(12): 1261-1266. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2021.0110
提高放大器增益通常采用电压型辅助运放,但由于引入了共模反馈电路,增加了运放的复杂度,同时也增大了面积和功耗。基于此问题提出了一种消除共模反馈电流辅助放大的高增益运算放大器。此放大器主要由一个主放大器与两个电流辅助放大器构成,整体结构都采用了差分输入单端输出,消除了共模反馈电路。同时电流辅助放大器结构简单,减小了电路面积,降低了功耗。输出级对传统AB类放大器进行了改进,实现了轨到轨电压的输出。电路采用0.35μmCMOS工艺实现,运用Candence软件进行仿真。仿真结果表明,在5V电源电压下,开环增益为167.5dB,相位裕度为70°,电源抑制比(PSRR)为128dB,共模抑制比(CMRR)为138dB。

基于28 nm工艺的斜率检测自适应连续时间线性均衡器设计
作者陆德超, 吕方旭, 王和明, 等.
来源电子元件与材料, 2021, 40(12): 1267-1272. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2021.0011
为解决传统零极点固定的连续时间线性均衡器(CTLE)只能针对特定信道均衡的问题,在TSMC28nmCMOS工艺下,设计了一个可工作在28Gbps数据速率下的自适应CTLE均衡器。该CTLE通过斜率检测技术来比较均衡输出信号与理想信号的斜率,从而生成控制信号去自动调节CTLE的零极点位置,以便适应不同的信道,进而达到自适应均衡的目的。仿真结果表明,在28Gbps的数据速率下更换不同损耗的信道,该自适应CTLE均能起到显著的均衡效果,均衡补偿范围可达1~14dB。经过自适应均衡后眼图的水平张开度均达到了0.9个码元间隔(UI)以上。

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