综述与评论

• 
  基于肖特基接触的半导体在机电转换方面的应用
  作者史善静, 王闻宇, 金欣, 等.
  来源电子元件与材料, 2022, 41(5): 441-448. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2022.1666
  附件

  近年来学者对半导体肖特基器件做了大量的研究,旨在制备微型化、持久化、便携化和多功能化的小型电子器件。本文综述了金属-半导体材料之间通过接触界面形成肖特基二极管,在传感器和能源发电机两个方面的应用,总结了这些肖特基器件通过构建纳米结构、更换金属电极、制备复合材料、掺杂等优化方案对器件使用性能的影响,同时也论述了材料的机电转换性能对界面肖特基势垒的调控机制。未来,利用肖特基原理制备的电子器件有待在人体运动/健康监控、生物医学检测、智能可穿戴、智能机器人皮肤、结构形变检测等高科技领域中获得更广泛的发展前景。

研究与试制

• 
  二硒化钼/石墨烯垂直异质结的制备与光电性能研究
  作者高铭良, 缪鑫, 徐诗佳, 等.
  来源电子元件与材料, 2022, 41(5): 449-456. DOI: 10.14106/j. cnki.1001-2028.2022.1861
  附件

  二维材料由于其原子级厚度和诸多独特物理性质受到了学术界与工业界的广泛关注,其中由石墨烯和过渡金属硫属化合物(TMDCs)堆叠而成的范德华尔斯垂直异质结更是在光电器件领域展现出巨大的应用前景。通过化学气相沉积法制备出高质量石墨烯薄膜和单层二硒化钼,然后采用湿法转移技术将两者转移并堆叠,形成垂直异质结,并采用拉曼光谱(Raman)、光致发光光谱(PL)以及原子力显微镜(AFM)对制备的样品进行表征,最后利用无掩模光刻技术制备光电器件并对其进行光电性能测试。实验结果发现MoSe₂/graphene异质结器件与单层MoSe₂光电器件相比,光电流和光响应度增强两个数量级以上,显示出该结构对于提升光电探测性能的优越性。

• 
  铝粉粒径对铝电解电容器用烧结箔孔隙及电性能的影响
  作者王立强, 胥珊娜, 王海丽, 等.
  来源电子元件与材料, 2022, 41(5): 457-462. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2022.1827
  附件

  烧结式铝电解电容器阳极箔的比容量相比传统腐蚀箔有较大提升,但铝粉粒径对烧结式阳极箔在不同化成电压下电性能的影响有待深入研究。采用不同粒径高纯铝粉和光铝箔为主要原料,通过混浆、涂布、烧结等过程制备烧结箔。对不同粒径铝粉的烧结箔横截面中孔隙尺寸、数量、形状及分布等特征进行表征和统计计算,并借助孔隙理论模型特征计算结果,优化出不同化成电压下烧结箔取得最大比电容的铝粉粒径。结果表明:随粉末粒径增大,理论预测比电容变化规律与实际测量比电容变化规律一致;在200,300,500V化成电压下,理论优选铝粉粒径分别为2.9,3.3,3.7μm,理论铝粉粒径与实际使用铝粉粒径偏差小于10%;与传统腐蚀箔相比,相同化成电压下烧结箔的比电容提升了至少10%。因此,合理选择特征粒径铝粉有助于烧结箔在不同化成电压下获得更高的比电容。

• 
  PCA-SVM优化WO3气敏薄膜的VOC选择性研究
  作者唐潇, 王明松, 柏凌, 等.
  来源电子元件与材料, 2022, 41(5): 463-472. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2022.0008
  附件

  挥发性有机物(VOC)对人体健康的危害日益加重。为有效地解决电阻式气体传感器因交叉敏感导致对气体选择性普遍较差的问题,实现仅通过一种气敏材料结合机器学习算法对VOC类型进行预测分类的目的,提出了一种基于主成分分析(PCA)和支持向量机(SVM)优化WO₃气敏薄膜对VOC选择性的方法。采用化学浴沉积法制备WO₃气敏薄膜,在250~400℃工作温度下对不同浓度的六种VOC气体进行测试得到多维响应矩阵;通过PCA降低特征量之间的相关性,实现原始数据的降维,进行定性识别;再将优化后的数据代入SVM模型中对VOC类型进行预测,结果达到100%的分类准确率。相比于传统SVM模型,PCA-SVM在达到相同准确率的同时运行耗时减少40%,更适合处理具有多维特征量的数据样本,基于PCA-SVM的方法可以有效且快速地优化WO₃气敏薄膜对VOC选择性。

• 
  铜离子掺杂聚合物基忆阻器的类脑神经形态性能分析
  作者寇丽杰, 叶楠, 李福山.
  来源电子元件与材料, 2022, 41(5): 473-478. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2022.1734
  附件

  忆阻器能够模拟生物神经突触行为,在低功耗条件下实现存储与运算并行的类脑神经形态计算,而如何通过低成本易操作的方法获得性能优异稳定的忆阻器件是该领域的研究热点。该研究通过按比例混合溶液的掺杂方法在聚合物中引入金属离子,采用低成本的旋涂工艺实现功能层成膜,再采用蒸镀工艺制备顶电极实现基于Ag/聚乙烯吡咯烷酮(PVP)∶Cu²⁺/ITO的忆阻器,对其展开电突触的类脑神经形态性能分析。结果显示:器件表现出显著稳定的电脉冲时序依赖的突触可塑性;通过变化所施加电信号脉冲的特性参数,发现此人工突触还表现出对所施加脉冲幅度和脉冲宽度依赖的可塑性学习行为。这为其在人工智能神经形态计算技术中的应用提供新的可能性。

• 
  基于分数阶的忆阻Buck-Boost变换器动力学行为分析
  作者吴朝俊, 张琦, 杨宁宁, 等.
  来源电子元件与材料, 2022, 41(5): 479-486. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2022.1425
  附件

  采用有源压控忆阻器替代阻性负载,提出了一种具有忆阻负载的Buck-Boost变换器。首先,根据分数阶微积分理论,分别建立了忆阻器及忆阻Buck-Boost变换器的分数阶模型。基于不同的开关状态,在电感电流断续模式下建立了分数阶忆阻Buck-Boost变换器的电路方程。其次,通过数值仿真分析了分数阶忆阻变换器系统的动力学行为,揭示了忆阻负载对Buck-Boost变换器的动态影响。结果表明,分数阶忆阻Buck-Boost变换器可以通过调整分岔参数来表现出丰富的动态特性。此外,与整数阶忆阻系统相比,分数阶系统具有更宽的稳定工作区域。最后,在PSIM平台下采用等效电路的方法实现了分数阶电容和电感的搭建,完成了分数阶忆阻变换器系统的电路仿真。不同参考电流下的相图与分岔图所描述的状态相吻合,从而验证了理论分析的正确性。

• 
  一种高精度限流电路的设计
  作者陶敏, 唐威, 董振斌, 等.
  来源电子元件与材料, 2022, 41(5): 487-494. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2022.1554
  附件

  针对限流精度易受运算放大器失调电压、电流采样方式、工艺以及环境变化影响等问题,提出了一种带失调电压校正功能的高精度限流电路。设计失调电压校正电路,采用电流补偿方式对运算放大器进行校正,降低了运算放大器的失调电压;限流环路利用采样管对输出电流进行等比例采样,采样精度较高;为减小封装所带来的偏差,设计了数字修调电路,对其限流值偏差进行调节,提高限流精度。该电路采用0.18μm1P3MBCD工艺实现。仿真结果表明,限流值在不同温度(-55~125℃)及不同电源电压(2.7~5.5V)条件下,随温度变化率为0.56%,随电源电压变化率为1.65%,限流精度为2%,可修调范围为-58.5%~54.9%。

• 
  金属互联中晶粒结构梯度演化及其对力、电性能的影响
  作者张恒嘉, 张晓敏, 赵志鹏, 等.
  来源电子元件与材料, 2022, 41(5): 495-501. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2022.1875
  附件

  为了揭示金属互联结构在高电流密度下的晶粒尺寸梯度化对其力学与电学性能的潜在影响,采用考虑了电迁移效应的相场模型研究了电流密度梯度诱导的晶粒尺寸的梯度化路径,通过基于晶粒尺寸与位错密度的本构模型和Matthiessen准则对梯度结构的力学性能和导电性分别进行了定量表征。计算结果表明,梯度结构中细化的晶粒层有助于提高材料整体的强度,而粗晶层保证了良好的延展性,但过多的细晶层引起的晶界密度的提高会造成导电性的损失。

• 
  聚醚改性环氧树脂对导电胶的影响
  作者刘昊, 朱舒燕, 王晓卫, 等.
  来源电子元件与材料, 2022, 41(5): 502-507. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2022.1810
  附件

  将聚醚多元醇与多聚磷酸反应生成聚醚多元醇磷酸酯,再与双酚A环氧树脂反应制得聚醚多元醇磷酸酯改性环氧树脂,并通过红外光谱和固化物断面形貌观察证明增韧改性成功。将双酚A环氧树脂和聚醚改性环氧树脂按不同比例混合,并添加相同成分相同比例的助剂、银粉制成导电胶,对比测试导电胶的体积电阻率、热导率、剪切强度、硬度等性能参数,发现随着聚醚改性环氧树脂占比的增加,导电胶的导电导热性能不断提升,体积电阻率最低达到1.9×10^-5Ω·cm,热导率最高可达15.9W·(m·K)^-1,硬度和剪切强度逐渐降低到67.7HD和16.8MPa。观察导电胶断面的微观形貌,发现随着聚醚改性环氧树脂含量的增加,导电胶断口表面光滑平整的树脂逐渐变得粗糙不平,断面银粉由裸露逐渐被树脂包裹。分析认为聚醚改性环氧树脂引入大量柔性基团,降低导电胶硬度与强度的同时提高了固化收缩率,从而提高导电导热性能。在剪切力作用下,裂纹不再沿树脂与银粉之间的界面扩展,而是沿树脂

• 
  应用于石墨烯MEMS高温压力传感器的气密封装研究
  作者陈绪文, 王俊强, 吴天金.
  来源电子元件与材料, 2022, 41(5): 508-513. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2022.0143
  附件

  针对石墨烯MEMS高温压力传感器的高气密要求,设计了一种压膜结构压力传感器,并利用Au-Au键合完成压力传感器的封装。键合前,样品表面采用Ar等离子体预处理,随后在N2氛围下,利用倒装焊机在1.6kN压力、300℃温度下键合30min完成键合工艺。对键合指标进行表征测试,发现器件的最小剪切强度为10.87MPa,最大泄漏率为9.88×10^-4Pa·cm³/s,均满足GJB548B-2005的要求。在300℃下高温存储(HTS)10h后,器件的平均剪切强度和泄漏率变化不大,通过传感器压力静态测试发现石墨烯器件在0~60MPa压力量程内具备高重复性,证明石墨烯在键合过程和高温存储实验后没有变性。实验结果表明Au-Au键合可以完成石墨烯MEMS高温压力传感器高气密封装。

• 
  冷却方式和应变速率对SnBi36Ag0.5合金力学性能的影响
  作者秦俊虎, 朱文嘉, 于梦飞, 等.
  来源电子元件与材料, 2022, 41(5): 514-519. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2022.1626
  附件

  研究了熔炼制备的SnBi36Ag0.5无铅焊料于水冷、空冷、模冷三种方式冷却后,在应变速率为0.00067,0.00167和0.00333s^-1下的力学性能和断裂行为。利用X射线衍射仪(XRD)、光学金相显微镜(OM)、扫描电镜能谱(SEM)和万能材料试验机分别对合金的物相、显微组织、断口形貌和力学性能进行表征。结果表明,冷却速度增加使焊料脆硬富Bi相和Ag₃Sn相得到细化,析出的富Bi颗粒减少。冷却速度越大、应变速率越小,合金的抗拉强度越低,断后延伸率越高。合金断口形貌逐渐由脆性断裂变为韧脆混合型断裂,韧窝的数量和面积逐渐增大。当冷却方式为水冷,应变速率为0.00067s^-1时,合金的延伸率有最大值78.58%,应变速率为0.00333s-1时延伸率也能达到55.76%,通过水冷能明显改善合金的脆性。

• 
  应用于局放检测的宽带蝶形天线小型化设计
  作者贺俊铫, 李相强, 张健穹, 等.
  来源电子元件与材料, 2022, 41(5): 520-525. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2022.1728
  附件

  为提高局放检测的灵敏度和实用性,提出了一种装载矩形反射腔的宽频带小型化蝶形天线。采用渐变式宽带巴伦进行阻抗变换,通过弯曲蝶形天线臂的沿线和开缝加载电阻等技术增加等效电长度,有效地拓宽了工作频带。借助电磁仿真软件对天线进行了设计,并进行实物制作和测试。结果表明,仿真结果与实测结果基本符合,天线平面尺寸为200mm×100mm,在300~1800MHz的驻波比≤2,相对带宽为142.8%,最大增益可达3.7dBi,具备高增益、宽频带和小型化的性能特点。

• 
  基于薄膜IPD工艺的N77频段多零点带通滤波器设计
  作者王浩威, 郭瑜, 傅肃磊, 等.
  来源电子元件与材料, 2022, 41(5): 526-530. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2022.1723
  附件

  针对微波滤波器对高性能和低成本的应用需求,将薄膜集成无源器件(IntegratedPassiveDevice,IPD)工艺与印刷电路板(PrintedCircuitBoard,PCB)工艺相结合,设计了一款含有三个传输零点的宽带集总带通滤波器。为提升器件Q值,降低带内损耗并缩小器件尺寸,将滤波器谐振回路的电感以三维电感的形式设置于金属层较厚的PCB基板中,而其他电路结构则被集成在高阻硅基片上,通过倒装焊植球的方式(Flip-ChipBallGridArray,FBGA)将高阻硅基芯片键合到基板上。为验证理论的有效性,加工制备了一款N77频段的带通滤波器,其不包括外部管脚的整体尺寸为2.2mm×3.0mm,1dB带宽为918MHz,带测试板的实测插损为-2.58dB。测试结果与预期的仿真结果达成一致。

• 
  基于物理结构的GaN HEMTs小信号等效电路的精确建模方法研究
  作者缪文韬, 王军, 刘宇武.
  来源电子元件与材料, 2022, 41(5): 531-538. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2022.1645
  附件

  为了有效地表征GaNHEMTs在微波频段下的电学特性,研究了其高频等效电路的精确建模方法。基于GaNHEMTs器件的本征物理结构,综合考虑器件在制版过程中由电极和通孔所带来的寄生特性,描述了一种具有26个详细参数网络的小信号等效电路模型。此模型考虑了器件在工作环境下所受到的集肤效应,同时通过对小信号等效电路进行双端口网络参数分析,推导了其准静态近似的微波等效电路参数直接提取的简化算法,最终通过ADS仿真平台将所建模型和传统模型的S参数模拟结果与实测数据的一致性进行对比,验证了小信号等效电路模型的精确性与参数提取算法的有效性。

• 
  一种非对称欠压锁定电路设计
  作者张媛, 汪西虎, 商世广, 等.
  来源电子元件与材料, 2022, 41(5): 539-544. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2022.1578
  附件

  传统带隙基准结构的欠压锁定(UVLO)电路存在结构复杂、温漂特性差、功耗高等缺陷。为精准实现低温漂,提出了一种欠压锁定电路结构,该结构基于差分放大器的非对称性产生滞回电压,进而降低了阈值电压的温度敏感性,提高了阈值电压的精度。该欠压保护电路通过反馈控制法产生了上、下门限阈值电压,克服了单个阈值抗干扰能力差的缺点。电路基于0.18μmBCD工艺设计,仿真结果表明:当电源电压高于上门限阈值电压(V_IH)2.2V时,芯片系统正常工作;当电源电压低于下门限阈值电压2.01V时,芯片系统被关断;在-55~+125℃温度范围内,该电路的滞回电压为0.19V,V_IH温漂为0.01V,滞回电压温漂为0.07V,且该欠压锁定电路的功耗在3V电源下为9.54μW。

• 
  一种模数混合型LDO的设计
  作者程铁栋, 刘志福, 郭建平.
  来源电子元件与材料, 2022, 41(5): 545-550. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2022.1596
  附件

  针对传统模拟低压差线性稳压器(LDO)在低电源电压下性能不足等问题,提出了一种模数混合型LDO的设计方法。通过对传统模拟LDO结构中的误差放大器输出端进行信号采样,增加数字控制回路,实现对输出电压的精确控制。提出的LDO基于中芯国际(SMIC)180nmCMOS工艺设计。仿真结果表明,该LDO在数字控制时钟为1MHz,输入电源电压为0.9~1.5V时,输出电压为0.8~1.4V,最大负载电流为500mA,静态功耗为75μA,电流效率高达99.9%,负载调整率为1.8%,线性调整率为0.9%。