期刊信息
期刊名称：微纳电子技术
曾用刊名： 半导体情报
创刊时间：1964年
更名时间：2002年
主管部门：中国电子科技集团公司
主办单位：中国电子科技集团公司第十三研究所
出版日期：每月15日
ISSN：1671-4776
CN：13-1314/TN
邮发代号：18-60
网址：www.bdtq.cbpt.cnki.net
e-mail：wndz@vip.sina.com
电话：0311-87091487
地址：石家庄市179信箱49分箱
邮编：050051
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多波束透镜天线的研究现状与展望
邵士奇;李玮;多波束透镜天线因其独特的波束控制机制和优异的宽频带特性，已成为现代无线通信系统的关键组件。系统概述了Rotman透镜与Luneburg透镜两类主流技术的演进历程：从Rotman透镜的平面电路设计原理到Luneburg透镜的球形渐变折射率理论，重点分析了二者在频段适应性、环境鲁棒性及制造工艺方面的差异化特征。进一步揭示了微纳技术的突破性贡献——通过陶瓷3D打印和纳米复合材料实现了透镜结构的轻量化与性能提升。面向6G通信和卫星互联网需求，提出了三大发展方向：基于超表面的智能可重构技术；抗辐射复合材料的空间应用适配；人工智能(AI)辅助的多物理场协同设计方法。
E波段高效率GaN功率放大器MMIC
廖龙忠;何美林;毕胜赢;梅崇余;周国;付兴中;研制了一款E波段高效率GaN功率放大器单片微波集成电路(MMIC)。通过优化器件结构、GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)材料结构，采用电子束T型栅工艺，制备了栅长0.1μm的4×25μm GaN HEMT。测试结果表明，该器件最大饱和电流密度为1.2 A/mm,峰值跨导为540 mS/mm,小信号下测试截止频率fT和最大振荡频率fmax分别为110 GHz和240 GHz。采用上述工艺设计了GaN功率放大器MMIC,在工作电压18 V、电流密度200 mA/mm的测试条件下，在71～78 GHz频段内，其饱和输出功率为33.0～33.5 dBm,饱和输出功率密度达到2.49 W/mm,功率附加效率大于14.8%,功率附加效率最大值达到21.1%,线性增益大于19.0 dB。该MMIC可广泛用于5G通信发射前端。
用于植入式微型MEMS压力传感器的Parylene复合涂层封装
张鹏坤;赵永梅;尹兴业;赵晓阳;董昭润;王晓东;用于血压监测的微型微机电系统(MEMS)压力传感器依赖可靠的封装来实现更准确的实时监测。Parylene涂层凭借其生物相容性和低渗透性，成为封装的理想选择之一，然而较差的附着力限制了其应用。提出了一种增强附着力的Parylene复合涂层封装方案，提升了传感器的精度和热稳定性。通过比较不同Parylene涂层的附着力和薄膜应力，以及评估在常温(25℃)和人体温度范围(34～42℃)下不同涂层封装的传感器的性能，得到性能表现优异的涂层方案，并进行了相应机理解释。实验结果表明，不同Parylene涂层封装的器件热零点漂移性能均有显著提高；其中，经Parylene C1F5+A174复合涂层封装的器件精度提升明显，并在人体温度范围内表现出较好的灵敏度和良好的热稳定性，可为血压监测压力传感器提供更好的封装保护。
基于摩擦纳米发电机的微小通道流动液体沸腾状态监测研究
陈远汾;罗欣欣;陈茗莎;林智钢;张德印;黄文鹏;肖崇永;液体沸腾状态影响微小通道换热器的热性能和稳定性，而传统的接触式监测方法存在流动干扰和电极污染等缺点。为解决对微小通道液体沸腾状态在线监测手段不能满足需求的难题，提出了一种基于固-液/固-气摩擦纳米发电机(S-L/S-G TENG)的非接触式微小通道流动液体沸腾状态监测传感器，该传感器的输出信号能根据不同沸腾状态下固-液、固-气接触转变而改变，实现了对微小通道流动液体沸腾状态在不同工况下形成的4种流型的识别和在线监测。这项工作不仅为微小通道流动液体沸腾状态的在线监测提供了一种非接触式的监测方法，也是基于摩擦纳米发电机的微流体传感技术的一种新应用。
偏置电场调控卤化物钙钛矿纳米线中的离子迁移
何潮;范陶源;杨一鸣;金属卤化物钙钛矿凭借其独特的软晶格结构，表现出显著的离子迁移特性。通过合理施加预偏置电场和光场，可有效调控离子的再分布，进而形成内建电场和局部电学掺杂，从而改变材料的电学性能。采用溶液法合成MAPbBr3纳米线，并通过热蒸发法沉积金电极，构建横向金属-半导体-金属器件。施加适当的偏置电压可诱导局部内建电场，使器件的暗电流降低约50%,同时短暂增强光电流。此外，不同的外部极化电场可进一步调控器件的输出开路电压。低温条件下，可逆离子迁移速率也显著降低。基于此，通过低温下的反向电场极化预处理，实现了一种自供电钙钛矿光电探测器，在50 mW/cm2光功率密度下，器件在0 V偏压下的光照/黑暗开关比高达2.3×103。研究结果拓展了离子迁移行为在钙钛矿光电探测器领域的应用，为新型自供电光电器件的设计提供了新的思路。
GaN基Micro-LED芯片的电-热短路效应研究
王伟;张腾飞;李红旭;研究了Ga N基蓝光微型发光二极管(micro-LED)芯片在电流应力作用下的光电退化机制及其电-热耦合短路效应,揭示了micro-LED芯片独特的突发性短路失效机理。实验结果表明,施加2 h电流应力后,芯片发光强度衰减至初始值的约43%,反向漏电流显著增大,且在-10 V偏压下的超低频噪声功率谱密度增幅达4个数量级,证实缺陷态密度增加是导致光电特性退化的主要因素。此外,热成像分析显示,应力时间延长至约5 h时,芯片表面热点区域面积呈现指数级扩展趋势,最终因局部介质击穿或金属互连桥接而引发突发性短路失效。同时发现,在芯片结温114.8℃的热应力下仅造成约22%的发光强度衰减,而强制散热条件下发光强度衰减幅度(约43%)与无散热条件基本相当。该现象表明载流子注入诱导的缺陷增殖是芯片退化的主导机制,其对性能退化的贡献度约为热效应的两倍。
一种基于忆阻器调谐频率的低功耗振荡器
梁天航;陈旭;陈义豪;王琦;李志刚;陈刚;鲁华祥;随着无线传感器朝着微型化和低功耗方向不断发展,传统片上时钟源在频率调节范围、功耗和面积上面临显著技术瓶颈。为此提出了一种新型硅基时钟源设计,主要工作包括:设计了一种新型忆阻器读出电路,能将阻值可调区间有效转化成频率调谐范围;基于该电路与晶闸管构建低功耗振荡器,并提出了频率校准方法,降低温度系数对输出频率的影响;基于180 nm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺完成了电路和版图设计。结果表明,振荡器的调谐范围为0.02～10.95 MHz;在典型2 MHz工作频率下,系统总功耗仅为7.38μW;在-40～85℃的工作温度范围内,输出频率的温度系数为190.7×10-6/℃;电源电压在1.62～1.98 V变化时电压灵敏度为45.7×10-6/mV;此外,电路的版图面积仅为10 720μm2。
基于非接触式摩擦纳米发电机的步态识别方法
顾梦辰;张静怡;曹自平;设计了一种基于非接触式摩擦纳米发电机(NC-TENG)的步态识别系统,旨在通过捕捉人体运动中的机械能实现精准的步态分析与分类。实验表明,该传感器的感应电压与运动速度、加速度以及角度均呈现良好的线性关系。当运动角度设定为200°时,输出电压达到峰值为0.75 V;在运动速度从90°/s提升至180°/s时,峰值电压从0.475 V显著提升至1.49 V,验证了NC-TENG用于步态信息采集的可行性。基于该系统对人体大腿的5种步态数据进行采集,并设计了一种结合了定义层和注意力机制的双向长短期记忆网络(BiLSTM)分类算法,实现了对序列数据的有效分类。实验结果显示,该系统输出的电压信号能够清晰表征每种步态的特征波形,实现了这5种步态动作的有效识别,其中蹲起、下楼梯的动作识别率分别高达90.0%和97.5%,展现了该步态识别系统在健康监测和运动科学领域的应用潜力。
铁电四方相BiFeO3单晶薄膜与Si异构集成研究
李博;尹志岗;吴金良;张兴旺;通过射频溅射技术,在a面ZnO衬底上成功外延生长了亚稳四方相BiFeO3薄膜。四方相BiFeO3薄膜具有(001)取向,其与ZnO间的外延匹配关系为:BiFeO3(001)‖ZnO(■),BiFeO3[110]‖ZnO[■]和BiFeO3[■]‖ZnO[0001]。建立了基于ZnO牺牲层的外延剥离工艺流程,实现了自支撑四方相BiFeO3薄膜的制备,并成功将其转移至Si基底之上。X射线φ扫描结果显示,湿法转移得到的Si基四方相BiFeO3薄膜仍保留了单晶形态。同时,转移前后四方相BiFeO3薄膜均方根粗糙度分别为0.40和0.42nm,表明湿法转移过程对样品表面形貌的影响基本可以忽略。基于Si基四方相BiFeO3薄膜,制备了金属/铁电体/绝缘体/半导体器件,其电容-电压曲线表现出明显的回滞特征,存储窗口高达3.48 V。计算得到四方相BiFeO3薄膜的矫顽场强度为580kV/cm,相对介电常数为18。本研究提供了一种将具有优异铁电性能的四方相BiFeO3与Si集成的通用路径,对于铁电非易失存储器的开发及未来应用具有重要意义。
基于SOI-MEMS工艺的新型电容式三轴MEMS加速度计
钟恺韬;韩国威;赵永梅;宁瑾;设计了一种新型的电容式三轴微机电系统(MEMS)加速度计,该加速度计使用单器件内分立三个质量块方案实现三轴检测。提出了该加速度计基本构型与创新设计的弹簧梁结构,并在结构中加入自检测与限位防撞结构。通过仿真软件对所设计器件的谐振频率与电容灵敏度等进行仿真。仿真结果表明该加速度计可实现三轴检测且具有较高的灵敏度。创新设计的梁结构可有效隔绝77%的位移扰动,驱动结构可实现自检测功能,限位防撞装置可确保器件安全工作。使用Bosch刻蚀工艺及气相氢氟酸(VHF)工艺完成基于绝缘体上硅(SOI)样片的器件制作。最后,对制作完成的器件进行性能测试,得到加速度计的标度因数为513 270 LSB/g,表明加速度计具有较高的数字输出灵敏度。器件X轴、Y轴、Z轴均方根(RMS)噪声分别为0.23、0.25和0.29mg,噪声信号功率谱密度分别为26、29和33μg/(Hz)1/2,偏置不稳定性分别为10.62、11.75和12.00μg,表明该加速度计具有较低噪声水平和高精度三轴检测应用的潜力。
MEMS传感器现状及应用
王淑华;MEMS传感器种类繁多,发展迅猛,应用广泛。首先,简单介绍了MEMS传感器的分类和典型应用。其次,对MEMS压力传感器、加速度计和陀螺仪三种最典型的MEMS传感器进行了详细阐述,包括类别、技术现状和性能指标、最新研究进展、产品,及应用情况。介绍MEMS压力传感器时,给出了国内外采用新型材料制作用于极端环境下压力传感器的研究情况。最后,从新材料、加工和组装技术方面对MEMS传感器的发展趋势进行了展望。
经典分子动力学模拟的主要技术
樊康旗,贾建援综述了分子动力学模拟的基本原理、发展过程及主要应用,介绍了原子间势函数的发展及势参数的确定,给出了分子动力学模拟中相关的有限差分算法、初始条件及边界条件的选取、平衡态系综及其调控、感兴趣量的提取及主要过程。最后还指出了分子动力学模拟方法本身进一步的研究方向。
MEMS传感器现状及应用
王淑华;MEMS传感器种类繁多,发展迅猛,应用广泛。首先,简单介绍了MEMS传感器的分类和典型应用。其次,对MEMS压力传感器、加速度计和陀螺仪三种最典型的MEMS传感器进行了详细阐述,包括类别、技术现状和性能指标、最新研究进展、产品,及应用情况。介绍MEMS压力传感器时,给出了国内外采用新型材料制作用于极端环境下压力传感器的研究情况。最后,从新材料、加工和组装技术方面对MEMS传感器的发展趋势进行了展望。
超级电容器材料及应用研究进展
石文明;刘意华;吕湘连;张瑞荣;何洋;作为新型储能装置之一，相较于传统储能装置，超级电容器具有功率密度高、使用寿命长、充放电速率快等优越特性，因而受到了研究者们的广泛关注。介绍了超级电容器的发展历程、分类及工作原理；概述了应用于超级电容器的碳基材料、过渡金属氧化物、导电聚合物及复合材料等电极材料的研究进展；阐述了超级电容器在工业、电力、汽车、航空等领域以及柔性超级电容器在可穿戴电子产品中的应用状况；分析了当前超级电容器的不足及面临的挑战；总结了超级电容器新的可能应用领域(如生物、医疗和神经形态学计算等领域)及新的研究方向(如超级电容器精确数学模型等)。
薄膜材料研究中的XRD技术
周元俊;谢自力;张荣;刘斌;李弋;张曾;傅德颐;修向前;韩平;顾书林;郑有炓;晶格参数、应力、应变和位错密度是薄膜材料的几个重要的物理量,X射线衍射(XRD)为此提供了便捷而无损的检测手段。分别从以上几个方面阐述了XRD技术在薄膜材料研究中的应用:介绍了采用XRD测量半导体薄膜的晶格参数;结合晶格参数的测量讨论了半导体异质结构的应变与应力;重点介绍了利用Mosaic模型分析位错密度,其中比较了几种不同的通过XRD处理Mosaic模型,且讨论了它们计算位错密度时的优劣。综合XRD技术的理论及在以上几个方面的最新研究进展,对XRD将来的发展做出了展望。
经典分子动力学模拟的主要技术
樊康旗,贾建援综述了分子动力学模拟的基本原理、发展过程及主要应用,介绍了原子间势函数的发展及势参数的确定,给出了分子动力学模拟中相关的有限差分算法、初始条件及边界条件的选取、平衡态系综及其调控、感兴趣量的提取及主要过程。最后还指出了分子动力学模拟方法本身进一步的研究方向。
柔性可穿戴电子的新进展
卢忠花;王卿璞;鲁海瑞;袁帅;王丹丹;综述了近期柔性可穿戴电子的研究进展以及在现代生活中的发展应用,阐明了柔性薄膜电子在医学和生活娱乐等领域的发展方向和潜在应用,特别是在医疗领域,柔性电子的发展与应用将是人们未来生命健康监测与治疗的主流方向。详细介绍了以聚酰亚胺等聚合物材料为基底的薄膜电子器件的发展类型,并且阐述了分别以聚合物薄膜材料和导电织物为基底的柔性电子设计。论述了制约柔性可穿戴电子在未来发展研究中的问题,并对柔性可穿戴电子的发展趋势进行了展望。