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
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电话：0311-87091487
地址：石家庄市179信箱49分箱
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微透镜阵列光场成像在立体视觉领域的研究进展
谷同凯;牟略;王亮亮;近年来，微纳制造技术的迅速发展使得多种视觉识别需求的实现成为可能。为了应对日益多样化的应用需要，基于微透镜阵列的视觉识别系统改进已成为该领域一个重要的发展方向。针对这些改良和改良效果，从硬件结构改良与软件算法改良两个大方向进行分析与总结。首先，在硬件结构改良中，主要对以角坐标获取、以空间坐标获取和以清晰图像获取为目的的优化进行归纳与总结。其次是软件算法改良，归纳与总结了通过针对静物识别清晰图像获取的优化与通过对动态物体进行运动分析的优化。最后，总结了微透镜阵列在立体视觉领域的结构与算法的研究进展，并展望了未来研究方向。
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静电形成纳米线场效应晶体管的研究进展
邵照程;魏淑华;明安杰;静电形成纳米线场效应晶体管(EFN FET)是一类基于多栅极协同静电调控的新型器件。针对传统硅纳米线传感器制造后导电通道尺寸固定，导致灵敏度和动态检测范围受限等共性瓶颈问题，EFN FET通过多栅静电调控，在半导体内部构建了位置与尺寸可动态编程的虚拟纳米线通道，显著提升了器件性能。综述了EFN FET的工作原理及其应用进展：在温度传感方面，利用亚阈值区电流特性实现了优于互补金属氧化物半导体(CMOS)器件的电流温度系数(13.3%/K);在气体传感方面，通过边缘电场调控结合机器学习算法，解决了挥发性有机化合物(VOC)的高精度选择性识别难题；在生物传感方面，元纳米通道(MNC)技术有效突破了生物电荷的非均匀分布以及生理环境下德拜屏蔽效应的制约问题，在真实生物血清中实现了飞摩尔级无标记检测。最后对该技术在自动化控制与感算一体化系统中的前景进行了展望。
一种低功耗低温漂的RC环形振荡器设计
郝伟琦;宋迪;肖德勇;刘伟昆;郜其鑫;面向低功耗物联网(IoT)芯片对“休眠定时”时钟源提出的高集成、低功耗、宽温区和高稳定性需求，研究并设计了一款全集成片内振荡器，重点解决传统片外晶振体积大、成本高而现有片内振荡器温漂大、功耗高等技术限制。提出“正负温度系数电阻阵列互补”结合“本地阈值跟踪稳压”协同补偿架构、基于“环形振荡器+RC充放电”结构的核心振荡环路，利用本地电源跟踪NMOS/PMOS器件阈值电压，使开关点比率几乎不受温度与电源电压影响；片内集成正/负温度系数电阻网络与偏置电压可配置手段，降低频率随温度的偏移；采用6 bit电容阵列实现宽范围频率调谐，能够覆盖多工艺角与电源电压波动。振荡器采用180 nm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺流片，芯片面积0.016 mm2。对三片芯片进行测试，结果显示，在1 MHz输出时功耗仅3μW,-40～85℃温度范围内最大频率偏差为±0.95%,频率调谐范围为0.76～1.43 MHz。该振荡器适合于低功耗物联网芯片应用。
基于自适应电流控制的低功耗音频功率放大器设计
许超;周静;马镇;韩前磊;基于双极工艺设计了一种自适应电流控制的低功耗音频功率放大器，主要包括：自适应电流控制电路、基准电路、功率放大器电路以及输出电压修调电路。自适应电流控制电路可以感知功放输入端信号，动态改变输出功率管输入偏置电流，降低音频功率放大器的静态功耗。功率放大器通过输出电压修调电路形成闭环连接，可在中测阶段通过修调电阻调节输出电压，降低工艺偏差的影响。电路采用国内2μm、18 V双极工艺完成设计、流片，测试结果表明，其可以在1.8～18 V电源电压下工作，拥有立体声及桥接工作模式。6 V电源电压下，静态电流为3.8 mA,输入失调电压为6 mV,电源抑制比为63 dB。
基于CPW馈电的层叠宽带MIMO天线设计
刘新宇;常睿;马健;王佳云;设计了一种基于共面波导(CPW)馈电的双层印刷宽带多输入多输出(MIMO)天线。该天线采用Rogers 4003C介质基板，通过CPW馈电，双层辐射结构拓展工作带宽；该天线可工作于5.75～12.28 GHz(相对带宽72.44%),方向图呈全向性，峰值增益为4.06 dB。将天线单元正交旋转90°形成四端口MIMO天线，尺寸为42 mm×42 mm,无需额外的解耦结构便能实现高隔离度。仿真和测试结果表明，四端口MIMO天线工作范围为5.72～12.25 GHz(相对带宽72.68%),天线单元之间的隔离度均优于20 dB,包络相关系数(ECC)<0.05,分集增益(DG)>9.99 dB,无限接近10 dB,满足设计要求。该天线兼具宽频带与高辐射效率特性，可广泛应用于Wi-Fi 7、X波段等通信场景。
基于熔融合金电流体喷印的多层电路空间互连导线制备研究
付爽;潘艳桥;薛景;孙月;刘济恒;空间互连导线是多层电路器件的关键组成部分,有助于在单位面积内集成多类型元器件。其常规制备方法,如软光刻、转印等存在工艺复杂、成本昂贵的问题。提出了一种气压辅助熔融合金电流体喷印的方法,使用低熔点合金作为空间互连导线的材料,快速制备多层电子器件。首先,阐述了该工艺的基本原理及验证方法,研究了脉冲峰值电压(U)、打印速度(v)、气压(p)对喷印线宽的影响,同时研究了垂直立柱和弧形导线可控制备的工艺规律。在脉冲峰值电压为2.4kV、喷嘴内径为250μm、平面打印速度为4.2 mm/s、垂直方向的打印速度为0.6 mm/s、气压1.5 kPa的条件下,面内导线和空间互连导线结构成型质量较佳,并试制了基于空间互连结构的多层电子器件。该方法为多层互连柔性可穿戴电子器件提供了简单有效的制备策略。
高性能4H-SiC双结二极管温度传感器设计与实现
易如一;李响;赵永梅;杨香;杨富华;樊中朝;司朝伟;针对高温能源领域对高性能测温元件的需求,研究并制备了一种基于4H-SiC双结(同时包含p-n结与肖特基结)二极管的新型温度传感器。该传感器利用4H-SiC宽禁带半导体的高热稳定性,通过双结串联结构在恒定电流偏置下正向电压随温度的线性响应实现测温。在298～573 K的温度范围内,该传感器展现出优异的性能指标在1 nA低电流偏置下,其最大灵敏度可达4.53 mV/℃,线性度高达99.986%;在1:nA～1μA的电流范围内,平均灵敏度为3.38 mV/℃,平均线性度达99.940%。研究结果表明,该传感器具有工艺简单、易于集成、性能优异的优势,为开发适用于苛刻环境的高性能SiC传感芯片提供了一种有效方案。
MEMS真空度传感器结构与性能演进综述
乔靖评;焦斌斌;刘瑞文;孔延梅;随着高端制造装备与微系统集成技术的快速发展,真空度传感器已普遍实现微机电系统(MEMS)芯片化,其尺寸微缩不再是主要瓶颈。当前研究重点正逐步转向:在芯片尺度受限条件下,如何通过敏感结构设计与集成方式创新,持续提升真空检测性能。由于不同真空压力区间内气体流动状态与主导物理机制显著不同,使得机械应变、谐振、热传导及电离等检测原理在传感器MEMS化后面临差异化的性能约束与结构挑战。围绕MEMS真空度传感器在芯片尺度下的结构演进路径,系统综述了各类真空度检测原理在传感器MEMS化基础上,通过膜片工程、应力调控、热管理结构以及多敏感单元集成等手段实现性能提升的研究进展,重点分析了灵敏度、量程、稳定性与集成度之间的权衡关系。同时,进一步总结了宽量程复合真空度传感器由分立复合向单片一体化集成的发展趋势,并对MEMS真空度传感器未来在高性能、宽量程与高集成度方向的发展路径进行了展望。
复合电沉积法制备Ni-Co/SiCw复合材料及其性能研究
赖丽燕;钱峰;余冠良;李以贵;王振宇;施晨晨;针对微机械器件对高性能复合材料的需求,采用复合电沉积法制备具有优良力学性能的碳化硅晶须增强镍钴(Ni-Co/SiCw)复合材料。首先确定本实验中Ni-Co合金沉积的最佳基准条件,进而系统研究了电流密度、镀液温度及搅拌速度对Ni-Co/SiCw复合材料微观形貌演变的影响规律。结果表明,制备Ni-Co/SiCw复合材料的最优工艺参数为:电流密度10 mA/cm2、镀液温度50℃、搅拌速度400r/min。在此优化工艺(无添加剂)下,重点考察了SiCw对基体的强化效应。显微硬度测试显示:当镀液中SiCw质量浓度为1.0g/L时,复合材料的显微硬度达到峰值546.1HV,较未添加SiCw的纯Ni-Co合金提升104%。本研究验证了通过工艺优化实现高含量晶须均匀增强的可行性,为高硬度微机械复合材料的开发提供了实验支撑与数据参考。
基于机械蓄能与定量释放机制的宽频振动能量采集器
杨洪志;赵兰;面向状态监测等小型电子设备的长期供电需求,利用环境宽频随机振动进行自供能很有潜力。但传统采集器受激励频率与幅值变化影响大,输出电能不稳定,增加了后端电路设计难度。为此,设计了一种基于机械蓄能与定量释放机制的能量采集器。该能量采集器由弹簧阻尼系统、齿轮箱及发电单元构成。弹簧阻尼系统用于提升低频振动响应,二级传动轮系配合滑轮开关、导向机构实现能量的累积与定量释放,发电单元将机械能转化为电能,从而提高能量的可控性。结果表明,该装置可有效采集3～23 Hz宽频振动,在8 Hz时单次释放的最大平均功率为13.597 mW,150 s内可将4 700μF电容充电至8.536 V。所提出方案能够适应多场景宽频随机振动环境,对微能源采集技术的发展具有重要指导意义。
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。