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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。
用于可见光通信系统的探测器研究进展
杨乐瑶;高丹;张禹馨;可见光通信(VLC)是以可见光为传输载体的新兴通信技术,通过发光二极管(LED)光源高速明暗闪烁传输数据,兼具照明与通信功能。近年来,随着该技术发展,接收器研究进展显著。光电探测器是接收器关键组件,其材料选择、结构设计和制造工艺优化提升了接收器灵敏度和响应速度。对硅基pin光电二极管/雪崩光电二极管(APD)、锗/Ⅲ-Ⅴ族、钙钛矿及有机材料的最新进展进行了梳理,通过对比研究结果得出:基于微纳光学设计的硅基pin阵列已突破1.6 GHz带宽与1.45 Gbit/s数据传输速率;当硅基APD的工作偏压为击穿电压的0.95倍时,实现了蓝光响应度3.72～6.08 A/W,CMOS兼容版本在20 V反向偏压下的增益带宽可达到(234±25) GHz。锗与InGaAs器件凭借50～265 GHz带宽和0.3～0.8 A/W响应度,成为红外/混合链路首选。钙钛矿探测器以4×1013～6×1013 Jones探测度、零偏自供电优势引领柔性VLC,但受kHz级带宽限制;有机器件通过倒置结构与神经网络均衡,将截止频率提升至1.02 MHz并支持3.75 Mbit/s数据传输速率。
4H-SiC外延层中不同形貌三角形缺陷结构和特性
潘双嫄;李贻非;王品;于乐;李哲洋;对在150 mm n型偏轴4°4H-SiC衬底上制备的同质外延层中的三角形缺陷进行研究。通过微分干涉显微镜(DIC)、白光干涉仪(WLI)与表面缺陷检测系统表征了三角形缺陷的分布及形貌特征,三角形缺陷密度～0.06 cm-2。基于光致发光(PL)和拉曼光谱对不同类型三角形缺陷(包括伴生层错的三角形缺陷TD-1和倒金字塔型缺陷TD-2)进行分析,结果表明二者除4H-SiC外均含有3C-SiC晶型,TD-1缺陷周围形成多种堆垛层错的复合结构以释放应力,包括2SSF、3SSF的肖克莱型层错(SSF)和本征、非本征、多层弗兰克型层错(FSF),TD-2缺陷由于其多面体的凹坑结构导致在不同面存在应力积累。此外,3C和4H晶型的竞争性生长导致TD-2缺陷形成局域化的导电通道,电学测量显示缺陷局部区域的漏电流(～1.0 nA)高于无缺陷区域(0 nA),这将不利于器件的可靠性。
基于非接触式摩擦电传感器的人体手势识别系统
乔早;武靖博;曹自平;传统人机交互手势识别系统多依赖接触式传感或复杂硬件,存在交互体验受限、功耗较高等问题。非接触式摩擦纳米发电机(NC-TENG)凭借其无接触响应、低功耗、结构简单的优势,成为人机交互领域手势识别传感方案的理想选择。设计了一种基于NC-TENG的人体手势识别系统,旨在通过捕捉人体手部动作的机械能实现动作分类与人机交互。系统选用电负性差异较大的铝和聚四氟乙烯(PTFE)制备NC-TENG,搭配多通道信号采集电路与PyQt5上位机软件,实现了感应电压信号的稳定采集与实时监测。针对5种动态手势的识别任务,构建基于ResNte18模型的深度残差网络模型,并采用时频联合预处理与数据增强策略,有效提升了模型的泛化能力与分类精度。在此基础上,基于Pygame框架开发了贪吃蛇游戏交互系统,通过将传感器信号实时解析为控制指令,实现了手势对游戏的无接触操控。实验结果表明,该系统对5种手势的识别准确率达96.4%,且交互响应实时,为运动康复训练及新型人机交互应用提供了低成本、高互动性的解决方案。
退火对Cu表面晶粒形貌的有序调控及其力学性能分析
崔世龙;李娜;赵军华;Cu表面的晶粒形貌与粗糙度等参数与其自身的硬度、强度和延展性等性能密切相关。采用分子动力学模拟与实验验证相结合的方法,深入研究了热退火后晶粒形貌的演化规律及其力学性能的变化。研究结果表明,不同取向的晶粒在热退火后产生的形貌不同,退火改善了晶界处的应力集中。随着晶粒尺寸的增大,晶粒表面形貌呈现出从束状台阶到条纹梯田状的变化。随着变形应力的施加,应力优先在晶界处集中并且多在靠近应力源一侧的晶界上传递,较大晶粒更容易通过发射位错来抵抗变形。