新能源材料与器件专题

• 基于电流域量化的CMOS温度传感器设计

  魏涵冲;徐亦臻;王智超;孙典;邓家卫;罗向东;

  为满足先进工艺下片上系统对低压供电、高分辨率及小面积温度传感器的需求，提出了一种基于电流域量化的CMOS温度传感器。采用比例电压跟随技术突破了BJT基极-射极高压特性限制，兼容1.08～1.65 V宽范围供电；通过开环数字校准技术将带隙核运放失调电压降至370.66μV,提升感温电流精度；创新了电流镜阵列式分辨率调节模块，在不改变ADC有效位数的前提下，将分辨率从0.2℃提升至0.14℃。量化模块采用连续时间一阶12 bitΣ-ΔADC,配合带降压功能的前置运放优化响应速度。基于TSMC 6 nm FinFET工艺验证，该传感器核心面积0.006 mm~2,典型功耗410μW,在-40～125℃测温范围内量化误差±2.6℃,最快转换时间128μs。该设计可适配先进工艺SoC异构供电与动态热监控需求，为片上热管理提供实用化解决方案。

  2025年12期 v.44;No.406 1371-1381页 [查看摘要][在线阅读][下载 2877K]
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• 径向化磁场内的霍尔角度传感器设计

  胡益铭;樊华;

  基于CMOS工艺的霍尔角度传感器具有高集成度、低成本、强鲁棒性等种种优势，就非接触式磁性霍尔角度传感器的研究提出了一种新方案：依托COMSOL有限元仿真软件建立径向磁化圆柱永磁体与正交耦合的水平霍尔器件阵列的三维多物理场模型，再利用实际制造的水平霍尔器件的测试数据构建Verilog-A行为模型。以仿真模型为基础设计了调理电路对霍尔电压进行处理，然后输出角度值。当磁场的中心轴与霍尔器件阵列的中心重合时，此系统在Cadence电路仿真中得到的角度误差不超过0.16°;当径向磁化的磁体沿x轴和y轴方向移动150μm后，此系统在Cadence电路仿真中得到的角度误差不超过0.29°。

  2025年12期 v.44;No.406 1382-1389页 [查看摘要][在线阅读][下载 2131K]
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• 基于电容-应变互补的六维力传感器研究

  吴静钰;杨建涛;朱兆才;

  应变片式六维力传感器依赖人工贴装，制造成本高；电容式六维力传感器可实现自动化装配，但容易受到环境的干扰。针对以上问题，研究提出了一种电容-应变互补融合型传感器。该传感器将金属箔应变片与电容传感单元集成于同一弹性结构，既保留应变片高灵敏度的优势，又利用电容单元自动化装配的特性，显著简化了制造工艺。为验证可行性，设计了实验样机并进行特性测试，同时与SRI-M3703C商用六维力传感器进行对比。实验结果显示：力分量(F_x,F_y,F_z)的非线性度分别为1.52%,0.87%,0.59%,平均相对误差为0.12%～0.36%FS,最大动态误差≤0.40%。扭矩分量(M_x,M_y,M_z)的非线性度分别为0.20%,0.34%,0.10%,平均相对误差为0.04%～0.12%,最大误差≤0.18%。该传感器应变片数量减少了70%,仍保留精度与动态性能。

  2025年12期 v.44;No.406 1390-1397页 [查看摘要][在线阅读][下载 1869K]
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• 用于监测民航试飞员手部运动信号的AgNWs/LIG柔性应变传感器

  张德银;吴章辉;范红云;钟勉;李首庆;

  石墨烯基柔性应变传感器因其高灵敏度与稳定性，在健康监测和智能可穿戴设备中具有重要应用潜力。然而，石墨烯与柔性衬底之间的弹性模量差异导致界面键合不足，限制了传感器的拉伸性和性能优化。为克服这一瓶颈，采用激光诱导石墨烯(LIG)技术，以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为衬底，并在石墨烯表面掺杂银纳米线(AgNWs)以构建复合导电网络，制备出高性能柔性应变传感器。实验结果表明，在激光功率密度0.6×10~6 W/cm~2的条件下，器件在15%～17%应变区间表现出优异的灵敏特性，应变系数(GF)高达1517。传感器能够精确捕捉民航试飞员手部运动细节，并在2000次循环拉伸测试后仍保持稳定电学响应，显示出良好的机械耐久性和长期可靠性。AgNWs/LIG复合结构为提升石墨烯柔性应变传感器的性能提供了有效路径，同时为柔性电子器件的设计与应用开辟了新思路。

  2025年12期 v.44;No.406 1398-1407页 [查看摘要][在线阅读][下载 2900K]
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• 基于蛇形可拉伸应变传感器的植物健康监测系统研究

  李盼;刘志照;王静;孙悦;王亚玲;

  随着智慧农业与柔性电子技术的快速发展，植物健康的实时感知对于实现精准种植、提高作物产量具有重要意义。然而，传统传感器在可拉伸性、机械匹配性和信号稳定性方面存在不足，难以满足植物微形变的连续感知与生理状态动态评估需求。本研究采用聚二甲基硅氧烷为基底，结合磁控溅射与激光刻蚀技术，制备了基于蛇形银薄膜结构的可拉伸应变传感器，并构建了植物可穿戴健康监测系统。结果表明，该传感器灵敏度可达38.86,响应范围为0～40%,响应时间为0.9 s,最低检测限为0.2%,且具有良好的信号稳定性。该监测系统可实现植物在昼夜节律下的动态生长监测，并揭示了水分处理对植物生长速率的影响机制。本研究为作物生理行为识别、表型精准分析与智慧农业中的动态决策提供了技术支撑。

  2025年12期 v.44;No.406 1408-1415页 [查看摘要][在线阅读][下载 2737K]
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• 氧化铝的添加量对铂薄膜传感器密封材料的影响

  王耀成;王晓春;陈宜珩;

  铂薄膜电阻温度传感器因尺寸小、测温范围广、精度高而成为测温领域热点，但其长期稳定性与可靠性受封装材料所限制。现有的封装技术常因热膨胀系数(CTE)不匹配而引发热应力累积，导致微裂纹或孔洞，从而降低气密性并引入污染物，最终造成绝缘失效和性能漂移，尤其在高温热循环中更为明显。为应对此问题，提出在SiO_2-CaO-B_2O_3-Al_2O_3基础玻璃体系中复合Al_2O_3陶瓷粉体，以优化封装性能。实验表明，当Al_2O_3添加量达到质量分数15%时孔隙率降低至0.86%,材料致密性得到显著提升，形成最优结构。密封材料在室温至800℃温区内，绝缘电阻率高达11×10~(12)Ω·cm,展现卓越高温绝缘能力，经500次室温至800℃热循环后，孔隙率仅微增至1.29%,同时封装后的铂薄膜电阻温度系数(TCR)稳定维持在3780 ppm/℃,证明其优异的气密性和绝缘性。这一研究成功开发出兼具高密封性、高温绝缘性和热稳定性的玻璃陶瓷封装材料，为传感器封装长期技术难题提供了有效材料解决方案和理论支撑。

  2025年12期 v.44;No.406 1416-1425页 [查看摘要][在线阅读][下载 2648K]
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研究与试制

• 高固含量MgTiO₃基微波介质陶瓷3D打印浆料的流变与光固化特性研究

  蔡锦阳;楼熠辉;付明;雷文;吕文中;

  针对(1-x)MgTiO_3-xCaTiO_3(x=0, 0.1, 0.2, 0.4)微波介质陶瓷光固化3D打印中的关键科学问题，系统研究了高固含量陶瓷3D打印浆料的流变特性、光固化特性以及微波介电性能。通过调控陶瓷颗粒与光敏树脂之间的界面相互作用，并优化分散剂配比，有效提升了浆料的分散稳定性与流动性能。结果表明，随着CaTiO_3含量的增加，颗粒表面活性增强，团聚倾向上升，需添加更多分散剂以降低浆料黏度。研究了高固相含量条件下，陶瓷浆料对激光光子的吸收、散射与反射机制，揭示了影响光固化过程中的关键因素，成功制备了固含量高达60%的MgTiO_3基陶瓷3D打印浆料。相较于干压法成型的陶瓷样品，3D打印的陶瓷样品表现出更好的均匀性、更高的致密度，其相对介电常数和介质损耗等关键微波性能显著提升。本研究为高固相含量光固化陶瓷浆料的设计提供了理论支撑，并为微波陶瓷器件的3D打印加工奠定了材料基础。

  2025年12期 v.44;No.406 1426-1433页 [查看摘要][在线阅读][下载 2226K]
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• 一种基于圆波导的圆极化微波喷流设计

  朱岳川;夏新宇;杨毅;徐天;邵亚星;尚玉平;

  针对高效微波喷流的电场方向多样性问题，提出了一种基于圆波导的紧凑型圆极化微波喷流设计。该设计主要由同轴线-圆波导转换器、波导圆极化器以及末端聚束介质构成。由50Ω同轴线在圆波导内激励起线极化性质的TE_(11)模式，通过介质插片对圆波导内正交方向上的电场分量引入π/2透射相位差，产生具有圆极化性质的TE_(11)模式。并在圆波导末端加载电介质，通过电介质剖面渐变实现透射相位补偿，使圆极化性质的TE_(11)模式最终高效率地聚焦于电介质尖端，形成具有圆极化性质的微波喷流。场分布结果表明，微波喷流区域内的电场幅值得到显著提升，并且在区域横向截面内的所有方向上观察到几乎相同的电场强度分布，验证了该设计思路的有效性。圆极化性质的微波喷流紧凑型装置有望辅助任意朝向细微物体的微波检测应用。

  2025年12期 v.44;No.406 1434-1440页 [查看摘要][在线阅读][下载 2461K]
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• 一种带非线性电流注入与跨导反馈的高PSRR带隙基准

  周雨函;武华;朱春晓;曹先国;

  为提升带隙基准电压源(BGR)在电源波动和温度变化下的精度与稳定性，提出一种结合非线性电流注入与跨导反馈技术的带隙基准结构。该结构利用双极结型晶体管(BJT)差分对的电流差产生补偿电流，以抵消参考电压的非线性温度特性。通过在共源共栅电流镜上增加额外的跨导反馈支路，减小电源电压波动对主环路的影响，从而增强电源抑制比(PSRR)。电路基于SMIC 0.18μm BCD工艺设计，仿真结果显示，在3.3 V电源电压下，基准输出电压为1.205 V,在-40～125℃的温度范围内，基准电压的温度系数为5.82×10~(-6)℃~(-1),低频电源抑制比达到-120.83 dB。所提出的技术有效提升了带隙基准的电源抑制能力与温度稳定性，实现了高精度基准电压输出。

  2025年12期 v.44;No.406 1441-1449页 [查看摘要][在线阅读][下载 2540K]
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• 基于模拟预失真的双频功率放大器设计

  江嘉伟;林福民;

  为了满足5G通信系统对多频段、低功耗和高线性度功率放大器的应用需求，提出了一种融合模拟预失真技术与双频功率放大器的设计方法。通过构建非线性发生器生成非线性信号以实现线性化预处理，另一支路采用移相器和衰减器优化预失真特性，两路信号经合路器合成预失真信号后，通过驱动功放进行功率放大。针对n78/n79双频段设计输出匹配网络，并采用谐波抑制来提高功放的效率。实测结果表明，在双频段内功放输出40 dBm时，功率附加效率达到55%～61%,增益压缩小于1 dB,三阶互调(IMD3)改善7 dBc以上。本研究为改善双频功放的线性度和效率提供了一种有效的解决方案，具有重要的工程应用价值。

  2025年12期 v.44;No.406 1450-1458页 [查看摘要][在线阅读][下载 2532K]
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• 一种高压摆率运算放大器

  张东;肖永惠;曲美月;宫政;杨邦勋;

  为解决信号处理延迟时间长、带容性负载能力差的问题，基于双极型工艺设计了一款高性能运算放大器。电路整体为二级运放，采用密勒电容来进行频率补偿。为保证运放工作在不同温度下的稳定性，采用一阶与温度无关的偏置电流。运放输入级采用共集-共射组态的形式，来增大运放的输入阻抗，同时提升对信号接收的灵敏度。电路采用全三极管来实现高增益和高转换速率，以及强带容性负载能力。为更好提升运算放大器的性能，采用spectre工具对电路进行仿真优化。仿真结果表明在±15 V电压工作条件下增益带宽积为4.57 MHz,压摆率为11.5 V/μs(负载电容100 pF),等效输入参考噪声为20 nV/Hz~(1/2),可驱动1000 pF负载电容。该设计具备高速数据采集与信号调理的能力。

  2025年12期 v.44;No.406 1459-1463页 [查看摘要][在线阅读][下载 1291K]
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• 考虑覆铜热传导与串温补偿的回流焊仿真技术

  王博宇;黄少华;郭宇;王燕清;侯霄宇;孙浩;

  为解决航天高密度PCBA(Printed Circuit Board Assembly)组件SMT(Surface Mounted Technology)回流焊温度场仿真中传热考虑欠缺、精度不足的问题，开展了有限元仿真技术研究。考虑PCBA组件的覆铜走线对传热影响和回流炉不同温区间温度串联变化，提出了一种温度场的串温补偿机制，设计动态温度加载算法模拟其温度边界条件，在流体仿真软件FloEFD中构建了覆盖回流炉与PCBA三维热传递的综合仿真模型；进一步开发集成工艺建模与仿真结果可视化的智能仿真软件平台。以某典型PCBA组件为例，结果显示：针对6个典型监控点，仿真模型输出温度曲线关键指标的相对误差均低于行业允许阈值(峰值温度±5℃、升温斜率±0.5℃/s、冷却斜率±1℃/s、熔锡时间±10%)。结论表明，该仿真方法能显著提升密集布线区域温度预测准确性，体现传热分配不均匀特性，所开发智能平台实现了从工艺参数输入到关键指标输出的全流程智能化，为航天电子组件回流焊工艺优化提供高效工具。

  2025年12期 v.44;No.406 1464-1473页 [查看摘要][在线阅读][下载 2390K]
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• 柔性聚合物基IGBT模块在低压调压电路中的界面特性研究

  杨博;巩帅奇;谭磊;吴宇桐;王辰;

  为解决柔性聚合物基绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块在低压调压电路应用中的界面性能瓶颈，明确其界面电学、热学及粘接性能的关键影响机制，本研究系统探究了衬底厚度与电阻率、焊片成分及回流温度对模块界面特性的作用规律。结果表明：选用厚度300～350μm、电阻率1.2～1.6Ω·m的柔性聚合物衬底，可在优化界面电场分布、提升击穿电压的同时，避免导通压降过度升高；锡铅合金焊片的散热系数与界面粘接强度优于锡银合金，且可在200～220℃回流温度下实现高强度粘接，有效保护柔性衬底。本研究对提升低压调压电路的长期可靠性与运行效率具有工程指导价值。

  2025年12期 v.44;No.406 1474-1480页 [查看摘要][在线阅读][下载 1479K]
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• Gamma-深度高斯过程耦合建模的多层聚合物铝电容动态可靠性评估

  陶建洲;朱平;刘泽鹏;吕子龙;

  针对高温高频工况下多层聚合物铝电容可靠性评估的挑战，构建一种融合Gamma多参数退化模型与深度高斯过程(Deep Gaussian Process, DGP)的动态预测框架。通过循环充放电实验量化发现：温度、功耗、等效串联电阻及漏电流对容量退化的耦合影响占比超90%。在创新构建的混合模型中，Gamma过程精准刻画单调退化路径，DGP则通过变分推断与k-means++诱导点机制解析多应力非线性交互效应；二者通过动态耦合机制实时调整Gamma参数，实现失效阈值(80%容值)下的可靠度与故障率函数更新。实验验证表明：在常温(24℃)下，多层聚合物铝电容器的预测精度可达到R~2=0.9999,剩余寿命误差小于5%;然而，在高温(48℃)环境下，由于热效应的主导机制，退化速率显著增加154%,导致模型预测误差增大。该框架为新能源汽车800 V平台、5G基站等高压高频系统的电容健康管理提供了高精度寿命预测工具。

  2025年12期 v.44;No.406 1481-1488页 [查看摘要][在线阅读][下载 1431K]
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技术与应用

• 高导热有机硅灌封胶的制备和性能研究

  陈丽敏;朱舒燕;赵丁伟;张政军;王炜鹏;

  针对高功率电子元器件热管理与可靠性需求，解决传统灌封材料难兼顾导热、力学与耐候性的问题，开发综合性能优异的高导热有机硅灌封材料。以不同黏度双端乙烯基聚硅氧烷为基础胶，通过硅氢加成反应制备有机硅灌封胶材料；调控SiH/SiVi摩尔比，结合傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、差示扫描量热(DSC)、热失重(TGA)及电学测试表征材料性能。结果表明，当SiH/SiVi摩尔比为1.2时，材料性能最优：导热系数为3.212 W/(m·K),拉伸强度为2.8 MPa,断裂伸长率为61%,邵氏A硬度为63 HA;125℃固化60 min后SiH与SiVi反应完全；玻璃化转变温度(T_g)低至-122℃,5%失重温度(T_(5%))达435℃,800℃热失重保持率为90%;体积电阻率为1.3×10~(14)Ω·cm, 1 MHz介电常数为3,绝缘强度为30 kV·mm~(-1)。该灌封胶兼顾高导热、优异力学性能、宽温域耐候性与高绝缘性，为高功率电子元器件灌封保护提供关键材料，具有工程应用价值。

  2025年12期 v.44;No.406 1489-1495页 [查看摘要][在线阅读][下载 1199K]
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行业作品鉴赏

• 《Sport game动感单车设计》

  刘成晨;赵峰毅;

  <正>设计说明:Sport game是一款基于游戏理念的动感单车,以“运动即游戏,健身闯关卡”为核心设计理念,突破传统健身枯燥感。产品基于定制化电子元件和专属软件程序构建游戏化交互系统,车把触控屏生成“虚拟赛道”,踏频、功率转化为“速度buff”与“耐力值”,骑行闯关可解锁皮肤装备;还通过阻力、氛围灯等多维反馈联动感官体验,且支持跨设备联机。

  2025年12期 v.44;No.406 1496页 [查看摘要][在线阅读][下载 177K]
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• 《休闲电动滑板车》

  方岩;

  <正>设计说明:本款休闲电动滑板车是一款智能绿色代步工具,搭载电子动力回收系统。行驶中前轮可将动能转化为电能,由智能电控模块自动调节并输送至后轮电机,提升能量利用效率。车身采用折叠设计,兼顾便携与实用。整体通过电子控制系统优化动力输出,使骑行更智能、更节能。

  2025年12期 v.44;No.406 1497页 [查看摘要][在线阅读][下载 184K]
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• 《福翼-概念车》

  方岩;

  <正>设计说明:福翼概念车采用全金属框架搭配黑银双色涂装,凸显科技质感。作为混合动力车型,其搭载的智能电控能量管理系统能高效协同电机与发动机工作。配备一体式液晶交互仪表,能实时显示能量流。操作系统集成触控按键,并应用线控转向技术,结合主动悬架控制系统,共同实现了响应迅捷、浑然一体的智能驾驶体验。

  2025年12期 v.44;No.406 1498页 [查看摘要][在线阅读][下载 190K]
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• 《诺亚家庭生活管家》

  黎嘉婕;

  <正>设计说明:这是家庭伙伴诺亚,身高1.2米,采用陶瓷白与哑光钛合金材质。流线型机身搭载三轴柔性机械臂,内置多功能模块化接口,可精准完成清扫、备菜、空气净化等56项家务。凭借红外传感器与超声波探头,能感知污渍、定位失物。支持情感交互,可适配孩子情绪讲述亲子故事,还能守护家庭安防,对门口异动实时推送提醒、对水电异常提前预警,是串联生活细节的家庭生态中枢。

  2025年12期 v.44;No.406 1499页 [查看摘要][在线阅读][下载 217K]
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