- 蔡艺;汪再兴;姜佳池;王林昌;党超;
利用TCAD仿真研究了一种具有沟槽氧化物和P~-屏蔽层结构的新型4H-SiC TP-MPS二极管。通过在传统MPS中引入沟槽氧化物和P~-屏蔽层，能够有效地抑制器件的迅回效应和改善其反向恢复特性。分别仿真了漂移区掺杂浓度、P~-区深度及SiO_2厚度等关键参数对迅回效应和反向恢复特性的影响。研究结果表明：增加金属功函数、P~-区厚度和SiO_2厚度，以及减小漂移区掺杂浓度，均可以有效抑制MPS二极管的迅回效应；而增加SiO_2厚度、减小P~-区厚度和漂移区掺杂浓度均可以改善其反向恢复特性。对比传统MPS结构，TP-MPS结构在SiO_2厚度为2.5μm、P~-区厚度为2μm、漂移区掺杂浓度为4×10~(15 )cm~(-3)的条件下，转折电压降低了34.8%,反向恢复峰值电流降低了23.5%,反向恢复软度因子增加了80%。TP-MPS二极管对迅回效应有明显抑制作用，并且其反向恢复特性得到改善。
2024年09期 v.43;No.391 1063-1070页 [查看摘要][在线阅读][下载 2047K] [下载次数：129 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：11 ] - 吴栋;姚登浪;郭祥;丁召;
基于TCAD设计并仿真了一种具有可控空穴抽取(CHE)路径的双沟槽超结IGBT(CHE-SJ-TIGBT)结构。该器件采用肖特基和非对称超结结构，以增强器件的导通性能和阻断能力。CHE路径由金属栅极(MES)控制。CHE-SJ-TIGBT导通时，高偏置的MES栅极电压会夹断CHE路径，使P-屏蔽层(P-shield)处于浮空状态，以维持较高电导调制并获得较低的导通压降(V_(on))。CHE-SJ-TIGBT关断过程中，CHE路径开启，提供额外的空穴抽取路径，有利于降低关断损耗(E_(off))。仿真结果表明，与浮空的P-shield IGBT(FS-TIGBT)和接地的P-shield IGBT (GS-TIGBT)相比，CHE-SJ-TIGBT的V_(on)分别降低了58.02%和68.64%,同时短路耐受时间分别提升了55.8%和32.8%。此外，阻断电压提升了约18.6%。CHE-SJ-TIGBT的关断损耗虽略高于GS-TIGBT,但比FS-TIGBT低了70%,在V_(on)与E_(off)之间存在更好的折中关系。
2024年09期 v.43;No.391 1071-1080页 [查看摘要][在线阅读][下载 2260K] [下载次数：244 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：10 ] - 马奔;王秀峰;金晓雪;
研制超低电阻率材料对于降低高速摩擦接触导电材料功耗以及推动室温超导材料的发展都具有十分重要的意义。本实验设计并制备了不同夹心层数、不同夹心层厚度和不同夹心层面积分数的石墨/氧化铜/石墨三明治结构(Graphite/Copper Oxide/Graphite Sandwich Structure, G/CO/G-SS)导电材料体系和样品。采用XRD、SDM和SEM表征样品的物相和形貌，利用LCR数字电桥测量样品电阻，并使用四探针测试仪进行标定。结果表明，粒径为10～20μm的氧化铜粉末均匀涂敷在石墨基体表面，恰好填补了石墨表面缺陷。G/CO/G-SS导电材料夹层厚度达到基本单元层厚度时具有9.09×10~(-10)Ω·m(远低于铜的电阻率)的超低电阻率，与石墨基体(8×10~(-6)Ω·m)相比，降低了约4个数量级。研究发现，以高电阻率的氧化铜粉体作为三明治结构的夹心层，在石墨/氧化铜界面上形成了高通导电网络，极大地提高了材料的电导率，并且G/CO/G-SS导电材料电阻率随着复相界面数的增加而降低。
2024年09期 v.43;No.391 1081-1086页 [查看摘要][在线阅读][下载 1790K] [下载次数：140 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：9 ] - 齐亚杰;王云杰;丁家福;和志豪;张博;苏欣;
基于第一性原理方法深入探究了Li_(3-x)Mn_xVO_(4 )(x=0, 0.083, 0.1667, 0.25)晶体的能带结构、态密度、光学性质和弹性性质。计算结果表明，Li_(3-x)Mn_xVO_(4 )(x=0.083, 0.1667, 0.25)三种掺杂体系均稳定存在。其中，本征Li_3VO_4带隙为4.033 eV。当x=0.083时，带隙为0.341 eV,材料由直接带隙半导体转变为间接带隙半导体，并且表现为n型半导体的特性。当x=0.1667和0.25时，带隙分别为0.016 eV和0 eV,材料由半导体转变为金属，导电性显著增强。光学性质计算表明，掺杂体系在紫光区域的反射率有所加强，在吸收谱中x=0.25时材料对光子吸收率最佳。对于反射系数和介电函数的虚部而言，掺杂后的Li_3VO_4体系在低能区域内提升明显，表明更多光被材料表面所吸收。杨氏模量计算结果表明，随着Mn浓度的增大，各项异性变大，极化强度也随之增强。通过对Li_3VO_4进行Mn元素掺杂的方法，找到适合的掺杂浓度，为光、电能的综合利用提供一种有效的方案。
2024年09期 v.43;No.391 1087-1095页 [查看摘要][在线阅读][下载 2714K] [下载次数：169 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：11 ] - 张振宇;雷达;张屹峰;白志刚;张邯平;周渠;
磷酸铁锂电池由于其固有的放热特性以及在电解液中使用易燃有机溶剂，存在着巨大的热失控风险，可能引发严重的火灾事故，因此对磷酸铁锂电池热失控气体的实时监测已成为当前研究的重点。针对目前SnS_2/MoS_2气体传感器存在工作温度高、灵敏度低等难题，基于导电金属有机框架c-MOF在提升导电性能和增强选择性方面的独特优势，开展了SnS_2/MoS_2@c-MOF气敏材料制备、C_2H_4传感特性及检测机理研究。首先利用水热法成功制备了SnS_2@c-MOF和MoS_2@c-MOF复合气敏材料，并利用XRD和SEM表征手段验证了复合气敏材料的成功制备。然后，制成了平面式SnS_2@c-MOF和MoS_2@c-MOF传感器，测试了传感器对C_2H_4的浓度响应、响应恢复时间和稳定性。结果表明，MoS_2@c-MOF传感器对10ppm C_2H_4气体的响应值为4.42%,响应时间/恢复时间为121 s/124 s,优于SnS_2@c-MOF传感器，同时具有较好的长期稳定性。最后，基于密度泛函理论，从吸附能、吸附距离、态密度和电荷转移角度对比分析了SnS_2@c-MOF和MoS_2@c-MOF材料对C_2H_4的吸附性能和响应特性。本文研究成果为开发用于检测磷酸铁锂电池热失控产生的C_2H_4气体的高性能MoS_2@c-MOF传感器奠定了基础。
2024年09期 v.43;No.391 1096-1103页 [查看摘要][在线阅读][下载 2528K] [下载次数：229 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：3 ] |[阅读次数：8 ] - 王蕾;张校尧;史涛;郑其斌;金钻明;
面向~3He管中子探测器的测量需求，设计了一款前端处理电路，主要由信号成形模块和高压供电模块组成。信号成形模块采用分立元件方法，集成电荷灵敏放大、极零相消、多级滤波、基线恢复等功能电路，实现了信号的快速放大成形，可满足高计数率、微弱信号的测量需求；高压供电模块的核心器件选用国产高压元件，结合外控电压调节电路，为探测器提供合适的偏置高压，在0～2 kV范围内实现线性控制。测试表明，该前端电路输出信号的脉宽小于1μs,电荷测量的动态范围为-100～0 fC,等效输入噪声优于0.25 fC。
2024年09期 v.43;No.391 1104-1112页 [查看摘要][在线阅读][下载 1840K] [下载次数：170 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：8 ] - 乔志壮;王兴;何鲁晋;刘林杰;
根据滤波器技术要求，从原理层面将滤波器电路与数学公式相结合。通过广义切比雪夫函数确定了传输零点的频率再通过输入导纳公式确定了产生传输零点的元件取值，进而得到滤波电路。同时，证明了传输零点的添加不会改变通带特性。基于低温共烧多层陶瓷三维封装的工艺特性，对电路进行建模与分析，优化了滤波器电磁特性，最终得到封装尺寸为1206(3.2 mm×1.6 mm)的两款带通滤波器。滤波器30 dB矩形度(BW_(30dB)/BW_(1dB))在1.75以内。低损耗的滤波器插入损耗在1.2 dB以内。高抑制的滤波器在1.68f_0～2.5f_0频率范围内，带外抑制在40 dB以上。该滤波器满足了无线通信系统对滤波器小型化、低损耗的要求。
2024年09期 v.43;No.391 1113-1120页 [查看摘要][在线阅读][下载 1801K] [下载次数：390 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：15 ] - 张沛朋;朱齐亮;
为解决声光可调滤波器稳频过程中工作频率和稳频效率低的问题，提出基于射频技术的声光可调滤波器稳频优化方法。利用f-2f方法探测声光可调滤波器的偏移频率，结合射频技术扩谱处理声光可调滤波器，并根据射频技术的原理和非线性干涉仪的结构，探测滤波器的重复频率，锁定滤波器的重复频率和频移，建立滤波器频率锁定的双腔调谐关系，实现稳频优化。实验表明，所提方法的稳频效率均在90%以上，工作频率在800 Hz以上，具有较好的稳频优化效果。
2024年09期 v.43;No.391 1121-1126页 [查看摘要][在线阅读][下载 1305K] [下载次数：114 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：8 ] - 王锐;王建;马思阅;吴伟;
为了降低功分器的插损、提高功分端口之间的隔离度，对传统威尔金森功分器进行改进，用矩形微同轴结构代替微带线结构，设计了一种新型功分器。微同轴基于微机电系统(MEMS)工艺，主要由改进的五层电镀铜层构成，通过调整内导体的宽度可获得10～100Ω变化范围的特性阻抗，进一步扩大了多阶阻抗变换的阻抗设计范围。功分器三个端口设计为共面波导(CPW)结构，适用于G-S-G探针测试及金丝互连。功分器参数的初始值由数值计算得到，并在三维电磁仿真软件HFSS中建模、仿真和优化。最后，对功分器进行了加工和测试。功分器的尺寸为13.2 mm×6.3 mm×0.5 mm,在12～18 GHz带宽内功分损耗小于3.3 dB,隔离度大于25 dB,表明该新型功分器具有宽频带、低损耗、高隔离性能。
2024年09期 v.43;No.391 1127-1132页 [查看摘要][在线阅读][下载 2198K] [下载次数：431 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：9 ] - 黄新华;
旨在解决传统射频电路防护系统中存在的抗干扰能力不足和漏电量较大等问题，设计了一种可在静电放电保护的同时维持电路综合性能的射频集成电路防护系统。该系统包含一种改进式双结构电源钳位电路(两种类型化电路),利用综合控制电路和释放电路来处理静电放电脉冲。此外，选择超宽带低噪声放大器作为射频电路基体，并通过噪声相消技术对其进行改进，设计了噪音相消式超宽带低噪声放大器，通过精准检测并消除第一级金属氧化物半导体晶体管的沟道电流热噪声，实现信噪比的提升。仿真结果显示，所研究设计的双结构电源钳位电路在10,50和100 ns这三个快速上电时间均未出现误触发情况。其在输入匹配、输出匹配、增益和噪声系数方面表现出色，尤其是噪声系数在2.89～4.05 dB之间，增益在16.35～16.85 dB之间，功耗为2.1 mW,且寄生效应相对较小。由此可见，该防护系统不仅显著提升了电路的防护能力，还确保了电路的整体性能，为高性能与高防护能力的电路设计提供新的思路。
2024年09期 v.43;No.391 1133-1140页 [查看摘要][在线阅读][下载 1586K] [下载次数：197 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：7 ] - 叶旻;吕辉;何军;张力;
传统欠压锁定电路结构复杂，功耗大，不适用于电源浮动的应用场景。为实现对浮动电源的监测，提出了一种欠压锁定电路，该电路结构简单，具有超低功耗和良好的工艺兼容性，通过设置迟滞提高了电路抗干扰能力。采用0.18μm BCD工艺对电路进行仿真和流片验证。仿真结果表明，在25℃典型工艺下电路的锁定阈值和解锁阈值分别为2.9 V和3 V,迟滞电压为0.1 V,功耗为5μW,版图面积为2313μm~2。测试结果表明，该结构可用于浮动电源，测得的锁定阈值与设计值吻合。与同类文献的对比结果表明，该结构在面积、功耗、工艺兼容性和适用范围方面更具优势。
2024年09期 v.43;No.391 1141-1145页 [查看摘要][在线阅读][下载 1221K] [下载次数：140 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：9 ] - 方礼熠;吴朝俊;杨宁宁;徐楚岩;
物理忆阻器具有不对称的磁滞回线，为了实现更接近这种特性的不对称行为，通过调整二极管桥忆阻器中单个桥臂上并联二极管的数量，提出了一种新的不对称二极管桥忆阻器模型。首先，建立了不对称二极管桥忆阻器模型并研究其电气特性。其次，将其与混沌电路相结合，建立了基于不对称二极管桥忆阻器的忆阻混沌电路模型，利用相图和分岔图等分析了系统随参数变化的动力学特性。随后，在PSpice软件上完成了电路仿真验证，与数值仿真相吻合。最后，在NI实验平台进行了硬件实验验证，结果与数值仿真、电路仿真结果基本一致。结果表明，在并联二极管数量增加时，不对称二极管桥忆阻器的磁滞曲线不对称性逐渐增加，并且由于系统结构上对称性的破坏，系统的正负初值产生了异步的演化趋势。
2024年09期 v.43;No.391 1146-1153页 [查看摘要][在线阅读][下载 3085K] [下载次数：268 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：9 ] - 涂文斌;吴鸿燕;梅琪;王韩冰;吴吉洋;颜文俊;
采用钎料合金化研究添加Sb对Sn-9Zn-3Bi无铅焊点组织、熔点特性、润湿性、金属间化合物(IMC)厚度和剪切强度的影响。结果表明：钎料的熔点随Sb含量的增加而略微上升，钎料的铺展面积随Sb含量的增加从50.3 mm~2降低至36.6 mm~2;添加Sb虽然没有改变焊点处钎料基体和界面IMC的显微组织类型，但细化了焊点显微组织，且焊点界面处的IMC厚度从18.6μm降低至16.8μm。随着钎料中Sb含量从0增加到1.5%(质量分数),Sn-9Zn-3Bi/Cu接头剪切强度从22.7 MPa增加到29.8 MPa,剪切强度的提高是显微组织细化、固溶强化及界面处IMC厚度降低共同作用的结果。
2024年09期 v.43;No.391 1154-1160+1166页 [查看摘要][在线阅读][下载 1685K] [下载次数：157 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：3 ] |[阅读次数：10 ] - 晁坤;崔浩;王思豪;尚玉平;
针对柱面共形情形下的透射聚焦问题，提出了一种在圆柱周向和轴向均有聚焦效果的共形透镜设计。为了使进入柱形区域内部的透射射线以相同的相位汇集于预设焦点处，在射线分析模型的基础上，得到了柱面共形超表面透镜应满足的透射相位补偿量。结合超表面单元结构实际的周期尺寸，对透射相位补偿量进行离散近似，并通过不同内部尺寸的单元结构将其映射至圆柱表面。在TE极化和TM极化平面电磁波照射下，柱面共形超表面透镜在预设焦点处均可产生明显的聚焦斑点，在11 GHz附近，预设焦点处电场幅值下降3 dB的带宽分别为24.3%和27.3%,结果表明了该透镜沿圆柱周向和轴向的二维聚焦能力。
2024年09期 v.43;No.391 1161-1166页 [查看摘要][在线阅读][下载 1754K] [下载次数：140 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：10 ] 下载本期数据