硅衬底氮化镓功率器件关键技术研究

旨在研究硅基GaN功率开关器件产品关键技术和工艺。采用低成本硅衬底,通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法生长GaN薄膜和GaN/AlGaN异质结高电子迁移率晶体管(HEMT)。利用现有成熟硅半导体工艺设备和硅衬底GaN薄膜芯片制备关键设备,研究硅基GaN功率器件工艺融合技术,基于压痕散热片和多铝线封装工艺,改善大电流注入下芯片的电流分布,提高产品可靠性。     

高效高频第三代半导体电力电子功率模块关键技术

本课题旨在研究GaN基电力电子器件封装关键技术,开发微纳米互连封装工艺技术,研究GaN功率器件倒装共晶焊关键技术,并应用高电压大功率GaN基功率器件的封装,设计开发GaN功率模块驱动芯片和电源控制器芯片,开发出高性能、小型化智能电源模块,满足电力电子技术、高速通信等领域的应用需求。     

基于薄膜退火的MoS_2/SiO_2/Si异质结太阳能电池光伏性能提高

为了制备高效的MoSi/SiO_2/Si异质结太阳能电池,利用磁控溅射技术制备MoS_2薄膜,并在硫气氛下对MoS_2薄膜进行退火处理。分别用退火和未退火的MoS_2薄膜制备MoS_2/SiO_2/Si异质结太阳能电池,研究了退火对MoS_2薄膜的微观结构和MoS_2/SiO_2/Si异质结太阳能电池光电性能的影响。实验结果显示,相比于未退火的,经过退火处理的MoS_2薄膜的拉曼峰半高宽(FWHM)变窄,峰强增强,显微荧光光谱中也出现明显的激子发光峰。由此表明,退火处理使MoS_2薄膜由非晶向晶态转变,薄膜的体缺陷减少,异质结太阳能电池的开路电压和填充因子得到提升,器件转换效率从0.94%提高到1.66%。不同光照强度下的J-V测量和暗态的J-V测量结果表明,经退火处理的MoS_2薄膜的异质结太阳能电池具有较高的收集电压和更接近于1的理想因子,这归因于退火导致MoS_2薄膜的体缺陷的减少,近而降低了MoS_2/SiO_2/Si异质结太阳能电池器件的体缺陷复合。     

毫米波有源相控阵射频前端集成制造技术

毫米波有源相控阵射频前端工艺集成度高,立体组装、先进封装材料、TR组件热路设计和芯片技术是实现有源相控阵射频前端集成制造的关键技术.综合国内外研究发展现状,系统封装、综合集成以及多功能芯片技术是有源相控阵射频前端集成制造技术的未来发展趋势.     

集成封装发光二极管光提取效率的计算及优化

基于蒙特卡罗方法模拟、计算并分析了芯片类型、大小、间距、数量以及布局对GaN基发光二极管(LED)集成封装器件COB(Chip On Board)能效的影响。计算结果表明:在芯片间距小于200μm且芯片尺寸或布局等参数相同的条件下,正装LED COB的能效最低,其次为倒装LED COB,垂直结构芯片的能效最大。当芯片间距大于200μm,3种LED COB的能效趋向饱和。芯片尺寸增加或数量减少可使正装和倒装芯片COB的能效上升,而垂直结构COB的能效基本保持不变。加入图形衬底可提高同样尺寸或布局的正装芯片COB封装器件的能效,但使倒装芯片COB的能效恶化。分析表明:芯片的侧面出光量占整个芯片出光量的比值以及相邻芯片材料的吸收对3种类型COB封装器件的能效有决定性影响。文中还针对正装芯片COB设计了新型菱形芯片布局,与常规正方形芯片布局的COB相比,其能效提高了6.2%。     

基于硅硅键合技术的高精度压力传感器的研究

硅压阻压力传感器核心部件一般是由单晶硅和玻璃组成的微结构,由于单晶硅和玻璃的材料特性存在差异,在制造过程中会引入封装应力对传感器的性能产生不利影响。采用硅硅键合技术制造压力传感器核心部件的微结构,以同质材料替代异质材料实现器件的封装,可有效减少封装应力,提升压力传感器的性能。文中通过结合硅压阻压力敏感芯片的制造工艺和硅硅键合工艺,实现了敏感芯片与硅衬底间的硅硅键合,键合强度达到体硅强度。研制的差压型压力敏感芯片装配成传感器的零点温度漂移下降60%,静压误差下降约1个数量级。     

高功率蓝光半导体激光器巴条的封装技术研究

为实现高功率的蓝光半导体激光输出，对蓝光巴条的封装技术进行了研究。利用金锡硬焊料封装了高功率氮化镓（GaN）蓝光半导体激光巴条，应用铜钨过渡热沉作为缓冲层抑制了铜热沉和GaN激光芯片之间封装残余应力，采用高精度贴片机将芯片共晶键合在铜钨过渡热沉上。贴片质量的好坏直接影响了器件的输出特性，所以重点分析了贴片机的焊接温度焊接压力、焊接时间对器件的影响。实验结果表明：当贴片机的焊接温度为320℃、焊接压力为0.5 N、焊接时间为40 s时，焊料层界面空洞最少，热阻最低为0.565℃/W，阈值电流最低为4.9 A，在注入电流30 A时，输出光功率最高为32.21 W，最高光电转换效率达到了23.3%。因此，在优化焊接温度、焊接压力、焊接时间后，利用金锡硬焊料将蓝光半导体激光芯片共晶键合在铜钨过渡热沉的技术方案是实现蓝光半导体激光巴条高功率工作的有效途径。     

VO2/GaAs异质结的制备及其光电特性研究

采用直流磁控溅射和后退火氧化工艺在p型GaAs单晶衬底上成功制备了n-VO_2/pGaAs异质结,研究了不同退火温度和退火时间对VO_2/GaAs异质结性能的影响,并分析其结晶取向、化学组分、膜层质量以及光电特性。结果表明,在退火时间2 h和退火温度693 K下能得到相变性能最佳的VO_2薄膜,相变前后电阻变化约2个数量级。VO_2/GaAs异质结在308 K、318 K和328 K温度下具有较好的整流特性,对应温度下的阈值跳变电压分别为6.9 V、6.6 V和6.2 V,该结果为基于VO_2相变特性的异质结光电器件的设计与应用提供了可行性。     

射频识别(RFID)芯片封装与电子标签制作技术

在促进和推动物联网的应用中,需要广泛使用射频识别(RFID)的技术和产品,包括通过电子标签等以实现智能化识别。文章重点阐述用于电子标签的射频识别(RFID)芯片封装与电子标签制作技术。     

面向可见光波段的非周期悬空GaN薄膜光栅

基于严格耦合波理论,提出了一种在可见光波段能调控入射光相位的非周期悬空氮化镓(GaN)薄膜光栅。首先,采用有限差分时域(FDTD)方法,通过改变光栅的周期、占空比等参数仿真计算非周期悬空GaN薄膜光栅的光响应。然后,采用双面加工工艺和氮化物背后减薄技术在硅基GaN晶圆上制备非周期悬空GaN薄膜光栅,控制入射光束的相移。最后,通过角分辨微反射谱实验和光致发光测量实验表征了该薄膜光栅的光学性能。角分辨微反射谱实验结果显示非周期悬空GaN薄膜光栅的光学性能与FDTD的理论分析一致;光致发光测量实验显示其光致发光(PL)强度比硅衬底GaN光栅大大增强,峰值从364.3nm转移到378.7nm。另外,在可见光波段内,该悬空非周期GaN光栅有较大的入射角容忍度,为-25°~25°。得到的结果表明,研制的悬空非周期GaN光栅有助于提高光提取效率。     

发光二极管

发光二极管的优点是:可靠、成本低、亮度高、可与低压集成电路直接配用。发光二极管实质上是一种电发光器件。固体中光的发射是由于所产生的浓度大于热平衡条件的电子和空穴的辐射性复合。电发光器件可分为两类,一类为同质结器件,另一类为异质结器件。同质结器件指单晶体p-n结,复合发生于结内。若半导体二极管用价电子带和导电带之间的禁带宽度适宜的材料制成,它发射可见光。异质结器件结的形式较为复杂,在异质结中结的各侧成分不同。有的是两种半导体材料之间的p-n结,有的则是金属/半导体或金属氧化物/半导体结结构。发光二极管实质上是一种由少数载流子注     

基于结构纳米薄膜的微纳连接技术研究进展

随着结构系统及功能器件的小型化,微小空间下的异质材料高效集成互连成为了精密仪器系统设计与器件开发的迫切需求.为满足高质量、批量化以及绿色环保的微纳制造工艺要求,结合先进纳米薄膜制备工艺得到的非稳态或亚稳态的纳米尺度薄膜材料由于其特殊的尺度效应以及表/界面结构特征,在高精度异质材料互连领域正得到广泛的研究与应用.对不同体...     

预埋芯片混合集成基板制造技术研究

文中基于多层共烧陶瓷基板开展预埋芯片混合集成基板技术的研究。通过对混合集成基板的内应力进行仿真分析,得到了预埋芯片基板工艺中芯片和腔体结构的最佳匹配关系。在多层共烧陶瓷基板腔体中埋置芯片并通过金凸点垂直互连实现电连接。在腔体中填充苯并环丁烯（benzocyclobutene, BCB）介质并将BCB 与多层共烧陶瓷基板表面异质抛光形成平面结构,用于后续薄膜电路工艺的实施。文中详细研究和优化了金凸点芯片垂直互连工艺以及多层共烧陶瓷基板/BCB/Au 异质界面的抛光工艺,制作出了适合后续薄膜工艺的预埋芯片混合集成基板。     

高热流密度芯片传热路径影响分析

随着以SiC、GaN为代表的宽禁带半导体材料的发展,高功率密度电子元器件在军用电子装备上得到了更为广泛的应用,其中GaN功放芯片在T/R组件中的应用越来越广泛。现从GaN功放芯片着手,分析了其传热路径的热阻特性,研究了封装盒体材料、热界面材料、芯片尺寸参数等对传热路径热阻的影响,为解决未来高热流密度功放芯片散热问题提供了可行的参考方案。     

EM4905芯片在射频信息解读设备中的应用

射频识别技术是无线电技术在自动识别领域中的具体运用;通过射频信号自动识别目标对象,并获取相关数据。随着天线技术及计算机技术的发展,RFID系统的体积、功耗越来越小,成本越来越低,功能日趋灵活,操作快捷方便可广泛应用于物联网中。EM4905芯片是RFID领域性价比较高的核心器件。文章主要介绍EM4905芯片的工作原理及其在低频射频信息解读设备中的应用。     

基于Ka波段分布式MEMS移相器芯片微封装研究

本文提出一种适用于Ka波段分布式MEMS移相器的新型封装结构——具有垂直互连线的薄硅作为分布式MEMS移相器衬底，并用芯片微封装方法对移相器进行封装。采用CST模拟软件研究封装结构对移相器射频性能影响，模拟结构表明：当封装结构衬底厚度、垂直互连线半径和空腔高度分别为450μm、50μm和80μm时，Ka波段分布式MEMS移相器的插入损耗小于0．55dB，回波损耗优于12dB，相移量具有很好的线性关系，说明该新型封装结构非常适合RFMEMS器件低成本批量封装。     

可见光通信中GaN-LED PN结面积对调制带宽的影响机理

在可见光无线通信中,用于照明的LED光源的调制带宽很低,只有几MHz,限制了基于LED光源的可见光通信的信息传输容量和速度。为构建高带宽LED,研究影响LED调制带宽的因素和机制。设计3组PN结面积分别为200μm×800μm,300μm×900μm和300μm×1 200μm的LED芯片并倒装封装成LED器件,测试这3组器件的光电特性和调制带宽,并比较3组样品的电容曲线,分析调制带宽的主要影响因素之一——电容对LED器件的影响机制。实验结果表明:PN结面积为200μm×800μm的LED器件具有最小电容,且具有最高的49.9 MHz的-3 dB调制带宽。由于封装、测试电路等引起寄生电容对LED器件调制带宽有重要影响,通过优化器件倒装结构、LED驱动电路等方法可以大幅度减少测试系统的寄生电容,提高LED器件的调制带宽。     

电子封装金属微凸点制备技术研究进展

起着电互连、热传递和机械支撑等重要作用的金属微凸点是基于面积阵列封装的关键。以球栅阵列封装（Ball Grid Array Packaging, BGA）、芯片尺度封装（Chip Scale Packaging, CSP）以及倒装芯片封装（Flip Chip Packaging, FCP）为代表的面积阵列封装形式凭借硅片利用率高、互连路径短、信号传输延时短以及寄生参数小等优点迅速成为当今中高端芯片封装领域的主流。然而,不同应用领域的微凸点具有尺寸跨度大、材料范围广的特点,很难有一种技术能实现全尺寸范围内不同材料金属微凸点的制备。文中综述了当前主流的微凸点制备技术,包括每种技术的优缺点及其适用范围、常见微凸点材料等,最后对当下微凸点制备技术的发展趋势进行了展望。     

蓝牙V4.2的物联网芯片及系统级封装技术研究

针对蓝牙V4.2的高性能、高集成度、低功耗、低成本的物联网专用芯片,进行芯片系统级(SiP)封装及配套的系统研究,并实现该芯片与系统成果的示范性。蓝牙V4.2技术让BluetoothSmart更智能、更快速,将成为物联网理想的无线技术。蓝牙V4.2设备可以直接通过IPv6和6LoWPAN接入互联网。该芯片作为核心器件可可应用到智能家居、可穿戴电子设备、物联网个人传感器和智能音频设备等领域。     

850 nm 垂直腔面发射激光器列阵

为了解决垂直腔面发射激光器(VCSEL)列阵中金丝难以键和和电流注入不均匀的问题,提出了一种非闭合型VCSEL列阵结构。该结构通过腐蚀非闭合环形凹槽形成器件台面,从而简化了工艺步骤,减少了器件的损伤。分别对2×2,3×3,4×4阵列的850 nm 非闭合型顶发射VCSEL器件进行了测试和分析,结果显示其室温连续输出功率分别达到80,140和480 mW;阈值电流分别为0.15,0.25和0.4 A;平行方向和垂直方向上的远场发散角分别为9°和9.6°,13.5°和14.4°,15°和14.4°。在脉宽为50 μs、重复频率为100 Hz 时,最大输出功率分别为90,318和1 279 mW;阈值电流分别为0.2,0.5和0.7 A。分别测试了芯片在封装前后的功率曲线,发现芯片在封装之后的热饱和电流要远远高于封装之前,从而说明良好的封装技术可以提高器件的散热效率,降低器件内部发热对器件性能的影响。