基于Al0.8Sc0.2N压电薄膜MEMS声波器件的研制

该文介绍了一种由5×5个半径为200 μm圆形阵列组成,应用于水听器的高性能压电微机电系统(MEMS)声波器件,尺寸为3 mm×3 mm。采用钪掺杂(质量分数为20%)增强了AlN薄膜的压电系数,并通过双电极结构配置及优化结构尺寸来增强声压作用下的电信号输出,以实现压电MEMS声波器件具有更好的接收灵敏度。声波器件在空气中的接收灵敏度为-166.8 dB(Ref.1 V/μPa),比相同结构基于AlN薄膜的声波器件约高2.6 dB。在50 Hz~3 kHz带宽范围内,器件灵敏度曲线变化小于1.5 dB,具有平坦的声学响应。结果表明,基于Al_0.8Sc_0.2N薄膜的压电MEMS声波器件具有更高的接收灵敏度,经水密封装制成的水听器可应用于管道泄漏探测及海洋噪声监测等工程中。     

MgF2/Se薄膜封装层对OLED性能及寿命的影响

有机电致发光器件(OLEDs)在使用过程中,易受到 空气中水汽、氧气及其它污染物的影响从而导致其工作寿命降低。本文将具有良好光透过率 和热稳定性的MgF₂薄膜与在水汽和氧气中具有良好稳定性的Se薄膜通过真空蒸镀制成复 合薄膜作为OLEDs的封装层,以达到提高器件使用寿命的目的。器件各功能层蒸镀完成后, 保持真空度(3×10－4 Pa)不变,在阴极表面蒸镀MgF₂/Se薄 膜封装层。比较 了绿光OLED器件(器件结构为ITO/CuPc/NPB/Alq₃:C-545T/Alq ₃/LiF/Al)封装前后的亮度-电压-电流密度特性、电致发光光谱及寿命。研究 发现,经过MgF₂/Se封装后,器件的电流密度-电压特性、亮度和发光光谱几乎没 有受到影响,二者的光谱峰都在528 nm处,色坐标(CIE)分别为(0.3555,0.6131)和(0.3560,0.6104),只是起亮电压由3V变为4V;器件的寿命由原来的175h变为300h,提高了1.7倍 。因此,MgF₂/Se薄膜是一种有效的OLEDs无机薄膜封装层。     

具有低噪声及高线性度的高性能MOCVD-SiNx/AlN/GaN 毫米波MIS-HEMTs

文章在超薄势垒AlN/GaN异质结构上采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）原位生长SiN_x栅介质,成功制备了高性能的SiN_x/AlN/GaN金属-绝缘体-半导体高电子迁移率晶体管（MIS-HEMTs）。深能级瞬态谱（DLTS）技术测试SiN_x/AlN的界面信息,显示其缺陷能级深度为0.236 eV,俘获截面为3.06×10^-19 cm^-2,提取的界面态密度为10¹⁰~10¹² cm^-2eV^-1,表明MOCVD原位生长的SiN_x可以有效降低界面态。同时器件表现出优越的直流、小信号和噪声性能。栅长为0.15 μm的器件在2 V的栅极电压（V_gs）下具有2.2 A/mm的最大饱和输出电流,峰值跨导为506 mS/mm,最大电流截止频率（f_T）和最大功率截止频率（f_MAX）分别达到了65 GHz和123 GHz,40 GHz下的最小噪声系数（NF_min）为1.07 dB,增益为 9.93 dB。V_ds = 6 V时对器件进行双音测试,器件的三阶交调输出功率（OIP3）为32.6 dBm,OIP3/P_dc达到11.2 dB。得益于高质量的SiN_x/AlN界面,SiN_x/AlN/GaN MIS-HEMT显示出了卓越的低噪声及高线性度,在毫米波领域具有一定的应用潜力。     

2~6 GHz紧凑型、高效率GaN MMIC功率放大器

基于0.25 μm SiC衬底的GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺,根据有源器件的G_max和输出功率密度,选择末级功率器件尺寸并确定其最优阻抗;采用三级放大器,其栅宽比为1:4:16,实现高功率增益和高效率;利用等Q匹配技术,把偏置电路融入匹配电路中,实现简单、低损耗和宽带阻抗变换;借助电磁场寄生参数提取技术实现紧凑型芯片版图,尺寸为2.8 mm×2.0 mm。测试结果表明,偏置条件漏极电压U_D=28 V、U_G=-2.2 V,在2~6 GHz频率范围内,功率放大器增益大于24 dB,饱和输出功率大于43 dBm,功率附加效率大于45%,可广泛应用于电子对抗和电子围栏等领域。     

电流增益截止频率为441 GHz的InGaAs/InAlAs InP HEMT

本文设计并制作了f_T > 400 GHz的In_0.53Ga_0.47As/In_0.52Al_0.48As 铟磷高电子迁移率晶体管（InP HEMT）。采用窄栅槽技术优化了寄生电阻。器件栅长为54.4 nm,栅宽为2 × 50 μm。最大漏极电流I_DS.max为957 mA/mm,最大跨导g_m.max为1265 mS/mm。即使在相对较小的V_DS = 0.7 V下,电流增益截止频率f_T达到了441 GHz,最大振荡频率f_max达到了299 GHz。该器件可应用于太赫兹单片集成放大器和其他电路中。     

一种新的ESD防护器件的多脉冲TLP仿真方法

 提出了一种新的集成电路ESD防护器件的TLP仿真方法,该方法类似于实际的TLP测量过程,在器件结构上施加一系列电流脉冲,获得相应的电压-时间曲线。分别截取每个电流脉冲及其电压响应70%~90%部分的平均值,取得的每一对电压和电流平均值作为I-V曲线上的一点,从而得到电流-电压特性曲线。在此基础上,不仅可得到触发电压V_t1和维持电压V_h,而且可以获取二次击穿电流I_t2。对LSCR的仿真结果表明仿真结果与测试结果符合的很好。     

漏及衬底偏压对深亚微米工艺器件总剂量效应的影响

本文对采用0.18?m工艺制造的NMOS器件辐射总剂量效应进行了研究。对晶体管进行了不同剂量的₆₀Co辐射实验,同时测试了辐照前后晶体管电学参数随漏、衬底偏压的变化的规律。采用STI寄生晶体管模型来解释晶体管的关态漏电流及阈值电压漂移性质。3D器件仿真验证了模型的准确性。     

甚长波碲镉汞红外焦平面探测器

采用砷离子注入p-on-n平面结技术制备了77 K工作温度下截止波长分别为13.23 μm和14.79 μm、像元中心距为25 μm的甚长波640×512探测器,并对其基本性能和暗电流进行了测试和分析。结果表明,对于截止波长为13.23 μm的甚长波640×512（25 μm）,器件量子效率为55%,NETD平均值为21.5 mK,有效像元率为99.81%;对于截止波长为14.79 μm的甚长波640×512（25 μm）,器件量子效率为45%,NETD平均值为34.6 mK,有效像元率为99.28%。这两个甚长波器件在液氮温度下的R₀A分别为19.8 Ω·cm²和1.56 Ω·cm²,达到了“Rule07”经验表达式的预测值,器件噪声主要受散粒噪声限制,显示出了较好的器件性能。     

薄膜光学常数的原位测定

薄膜的光学常数（折射率和消光系数）精度直接影响设计和制造的光学器件的性能。大多数光学常数的测定方法较为复杂,不能直接应用在镀膜过程中。提出了一种薄膜光学常数原位实时测量的方法,通过监测沉积材料的透射率可以快速准确地测量光学常数。测量了高吸收材料Si、低吸收材料Ta₂O₅和超低吸收材料SiO₂的近红外光学常数,用这种方法测得光学常数分别为n=3.22,k=4.6×10^-3,n=2.06,k=1.3×10^-3和n=1.46,k=6.6×10^-5。该方法适用于强吸收材料和弱吸收材料光学常数的测定,为在线精确测量薄膜的光学常数提供了一种有效的方法,对设计和制造高质量的光学器件具有重要意义。     

高Q值横向激发体声波谐振器的设计与制备

随着5G移动通信时代的发展,射频前端(RF front-ends)的滤波和信号处理迫切需要高频大带宽的声学谐振器。横向激发体声波谐振器(XBAR)具有超高的工作频率和超大的机电耦合系数(k²),但其品质因数(Q)值不高,阻碍了其在射频前端中的应用。该文提出了一种基于ZY切铌酸锂(LiNbO₃)的XBAR谐振器,通过有限元(FEM)仿真对谐振器进行了优化设计,并在微机电系统(MEMS)工艺下对谐振器进行加工。该文所制备的横向激发体声波谐振器A₁模式的谐振频率为4.72 GHz,k²=26.9%,Q_{3 dB}为384,温度频率漂移系数为-60.5×10^-6/℃。A₃模式的谐振频率为13.5 GHz,k²=4.4%。     

InyAl1-yAs线性渐变缓冲层对InP基HEMT材料性能的影响

采用气体源分子束外延（GSMBE）技术,研究了InP衬底上In_yAl_1-yAs线性渐变缓冲层对In_0.66Ga_0.34As/In_yAl_1-yAs高迁移率晶体管（HEMT）材料特性影响。研究了不同厚度和不同铟含量的In_yAl_1-yAs线性渐变缓冲层对材料的表面质量、电子迁移率和二维电子气浓度的影响。结果表明,在300 K（77 K）时,电子迁移率和电子浓度分别为8 570 cm²/（Vs）^-1（23 200 cm²/（Vs）-1）3.255E12 cm^-2（2.732E12 cm^-2）。当In_yAl_1-yAs线性渐变缓冲层厚度为50 nm时,材料的表面形貌得到了很好的改善,均方根粗糙度（RMS）为0.154 nm。本研究可以为HEMT器件性能的提高提供强有力的支持。     

WO3对Rubrene/C70有机太阳能电池性能的改善

研究了WO₃对Rubrene/C₇₀有机太阳能电池 (OSCs)性能的 改善,制备了结构为ITO/WO₃/Rubrene/C₇₀/BCP/Al的OSCs,其中WO₃插入在I TO和Rubrene中间作为阳极修饰层。通过优化WO₃的厚度,研究了WO₃对OSCs性能的改善及其作用机理。实验发现,器件的短路电流Jsc、开路电压V_oc、 填充因子(FF)、光电转换效率(PCE)和串联电阻Rs等性能参数随WO₃厚度的变化呈规律性变化;当 WO₃厚度小于80 nm时,器件PCE随着厚度的增加不断增大;当W O ₃厚大于80 nm时,器件PCE随着厚度的 增加不断减小;当WO₃厚度为80 nm 时,器件PCE达到最高为1.03%, 相应的J sc、V_oc、FF分别为2.81mA·cm－2、 0.83V、43.85%,Rs为45.3Ω·cm²,对比没有WO₃修饰层, 器件的J_sc、V_oc、FF和PCE分别提高了31%、137%、17%,Rs降低了33%。     

TiO2掺杂浓度对倒装白光数码管光色性能的影响

采用热压法将TiO₂按一定计量比掺入AB混合胶制备折射胶层,在芯片和荧光粉胶层 间利用甩胶旋 涂工艺添加折射胶层,封装成白光数码管;对样品的光色性能进行了测试和机 理分析。结 果表明,折射层中掺杂TiO₂颗粒浓度为0.3%时,白光数码管单笔段 光通量达到了最高值175 lm,比TiO₂浓度为0%时提高了约为7.5%。在相同测试条件下,掺杂0.3%浓度TiO₂颗粒的倒装白光数码管比传统点胶 白光数码管平均光通量提高了约为6.5%,平均色温下降约为 9.6%,出光一致性更理想。TiO₂颗粒的掺入不 仅提高了器件光通量,降低了色温,同时为白光数码管实现远程荧光粉涂覆工艺提供了一种 有效的途径。     

940nm VCSEL高折射率对比度亚波长光栅反射镜的设计

研究了一种940 nm GaAs基VCSEL的高折射率对比度亚波长光栅反射镜（HCG）,采用GaAs/AlO_x光栅结构,讨论了TE偏振时光栅结构中各参数对反射光谱的作用规律,分析TE、TM不同偏振时反射镜的结构特点,及形貌误差对高反射带的影响。设计的TE-HCG的高反射带中心为940 nm,在0.888～0.985 μm波长范围内,TE波反射率大于99.5%,TM波反射率低于90%,高反射带宽97 nm,Δλ/λ₀>10%。该反射镜可以与VCSEL采用一次性外延生长技术制作,且具有结构简单,制作容差大,且偏振稳定的优势,不仅有利于改善器件性能,且大大降低VCSEL的制作难度和成本。     

Li、Ce掺杂对NBTa-CBN高温压电陶瓷性质的影响研究

采用传统固相反应法制备了Ca_0.5(Na_0.5Bi_0.5)_0.5-3x(Li_0.5Ce_0.5)_3xBi₂TaNb_0.99Mn_0.01O₉(CNBTNM-LC100x)高居里温度(T_C)压电陶瓷。研究了Li、Ce复合离子掺杂对陶瓷结构和电学性质的影响。结果表明,随着Li、Ce掺杂量的增加,CNBTNM-LC100x陶瓷的晶体结构趋于由正交相向四方相转变,压电常数d₃₃逐渐增大,当x＞0.04(x为摩尔分数)时,d₃₃趋于降低。x=0.04时,具有最优的综合电学性能,d₃₃约为15.9 pC/N,600 ℃下直流电阻率ρ约为5.9×10⁵ Ω·cm,介电损耗tan δ(1 MHz)约为7%,T_C约为887 ℃。     

A superjunction structure using high-k insulator for power devices: theory and optimization

A superjunction (SJ) structure using a high-k (Hk) insulator is studied and optimized by using an analytic model. Results by using the proposed model match well with that of numerical calculations. Numerical calculation results show that, only needing an Hk insulator with a permittivity of ε_I=5ε_S, the optimum specific on-resistance of the MOSFET applying the proposed structure is about 8%-20% lower than that of the conventional SJ-MOSFET with V_B=200-1000 V. An example with V_B=400 V shows that, the permissible error range of doping concentration of the p-region to maintain above 80% of V_B is from -37% to +32% for the former and is only from -13% to +13% for the latter.     

基于X-LiNbO3/SiO2/Si低温漂、大机电耦合SH-SAW谐振器的设计

铌酸锂(LN)单晶薄膜具有较高的机电耦合系数(k² eff＞30%),其水平剪切(SH)声学模式常被应用于开发具有大机电耦合系数的薄膜声学谐振器和超宽带滤波器。但LN 的频率温度系数较大(TCF ＞ -50×10^-6/℃),这不仅会降低滤波器的可用有效带宽,同时也会限制器件的功率处理能力。采用3D周期有限元模型对基于X 切LN/SiO₂/Si结构SH 声表面波(SH-SAW)谐振器进行了优化研究。研究结果表明,当SH-SAW 传播角ψ=-10°~-20°、LN和SiO₂ 膜厚分别为hLN=0.1λ 和h_SiO2 =0.2λ(λ 为叉指换能器周期)、铝电极金属化率η=0.4、电极相对厚度h_Al/λ=5%~10%时,SH-SAW 谐振器的 k² eff 约为30%,且其TCF＜-20×10^-6/℃,有望用于开发新一代的低温漂、超宽带5G SAW 滤波器。     

ZnO缓冲层改善Rubrene/C70有机太阳能电池的性能

通过制备结构为ITO/ZnO/C₇₀ /Rubrene/MoO₃/Al 的有机太阳能电池(OSCs),研究了ZnO作为阴极 修饰层对Rubrene/C70有机太阳能电池性能的改善。同时通过 优化ZnO的厚度研究了ZnO的工作机理。 从实验结果可以看出,随着ZnO厚度的变化,器件的短路电流密度(J_sc)、开路电压(V_oc)、填充因子 (FF)、光电转换效率(PCE)和串联电阻(R_s)等性能参数呈现出了规律 性变化,当ZnO层厚度比较 薄时,器件PCE随着厚度的增加不断增大,当ZnO层厚度为53nm时,器件PCE达到最高为1.13%, 对应的J_sc、V_oc、FF分别为2.82mA·cm－2、0. 84V、45.86%,R_s为66.2Ω·cm²,当ZnO层厚度继续增 加时,器件PCE开始减小。对比没有ZnO阴极修饰层,器件最优时 的Jsc、V_oc、FF和PCE 分别提高了49%、17%,R_s降低了56%。     

螺旋波纹波导回旋行波管的模式耦合机制

从波导的等效边界条件出发,结合波导的激发方程组,通过数学推导说明了螺旋波纹波导回旋行波管的模式耦合机制。TE_1,1模会在螺旋波纹波导中耦合出TE_-2,1模,并且通过计算说明TE_-2,1模主要和TE_1,1模的空间-1次谐波发生耦合。     

环境温度对HfO2铁电存储器的质子辐照效应影响研究

基于HfO₂的铁电随机存取存储器(FeRAM)具有功耗低、存取速度快,易于小型化,抗干扰能力强等优势,在航天航空领域有广袤的发展空间。然而,FeRAM在太空环境下的抗辐照性能尚未得到全面的研究。研究了W/TiN/Hf0.5Zr0.5O₂(HZO)/TiN铁电存储器在常温和高温环境下经5 MeV质子辐照后的电学特性和铁电畴结构变化。通过电学和压电响应力显微镜(PFM)手段表征发现,在常温质子辐照后,电容器的介电常数(ε_r)和剩余极化强度(P_r)值均增大,器件的铁电性能提升,常温高注量质子辐照有利于存储器在太空环境中工作,但随着辐照时环境温度升高,HZO存储器的铁电性能下降,漏电流增大,铁电存储器的各项性能明显退化。