综述与评论

• GaN HEMT经时击穿可靠性的研究进展

  孙梓轩;蔡小龙;杜成林;段向阳;陆海;

  氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)凭借着高电子迁移率、低导通电阻和高击穿场强等优点,在高频器件和大功率开关器件等领域得到了广泛运用。但经时击穿会导致在正常工作电压范围内的器件发生失效,因此GaN器件的经时击穿成为了评估器件可靠性的关键因素。介绍了GaN HEMT经时击穿的现象及偏压依赖性,总结了经时击穿的物理机制,讨论和展望了场板、钝化层以及栅极边缘终端结构对提升器件的经时击穿可靠性的作用。

  2020年12期 v.39;No.346 1-7页 [查看摘要][在线阅读][下载 823K]
  [下载次数：436 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：3 ] |[阅读次数：27 ]

• 钾离子电池负极关键材料研究进展

  姜雯;于振江;王家钧;郎笑石;蔡克迪;

  钾离子电池因其资源丰富、价格低廉及电化学窗口较宽等优势备受关注,然而钾离子电池的研究与锂离子电池相比目前尚处于初级阶段,仍有许多问题亟待解决,如体积膨胀、反应动力学缓慢、枝晶生长等。针对钾离子电池存在的问题,本文从负极关键材料出发综述了几种解决方法(纳米结构化、杂原子掺杂以及碳包覆等),并对钾离子电池的发展进行了展望,以期对高性能钾离子电池的发展提供新思路和手段。

  2020年12期 v.39;No.346 8-14页 [查看摘要][在线阅读][下载 1713K]
  [下载次数：698 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：7 ] |[阅读次数：20 ]

• IGBT模块焊料层失效机理的研究进展

  谈利鹏;佘陈慧;刘培生;陶玉娟;

  绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)模块以其高效节能、绿色环保、智能控制等特点,被认为是功率半导体中应用最广泛的开关器件。目前,IGBT模块由于较大的动态负载和较高的工作温度,面临诸多问题,其中焊料层热疲劳损伤是模块失效的主要因素。为促进IGBT模块安全可靠运行和新能源的可持续发展,需要对其问题及解决方法进行分析。本文从近年来国内外IGBT模块焊料层失效机理的相关研究出发,介绍IGBT焊料层的发展现状及存在的问题,包括焊料空洞、裂纹以及界面分离。指出通过在SAC焊料中添加Ni,Sb等可以有效改善机械特性;将空洞散布成多个小空洞,远离芯片中心,可以极大降低芯片结温,提高模块可靠性。采用DOE工艺参数方法和二次回流的新工艺可以有效减少焊料层空洞,以期对IGBT焊料层进一步发展起到引导作用。

  2020年12期 v.39;No.346 15-21页 [查看摘要][在线阅读][下载 1005K]
  [下载次数：634 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：12 ] |[阅读次数：26 ]

研究与试制

• 高压MnO_2钽电容器的漏电流稳定性研究

  田东斌;胡鑫利;熊远根;刘兵;

  高压MnO_2钽电容器燃烧的失效模式给高稳定、高可靠电子电路安全使用带来很大的隐患,介质氧化膜的晶化和其中的氧空位跃迁是导致漏电流增长的主要因素。涂覆绝缘树脂阻挡层在电介质表面,既可屏蔽表面晶化点,提高界面的势垒,又能降低电介质在被覆MnO_2过程中的劣化。通过2倍额定电压和125℃环境条件V-I和T-I特性测试,揭示了温度和电压对极端条件下漏电流的作用机理,调整漏电流动力学公式中的欧姆和Poole-Frenkel电导率,高压MnO_2钽电容器的正向V-I特性曲线与理论较好地吻合。该技术方法为高压MnO_2型钽电容器在严酷环境中的安全使用提供支撑。

  2020年12期 v.39;No.346 22-26页 [查看摘要][在线阅读][下载 869K]
  [下载次数：97 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：31 ]

• 基于ANSYS的金属化膜脉冲电容器放电过程热仿真与分析

  陈红晓;刘学孔;孔米秋;邓小龙;余清;

  在金属化膜脉冲电容器放电过程中,脉冲电流通过金属化电极层产生焦耳热量,导致电容器内部温度升高,当温度超过一定值时,电容器可能会受损。该文将脉冲电流强度与电极电流分布规律相结合,计算出脉冲电流通过金属化电极层不同区域的热生成率;采用ANSYS软件对一个金属化聚丙烯膜脉冲电容器的放电过程进行了热仿真分析;其中稳态热仿真结果表明,在脉冲电流重复作用下,最高温度点出现在电容器中心位置,且电容器各部位温度随充放电频率提升而升高;瞬态热仿真结果表明,在峰值为5060 A的单次脉冲放电电流作用下,金属化膜上的最高温升约0.5℃,单次脉冲电流在电极层上形成的温升较低,电容器内部的温升应是脉冲电流重复作用的结果。分析结果揭示了金属化膜脉冲电容器的内部发热规律,对提升脉冲电容器可靠性设计具有一定的参考意义。

  2020年12期 v.39;No.346 27-34页 [查看摘要][在线阅读][下载 2416K]
  [下载次数：451 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：3 ] |[阅读次数：27 ]

• 基于TiN纳米管/纳米花复合结构的超级电容器性能研究

  封晓杰;牛冬梅;宋晔;徐大伟;朱绪飞;

  TiO_2纳米材料是超级电容器电极材料的研究热点之一。通过钛箔的阳极氧化和磷酸浸泡处理后成功制备出TiO_2纳米管/纳米花复合结构。该复合结构经过高温氮化后成功地转变为TiN纳米管/纳米花结构。研究发现,在TiN的高导电性和纳米管/纳米花结构的高比表面积的协同作用下,TiN纳米管/纳米花复合电极显现出优异的电化学性能。当电流密度为0.1 mA·cm~(-2)时,面积比电容达53.1 mF·cm~(-2),而当电流密度增加到10 mA·cm~(-2)时,面积比电容仍可保持为34.8 mF·cm~(-2),显示出良好的倍率特性;经过5000圈的循环稳定性测试后,其容量仍能保持为初始容量的90%,电化学稳定性优异。

  2020年12期 v.39;No.346 35-41页 [查看摘要][在线阅读][下载 2664K]
  [下载次数：106 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：26 ]

• HKUST-1衍生Cu类普鲁士蓝的超电容性能

  张利;宋朝霞;刘伟;张政;刘洪达;

  由于传统方法制备规整的中空纳米颗粒条件较难掌控,本文借用了HKUST-1六面体模板来合成目标纳米Cu类普鲁士蓝(CuHCF)作为超级电容正极材料。首先通过添加PVP辅助水热合成Cu-MOF前驱物,然后用K_3[Fe(CN)_6]对Cu-MOF处理得到CuHCF。用X射线衍射仪(XRD)和钨灯丝扫描电镜(SEM)探究了处理前后的形貌和结构差异,并用氮气吸脱附法表征了CuHCF孔径及比表面积差异,使用循环伏安法、恒流充放电法和交流阻抗法等手段研究了CuHCF的电化学性能,同时探究了合成中表面活性剂PVP对普鲁士蓝结构形貌和电化学性能的影响。结果表明:在0.5 mol/L Na_2SO_4中性溶液中,1 A·g~(-1)的电流密度下,PVP辅助合成有微孔结构的CuHCF表现出254 F·g~(-1)的比电容,容量有显著提升,并具有优异的倍率性能。

  2020年12期 v.39;No.346 42-47页 [查看摘要][在线阅读][下载 2008K]
  [下载次数：240 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：29 ]

• 基于YSZ∶Er~(3+)的荧光温度传感器

  谢锦华;马亚平;谷士鹏;赵晓辉;蒋洪川;

  航空发动机热端部件表面温度的精确测试对发动机的设计及研发至关重要。采用溶胶凝胶法制备了YSZ∶Er~(3+)荧光粉,用于航空发动机涡轮叶片表面温度分布测试。采用XRD对YSZ∶Er~(3+)样品进行了物相分析,采用980 nm氙灯作为激光源,测试了900,950和1000℃下热处理15 min的YSZ∶Er~(3+)样品的上转换荧光发光光谱和荧光寿命。结果表明,随着温度的升高,YSZ∶Er~(3+)样品的荧光发射峰强度迅速增大,其中547 nm处发射峰强度对温度最为敏感;同时,样品的荧光寿命也随热处理温度线性上升。结合YSZ∶Er~(3+)的荧光发光强度和荧光寿命的变化测试热历史温度,可以进一步提高测温精度。

  2020年12期 v.39;No.346 48-52页 [查看摘要][在线阅读][下载 654K]
  [下载次数：238 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：18 ]

• 柔性压力薄膜传感器的制备及特性研究

  庞文倩;衣锦扬;贾砾;谢光忠;

  柔性压力传感器作为可穿戴电子设备的重要组成部分,是如今的热门研究方向。如何合理地设计与制备压敏材料是研究的重点。利用静电纺丝技术制备了具有3D网络结构的聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜,通过聚多巴胺(PDA)进行表面改性,再将聚苯胺(PANI)作为导电填料,成功制备出性能优异的柔性压力敏感薄膜,进而得到了测量范围较宽(0～70 kPa)、灵敏度较大(10.1(kPa)~(-1))以及具有良好稳定性的柔性压力传感器。

  2020年12期 v.39;No.346 53-57+76页 [查看摘要][在线阅读][下载 2490K]
  [下载次数：987 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：15 ] |[阅读次数：35 ]

• 基于环偶极子超材料的太赫兹波段高灵敏度传感器设计

  向天宇;雷涛;沈钊阳;黄晓俊;杨河林;

  本文利用一对镜像对称开口谐振环实现了太赫兹波段的环偶极子超材料设计。通过垂直入射电磁波激励,该亚波长结构在2.75 THz处产生高Q值透射谷。近场分析表明,谐振环中反向流动的电流可产生一对首尾相接的磁偶极子,从而实现涡旋状磁场的环偶极子。各多极子远场散射能量计算结果进一步证明迅速增强的环偶极子是产生该高Q值透射谷的主要因素。该环偶极子超材料可用于折射率传感器的设计,其灵敏度可达114 GHz/RIU,可用于探测周围环境微小参数的变化。该设计对基于环偶极子超材料的太赫兹波段生物和化学分子的高灵敏度传感器设计提供了新的思路。

  2020年12期 v.39;No.346 58-62页 [查看摘要][在线阅读][下载 976K]
  [下载次数：403 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：6 ] |[阅读次数：19 ]

• 关于有机二极管阻抗谱和电流电压关系的联合模型

  伏瑶;张敬业;张骁;

  研究人员在研究Poole-Frenkel模型时通常只考虑直流电流电压关系,在研究阻抗谱时通常忽略了电流电压关系。因此,本文采用Poole-Frenkel迁移率模型μ(T,E)和Pasveer迁移率模型μ(T,p,E),考虑束缚电荷、聚合物层与电极非理想接触的串联电阻以及金属电极引起的并联电容,综合研究了有机二极管的阻抗谱和直流电流电压关系。在此基础上,进一步计算分析了电容谱的性质。相比Pasveer模型而言,考虑束缚电荷的Poole-Frenkel迁移率模型可以更好地描述阻抗谱和电流电压关系。最终,证明了Poole-Frenkel迁移率模型优于Pasveer的模型。

  2020年12期 v.39;No.346 63-70页 [查看摘要][在线阅读][下载 1203K]
  [下载次数：57 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：19 ]

• 沟槽MOSFET耐压与导通电阻的优化设计

  乔杰;冯全源;

  研究了沟槽MOSFET沟槽深度和沟槽宽度对导通电阻与耐压的影响。以击穿电压65 V的沟槽MOSFET器件为研究对象,仅改变沟槽深度或沟槽宽度,详细分析了导通电阻和耐压的变化以及产生相应变化的原因。使用Sentaurus TCAD对器件进行了模拟仿真,仿真结果表明,在控制其他参数不变的条件下,导通电阻随沟槽深度的增大而逐渐减小,随沟槽宽度的增大而略微增大;耐压随沟槽深度的增大先增大后减小,随沟槽宽度的增大逐渐增大。最后,得到了比导通电阻为0.79 mΩ·cm~2,耐压为81 V的优化设计。

  2020年12期 v.39;No.346 71-76页 [查看摘要][在线阅读][下载 2243K]
  [下载次数：316 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：5 ] |[阅读次数：15 ]

• 基于超表面的双频段宽带极化转换器设计

  王科;刘硕;

  极化转换器在卫星通信、雷达探测等领域具有重要用途,提出一种基于改进工字型贴片结构的双波段宽带超表面极化转换器。引入矩形贴片形成多谐振峰,有效提升了极化转换器的带宽。理论上分析了该超表面的极化转换原理,实验验证了仿真结果。仿真和测试结果表明该超表面在两个频段(4.3～4.8 GHz,7.3～17.1 GHz)内可以高效地将线极化入射波转换为交叉极化的反射波,高频段的相对带宽达到82%,同时在三个谐振点其极化转换效率接近100%。对比现有的极化转换器,具有结构简单、带宽大的优点。

  2020年12期 v.39;No.346 77-81页 [查看摘要][在线阅读][下载 1763K]
  [下载次数：342 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：5 ] |[阅读次数：17 ]

• 改善交叉极化特性的平面微带阵列天线设计

  方娟娟;葛俊祥;汪洁;林海;

  为了改善阵列天线交叉极化特性,设计并制作了一款中心频率为9.5 GHz的单层平面微带阵列天线。该天线由10组偏转±45°的贴片单元组成,通过将贴片对称分布在馈电网络两侧以及在贴片上加载可改变表面电流分布的水平缝隙的方法,以改善阵列天线交叉极化特性。为保障-25 dB以下的旁瓣电平,馈电网络采用了泰勒加权分布方式分别给每对贴片单元进行馈电。所设计的天线整体尺寸为200 mm×70 mm×1 mm。实测结果表明,该阵列天线的带宽(<-15 dB)为260 MHz,增益为16.1 dBi,E面旁瓣电平为-27 dB,E面和H面交叉极化电平分别优于-35 dB和-15 dB。该天线具有成本低、馈电网络简单、交叉极化特性良好的特点,在航海雷达等领域有良好的应用前景。

  2020年12期 v.39;No.346 82-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 3526K]
  [下载次数：303 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：16 ]

• 一种10 Gb/s超低抖动时钟数据恢复电路的设计

  刘泽法;宋树祥;岑明灿;翟江辉;蔡超波;

  在高速信号传输过程中,传输速率的加快会导致数据的误码率以及时钟抖动不断加大,甚至会造成接收端数据出错。为了减少时钟抖动对接收端数据恢复造成的不利影响,提出一种10 Gb/s超低抖动时钟数据恢复电路。引入了数据同步器来减小正交参考时钟与输入数据间的相位差。与此同时,采用频率裁决单元来缩小两者的频率差,使输入数据与参考时钟在频率和相位上拥有较高匹配度。电路采用了台积电(TSMC) 40 nm CMOS工艺,通过加入伪随机数据编码(PRBS31)进行仿真测试,接收端误码率小于10~(-12),总功耗为134 mW,恢复出的数据对应的时钟抖动峰值为6.94 ps。相比于传统的时钟数据恢复电路,该电路还考虑了外部输入数据的消抖,可以运用于数据接收端来恢复数据传输速率较高(8.3～10.0 Gb/s)的数据时钟。

  2020年12期 v.39;No.346 89-95+100页 [查看摘要][在线阅读][下载 1798K]
  [下载次数：209 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：3 ] |[阅读次数：16 ]

• MEMS传感器Cu/Sn共晶键合工艺关键技术研究

  武绍宽;李孟委;金丽;王俊强;

  针对微机电系统(MEMS)传感器电气互连的需求,开发了一种适用于MEMS器件芯片对基板键合的工艺方法。采用蒸发工艺在MEMS器件圆片上沉积厚度为2μm的Cu薄膜和1.5μm的Sn薄膜,在键合基板沉积2μm厚度的Cu金属层形成键合凸点,之后芯片与键合基板在280℃环境中保持30 s、260℃环境中保持15 min,通过Cu和Sn的互溶扩散工艺完成键合,从而实现电气互连。对键合面强度进行标定,计算剪切强度达4.3 MPa。测量键合区导线电气特性,导电性能良好。同时进行了能谱测试,结果表明符合Cu/Sn键合化合物组成成分,为实现芯片与陶瓷基板电气互连提供了一种新方法。

  2020年12期 v.39;No.346 96-100页 [查看摘要][在线阅读][下载 1012K]
  [下载次数：433 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：8 ] |[阅读次数：18 ]

• 含微米银颗粒OLED封装胶中的湿气扩散研究

  谈隆旺;张燕;印航;刘建影;

  有机电致发光显示器(Organic Light-Emitting Diode,OLED)具有优异的显示特性,但湿气对其寿命的影响十分明显。添加微米银颗粒的OLED框封装胶具有较好阻湿效果。实验测试了封装OLED器件性能,继而建立有限元模型分析了含微米银颗粒复合材料对降低湿气扩散的作用。有限元模拟中,首先建立单胞模型得到复合材料有效扩散系数,并研究了不同银颗粒体积分数时的湿气扩散性能。进而根据OLED封装结构建立整体模型,结合单胞模型得到的有效扩散系数计算湿气在OLED封装胶中的扩散过程。实验测量表明,框胶封装可以有效延缓OLED器件的性能下降。计算结果表明,增加银颗粒含量可以延缓湿气在封装材料中的扩散,从而延长OLED器件寿命。

  2020年12期 v.39;No.346 101-105页 [查看摘要][在线阅读][下载 1259K]
  [下载次数：146 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：19 ]

• 一种高导热石墨复合PCB板的设计、仿真与实验研究

  李逵;张凯;胡小冬;姜斌;王华涛;

  为更好解决高功率密度下器件的散热问题,提高器件向印制板方向的热传导效率,将低密度高导热的石墨膜集成到普通PCB板内,设计制备出一种新型高导热复合PCB板。经过理论分析计算出石墨复合PCB板的热导率,之后通过不同PCB板的热仿真分析对比验证石墨复合PCB板的散热性能。实验结果表明:在1～2 W/cm~2功率密度范围内,石墨复合PCB板上的芯片温度相较于普通PCB板温度降低29～48℃,验证了石墨复合PCB板优异的热传导能力。本文研究的石墨复合PCB板具有集高导热与轻质化于一体的特性,为航天领域高导热PCB板的设计提供一种新的思路。

  2020年12期 v.39;No.346 106-110页 [查看摘要][在线阅读][下载 1836K]
  [下载次数：334 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：4 ] |[阅读次数：24 ]
下载本期数据