刊 名:
电子元件与材料
ELECTRONIC COMPONENTS AND MATERIALS
主 办
国营第715厂
中国电子学会
中国电子元件行业协会
刊 期:月刊
出版地:成都市
语 种:中文
开 本:大16开
刊 号:

ISSN 1001-2028
CN 51-1241/TN
邮发代号:62—36
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新能源材料与器件专题

  • 锂离子电池镍锰酸锂正极材料研究进展

    陈孟;陈朝轶;李军旗;杨凡;徐颖鹏;

    镍锰酸锂(LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4)正极材料因具有电压高、循环性能高、结构稳定等优点,被认为是下一代锂离子动力电池的正极材料首选。在综述LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料晶体结构和电化学性能的基础上,重点阐述了两种提高镍锰酸锂材料结构稳定性、容量保持率的改性方法——元素掺杂和表面包覆。最后,指出了今后LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4正极材料研究的重点及发展趋势。

    2021年09期 v.40;No.355 833-839+865页 [查看摘要][在线阅读][下载 2693K]
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  • NiSe_2/CC中间层助力高性能锂硫电池的研究

    王静文;许俊;

    锂硫电池是一种具有良好发展前景的高能量密度电池,但是由于硫电极的绝缘性、反应动力学低、反应过程中产生巨大的体积膨胀和严重的多硫离子穿梭效应等问题,限制了锂硫电池的商业化发展。为了探究NiSe_2对于提升锂硫电池的性能影响,采用胶体合成法将NiSe_2生长在自支撑碳布(CC)上作为锂硫电池的先进中间层,使用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对NiSe_2/CC的成分和形貌进行表征,通过电化学测试深入研究NiSe_2/CC中间层对电池充放电性能的影响。结果表明,NiSe_2的引入能有效抑制多硫离子的穿梭效应,提高电池的倍率性能和循环寿命。在2C(1C=1675 mAh·g~(-1))倍率下经过500圈循环后电池的比容量为667 mAh·g~(-1),衰减率仅为每圈0.057%。

    2021年09期 v.40;No.355 840-844页 [查看摘要][在线阅读][下载 4234K]
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  • CNTs-MnFe_2O_4复合正极对锂空气电池性能影响研究

    赵栋;李强;薛志超;孙红;

    采用水热法在碳纳米管上分别制备Fe_3O_4和MnFe_2O_4催化剂,通过X射线衍射、扫描电子显微镜和氮气吸脱附等检测技术对其晶体结构、表面形貌,以及比表面积进行表征分析,通过循环伏安测试、电化学阻抗谱测试、恒流定容充放电测试,以及深度充放电测试,分别研究其对锂空气电池性能的影响。研究表明:CNTs-Fe_3O_4复合正极由于具有较好的催化活性,电池具有较低的充放电电势差为1.49 V,放电循环次数为43次,但由于其比表面积较小,使得电池的放电比容量较低为3268 mAh·g~(-1);而CNTs-MnFe_2O_4复合正极不仅表现高表面活性,还具有较大的比表面积和独特的孔径结构,电池的充放电电势差降低至1.27 V,循环次数增加至74次,放电比容量达到4227.5 mAh·g~(-1)。

    2021年09期 v.40;No.355 845-851页 [查看摘要][在线阅读][下载 4927K]
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  • 晶体硅/氧化钨背异质结太阳电池的制备及性能研究

    何涛;闫磊;吕文辉;王行柱;

    采用热蒸发法制备了n型晶体硅/氧化钨(WO_x)异质结,并将其应用于背结太阳电池,研究了不同背电极对电池性能的影响及电池的变温性能。结果表明:相对于背铝电极,背银电极能够有效地提升电池的光电转换性能,最高光电转换效率达到了15.1%。结合Sun-Voc测试,证实通过降低电池串联电阻可使其光电转换效率提升至17.2%。电池的变温性能测试结果表明,其光电转换效率的温度系数为-0.35%/K,相比传统的铝背场晶体硅电池的温度系数降低22%。

    2021年09期 v.40;No.355 852-856页 [查看摘要][在线阅读][下载 3005K]
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  • 铁掺杂槟榔衍生炭材料的电化学性能研究

    牛晓勤;吴迪尘;李燕;尉梅梅;陈玉红;

    以食用后废弃的槟榔作为前驱体,经由预氧化、氢氧化钾活化和高温炭化制备生物质炭。将炭材料置于六水合氯化铁溶液中吸附铁离子,经由一步热处理后最终制备铁掺杂炭材料。通过比表面积测试(BET)研究活化前后比表面积和孔径分布的变化发现:经过氢氧化钾的活化,炭材料表面出现大量孔结构,其比表面积和孔隙率均有显著的提高;通过X射线光电子能谱(XPS)研究铁元素的掺杂形式发现:铁元素主要以Fe~(3+)的形式存在,并且由于铁元素的成功引入有效地降低了电荷转移阻抗,使得进行双电层储能的活性位点增多,从而提高了电化学性能。通过循环伏安、恒流充放电和电化学阻抗谱对电极材料的电化学性能进行测试得到如下结果:经过氢氧化钾活化的炭材料在6 mol/L氢氧化钾溶液中比电容为299.8 F/g(电流密度为1 A/g),而经由铁掺杂改性的炭材料在同样的测试条件下比电容进一步提高到351.6 F/g。

    2021年09期 v.40;No.355 857-865页 [查看摘要][在线阅读][下载 10652K]
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  • 不同活性炭对双电层电容器电荷存储的影响

    范羚羚;颜亮亮;方文英;安仲勋;陈益钢;

    活性炭作为双电层电容器(EDLC)的主材,直接影响到其电荷存储性能。选用了四种商业化的活性炭材料,通过比较其比表面积(BET)、孔径分布、表面形貌(SEM)和粒径分布,研究其制备的双电层电容器在两种电解液(TEABF_4/AN,TEABF_4/PC)中的电容特性及自放电性能,同时探讨了不同环境温度对上述器件的影响。结果表明,用四种活性炭制备的双电层电容器均具有良好的电容特性;采用大比表面积(1616 m~2·g~(-1))、小孔径(3.0208 nm)、小中值粒径(5.747μm)且颗粒均匀的HCE202活性炭制备的双电层电容器电荷存储性能最佳,在常温条件下开路搁置24 h后的电压保持率分别为84.4%(TEABF_4/AN)及81.9%(TEABF_4/PC),且在两种电解液中的自放电变化速率|k|值均为最小,说明其电荷存储性能受温度影响最小,表现最为稳定。

    2021年09期 v.40;No.355 866-871+887页 [查看摘要][在线阅读][下载 5619K]
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综述与评论

  • 二维材料制备与应用的最新研究进展

    周倩玉;李鑫;刘灏;戴三瑜;王世锋;

    二维材料又称二维原子晶体材料,其结构特性使载流子迁移和热量扩散都被限制在二维平面内,因此令这种材料拥有许多优异的性质,如高载流子迁移率、导电性、生物相容性以及带隙可调谐性。在相关的制备手法上,也从单一的机械剥落法发展至液相剥落、化学剥落、超临界流体剥落、化学气相沉积(CVD)和外延生长等。本文归纳了近些年来一些二维材料新成员的制备手段与应用前景,并对当前存在的问题和未来发展的方向做了展望,为基于二维材料的设计和应用提供了参考。

    2021年09期 v.40;No.355 872-881页 [查看摘要][在线阅读][下载 7424K]
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研究与试制

  • 基于柔性超材料的太赫兹超高灵敏度生物传感器设计

    王书宁;王子兰;曹暾;

    太赫兹超材料具有非电离辐射特性,且对弱共振敏感,在生物传感应用中具有优异的性能。针对目前太赫兹波段生物传感器灵敏度仍需提高的需求,提出了一种在柔性聚酰亚胺电介质上制备的平面阵列法诺不对称开口环谐振器。该传感器对附着其表面的待测生物样本高度敏感。仿真结果表明,该柔性超材料生物传感器的灵敏度可达1018 GHz/RIU,质量因子可达21,品质因数可达2.21,表现出了较高质量因子与超高灵敏度的特性,在太赫兹超灵敏生物医学传感器的设计中具有重要的应用价值。该传感器基于可多次折叠的柔性电介质,可集成于可穿戴式电子设备。

    2021年09期 v.40;No.355 882-887页 [查看摘要][在线阅读][下载 4004K]
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  • 正交相Nb_2O_5纳米棒的室温氢气传感特性研究

    唐克勤;杨飘云;李志伟;张翔晖;王钊;

    氢能源被誉为理想的清洁、高效、可持续能源。然而,氢气的易燃易爆性使其生产、贮存和使用过程面临极大的安全隐患。因此,开发快速、准确的氢气传感器及其浓度监测系统势在必行。本文利用水热法结合离子交换和高温退火处理制备了多晶、正交相的Nb_2O_5纳米棒。利用该材料组装的电阻型氢气传感器具有良好的电学特性,器件电阻值约为2000Ω。该器件在室温下表现出n型氢敏特性,对浓度为500~4000 ppm的氢气具有良好的线性响应。当空气中的氢气浓度为4000 ppm时,元件的室温响应时间约为85.4 s,恢复时间约为269.2 s。通过分析传感器在不同背景气氛下的响应、恢复特性,证明该材料的室温氢敏特性主要源自表面吸附氧与氢气间反应所释放的束缚电子。

    2021年09期 v.40;No.355 888-892页 [查看摘要][在线阅读][下载 5824K]
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  • LGA焊点可靠性分析及热疲劳寿命预测

    金玲玥;孙海燕;周婷;赵继聪;

    针对栅格阵列封装焊点可靠性问题,设计了一种焊料包裹焊盘的倒凹槽焊点,利用有限元分析法和修正的Coffin-Manson寿命预测方程,对其热可靠性进行评估。经仿真和试验验证,初始倒凹槽焊点的热疲劳寿命是1201个周期,为常规焊点的2.08倍。进一步结合田口试验法,以倒凹槽焊点的热疲劳寿命为优化目标,建立L_(27)(3~9)正交试验表,通过极差法计算出优化组合。结果表明:嵌入倒凹槽焊点内部的焊盘高度、焊点高度、塑封料的热膨胀系数、温度循环范围对倒凹槽焊点的热疲劳寿命影响较大;优化后的倒凹槽焊点的热疲劳寿命为4297个周期,是常规焊点的7.43倍,优化结构大幅提升了LGA焊点结构的热可靠性。

    2021年09期 v.40;No.355 893-899页 [查看摘要][在线阅读][下载 6023K]
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  • IGBT模块热应力下的分层失效分析

    刘江文;杨道国;

    利用ANSYS有限元分析软件,分析了在温度循环条件下没有焊层裂纹缺陷的IGBT模块和有焊层裂纹缺陷的IGBT模块的应力和应变分布。仿真结果表明:热应力主要集中在芯片和焊层接触的四个边角处以及芯片和塑封体接触的四个边角处。当纳米银焊层有裂纹缺陷时,在裂纹尖端处会出现应力集中现象,增大焊层所受的应力值;温度从低温增加到室温时,裂纹尖端的应力值和形变量随着温度的升高而减小,应力值从41.074 MPa减小到1.594 MPa,形变量从0.0197 mm减小到0.0074 mm;温度从室温增加到高温时,裂纹尖端的应力值和形变量随着温度的升高而增大,应力值从1.594 MPa增加到54.82 MPa,形变量从0.0074 mm增加到0.0273 mm。在极端低温或者高温的条件下,裂纹区域最容易扩展延伸。

    2021年09期 v.40;No.355 900-904+910页 [查看摘要][在线阅读][下载 5102K]
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  • 带有传输零点的增益提高型N通道带通滤波器

    吕芸芸;蒋品群;宋树祥;蔡超波;岑明灿;

    针对无源N通道带通滤波器无增益、带外抑制差的问题,在有源滤波器的通带两侧各引入一个传输零点,设计了一款高增益高带外抑制型N通道带通滤波器。在TSMC 40 nm CMOS工艺条件下,对该带通滤波器进行Spectre RF仿真验证。结果表明:带通滤波器的中心频率f_s可调谐范围为0.6~1.2 GHz,增益为6.0~8.0 dB,带宽为19~20 MHz,噪声系数(NF)为2.8~5.3 dB,输入三阶交调点(IIP3)大于16.5 dBm,当中心频率f_s=1 GHz时,最大带外抑制为46 dB。该带通滤波器同时具有提高增益和带外抑制的特性,且综合性能较高。

    2021年09期 v.40;No.355 905-910页 [查看摘要][在线阅读][下载 5374K]
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  • 大频率比双频分支线定向耦合器设计

    孙如英;韩荣苍;卢忠亮;陈庆虎;

    针对日益增长的多制式无线通信需求,面向900 MHz个人移动通信和5800 MHz无线局域网应用,提出了一种大频率比双频定向耦合器,其工作频率比可达6.34。该耦合器利用奇偶模分析法,给出了双频定向耦合器的设计方法,并利用阶梯阻抗变换技术分析了等效λ/4传输线实现大频率比工作的条件;同时,推导出了等效λ/4传输线实现双波段大频率比工作的阻抗和电长度解析式。为了对设计进行验证,对该定向耦合器进行了加工和测试。结果表明,限定输入端回波损耗大于15 dB,输出端口幅度不平衡度小于0.5 dB且相位不平度度小于5°时,两个频带内的工作带宽分别为170 MHz (0.83~1 GHz)和160 MHz (5.74~5.9 GHz)。仿真与实测结果吻合,证明了设计的正确性。

    2021年09期 v.40;No.355 911-916页 [查看摘要][在线阅读][下载 3594K]
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  • 基于共面波导缺陷地慢波传输线的Wilkinson功分器

    黄文;李靓;李露;任仪;

    提出了一种共面波导慢波传输线,该慢波传输线由高低阻抗线、哑铃型缺陷地和加载于中心导带上的哑铃形支节、矩形支节线构成。然后利用该共面波导慢波传输线代替传统Wilkinson功分器中的四分之一波长传输线。所设计的Wilkinson功分器尺寸为28.6 mm×21.2 mm,其尺寸为传统共面波导结构的Wilkinson功分器的48%,具有小型化效果。测试结果显示,此功分器的中心工作频率为1.93 GHz,|S_(11)|小于-15 dB的带宽为0.62 GHz,通带内|S_(21)|和|S_(31)|大于-3.6 dB,|S_(32)|小于-15 dB。测试结果与仿真结果吻合良好,验证了该设计方法的可行性。

    2021年09期 v.40;No.355 917-922页 [查看摘要][在线阅读][下载 5409K]
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  • 一种基于4H-SiC JBS二极管的Boost型PFC电路

    姜玉德;甘新慧;赵琳娜;顾晓峰;

    传统Si基快恢复二极管(FRD)在应用时由于反向恢复电流大、漏电流高等问题限制了电力电子电路的性能提升。基于此,提出了一种4H-SiC结势垒肖特基(JBS)二极管在功率因数校正(PFC)电路中的应用方案。首先测试比较了制备的4H-SiC JBS和Si FRD的关键电学参数,指出反向恢复特性是影响器件损耗的关键;然后介绍了PFC电路的拓扑结构以及二极管的损耗分析方法;最后分别基于4H-SiC JBS二极管和Si FRD搭建了1000 W Boost PFC样机,电路开关频率为50 kHz。结果表明:当输出功率为1000 W时,相比于传统的Si FRD,使用4H-SiC JBS二极管的整机效率由97%提升至98.13%;当输出功率从400 W增至1000 W时,Si FRD的工作温度从36.2℃上升至96.6℃,而4H-SiC JBS二极管的温度仅从27.8℃上升至47.8℃。使用4H-SiC JBS二极管可以降低PFC电路的开关损耗和散热要求,有助于提高电路整体性能。

    2021年09期 v.40;No.355 923-929页 [查看摘要][在线阅读][下载 6819K]
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  • 片上多通道低电容系统级静电防护电路设计

    许建蓉;汪西虎;刘伟;李晶;

    为提高Type-C接口的静电防护性能,提出了基于导流二极管与栅极耦合结构的静电防护架构,用于接口的低压、高压端口。采用齐纳二极管辅助触发的栅极耦合结构(ZCNMOS)泄放静电放电(ESD)大电流,降低触发电压,消除栅接地的NMOS(GGNMOS)中叉指器件不均匀导通的现象;通过大角度离子注入技术,提高器件的ESD防护能力;同时对导流二极管版图进行优化,提高了PN结的周长面积比,减小寄生电容。测试结果表明,器件过流能力由4 mA/μm提高到10 mA/μm,提升了1.5倍;低压端口和高压端口的二次失效电流均大于25 A,抗静电能力达到IEC 61000-4-2接触放电±8 kV,气隙放电±15 kV;CCX端口、SBUX端口和D+、D-端口电容分别为74,6和1.7 pF,满足低电容特性。

    2021年09期 v.40;No.355 930-935+941页 [查看摘要][在线阅读][下载 3749K]
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  • 具有蛇形结构的全向圆极化螺旋天线

    胡振欣;李华成;李云楷;叶亮华;

    针对传统半波长圆极化法向模螺旋天线辐射电阻低的问题,提出了一种具有蛇形结构的圆极化法向模螺旋天线。该天线包含三段作为主要辐射体的0.5λ长螺旋线和两个有效长度为0.5λ的蛇形结构。其中,引入蛇形结构使得三段主要辐射体上表面电流方向一致,相比传统单段0.5λ螺旋线的辐射电阻更高。另外,蛇形结构通过物理弯折的方法使其上的表面电流方向两两相反,从而使激发的远场电场相互抵消,使得远场辐射主要由三段0.5λ长螺旋线决定,容易获得圆极化性能。采用Ansys HFSS软件建模仿真天线,用金属3D打印技术加工天线样品。测试结果显示,天线成功实现了全向圆极化辐射,最大增益为3.03 dBi,轴比带宽和阻抗带宽分别为8.5%和1.3%。

    2021年09期 v.40;No.355 936-941页 [查看摘要][在线阅读][下载 5003K]
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