综述与评论

• NTC热敏陶瓷研究进展

  李雅洁;刘剑;刘兰徽;

  负温度系数(NTC)热敏陶瓷因优异的稳定性、良好的灵敏度及低成本被广泛应用于电子、仪表、航天等领域。不同晶体结构的NTC热敏陶瓷通常应用于不同的温度条件，以适用于高温条件的钙钛矿结构与适用于低温条件的尖晶石结构NTC热敏陶瓷为主要综述内容，归纳分析了NTC热敏陶瓷的导电机理、改性方式、材料体系、新型制备方法与其在薄膜领域的研究，并对未来发展趋势作出展望。总的来说，对于两种不同晶体结构的NTC热敏陶瓷，虽然不同的材料体系导致了他们应用条件的差异，但他们具有相似的掺杂复合改性方式与烧结制备方法。制造性能优异并能满足工业需求的NTC热敏陶瓷材料仍是未来研究的重点。

  2022年08期 v.41;No.366 771-780页 [查看摘要][在线阅读][下载 603K]
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新型传感材料与器件专题

• 柔性压阻式压力传感器的制备与性能优化

  汪康;何壮;喻研;

  柔性压力传感器由于具有人体组织一样的柔软性在健康监测、电子皮肤和人机交互等领域扮演重要角色，21世纪物联网技术和人工智能的飞速发展带动了柔性压力传感器的应用热潮，其中柔性压阻式压力传感器因具有结构简单、易于制备、成本低的优点而被广泛使用。为了使柔性压阻式压力传感器能够应用于不同区间下的压力检测，科研人员通过材料选择和结构设计不断优化传感器的性能。本文从材料选择、制备方法和性能优化几个方面综述了近几年柔性压阻式压力传感器的发展动态，并从实际应用的角度出发对未来传感器的发展方向作出展望。

  2022年08期 v.41;No.366 781-793页 [查看摘要][在线阅读][下载 495K]
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• 基于石英晶体微天平的质量型湿敏传感器研究进展

  孟兰;颜炜钰;张浩;张冬至;

  石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance, QCM)作为一种质量敏感型的传感器，具有高精度(可达纳克级)、实时数字频率输出、操作简单等优点，近年来被广泛应用于湿度监测领域。国内外的众多研究者们通过不断革新QCM湿敏传感材料，使得QCM湿敏传感器性能得到大幅提升。本文分析了QCM的结构和工作原理，并阐述了近几年基于二维材料、金属氧化物和聚合物等湿敏材料研制的高灵敏QCM湿度传感器及其在呼吸监测、疾病诊断、皮肤湿度和物体含水率监测方面的应用研究进展。

  2022年08期 v.41;No.366 794-801+809页 [查看摘要][在线阅读][下载 866K]
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• 微波辅助合成Cr_2O_3纳米颗粒及气敏性能

  桂阳海;钱琳琳;田宽;郭会师;陈杰;

  金属氧化物半导体气敏传感器在有毒易燃气体检测方面有着重要的应用价值，但在实际检测中存在工作温度高、选择性差等问题，因此制备一种简单高效的气敏传感器尤为重要。分别采用微波气-液界面法和微波一锅法制备了纳米Cr_2O_3材料，并通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等技术对合成样品的物相和形貌进行表征。研究了不同方法制备的Cr_2O_3的气敏性能。结果表明，微波气-液界面法相对于微波一锅法制备的Cr_2O_3纳米颗粒更均匀且尺寸较小，对醇类气体表现出良好的气敏性能，尤其是异丙醇气体。在最佳工作温度210℃,对体积分数为50×10~(-6)异丙醇的最大响应为6.30,检出限低至3×10~(-6),在长期的循环测试中，显示出优异的响应和稳定性。

  2022年08期 v.41;No.366 802-809页 [查看摘要][在线阅读][下载 534K]
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• 高转移效率时间飞行(TOF)图像传感器的像素单元优化

  吴元庆;王婷;李崎嫚;刘春梅;彭国良;

  针对TOF图像传感器转移效率不高的问题，利用Silvaco软件基于0.18μm CMOS工艺对传感器进行了建模和优化。通过电学和光学仿真，模拟了TOF图像传感器的复位、曝光等工作状态，探讨了曝光强度、曝光时间等对器件量子效率的影响。通过对模型进行防穿通注入工艺优化，很好地实现了钳位光电二极管和浮空节点的隔离。探讨了TOF中PPD的电荷快速转移优化，通过公式计算，获得改进后的优化模型，仿真结果证明其具有良好的转移速度和转移效率，平均转移时间节省近10倍，大大提高了电荷转移效率，为TOF图像传感器的优化和设计提供一个改进思路。

  2022年08期 v.41;No.366 810-815页 [查看摘要][在线阅读][下载 2222K]
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• 聚酰亚胺/锆钛酸铅柔性压电传感器的制备及性能

  池喆敏;赵婷婷;琚艳云;徐博;董丽杰;

  发展具备高温稳定性的柔性压电传感器对拓展压电传感器在航空航天等复杂环境下的应用具有十分重要的意义。通过静电纺丝技术和高温烧结方法制备了锆钛酸铅纳米纤维(PZT NFs),将PZT NFs与聚酰亚胺(PI)复合，通过溶液刮涂法制备了PI/PZT NFs复合材料并组装了柔性压电传感器。研究结果表明，PI/PZT NFs复合材料兼具PZT的高压电性与PI的柔性以及良好的热稳定性，基于该复合材料组装的柔性传感器具有宽温度使用范围，在20～250℃范围温度内具有稳定的力-电转换信号，在1 N的压力作用下产生的输出电压最高可达0.52 V,灵敏度最高可达198 mV/N,响应时间最低为116 ms,检测限可达0.01 N,在1000个循环内具有优异的耐疲劳性和信号稳定性，有望应用于高温柔性传感。

  2022年08期 v.41;No.366 816-821页 [查看摘要][在线阅读][下载 477K]
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• 一种含有新型薄膜的硅基MEMS压力-温度集成传感器

  陈果;王江;吴世海;王韬;张万里;

  提出了一种含有新型不规则形状的压力敏感膜的压阻式压力传感器，这种新型薄膜结构能够将整个膜面的应变聚集在四个局部区域内，从而提高传感器的灵敏度。惠斯通电桥被用来实现压强到电信号的转换，而电桥上的薄膜电阻刚好位于压力敏感膜片上的四个应变最大区域。实验测试表明，压力传感器能在3～129 kPa压强范围内正常工作，灵敏度为27.34μV/kPa,迟滞为1.2%,精度为±2.348%FS。此外，还在压力敏感膜外的零应变区集成了一个温敏电阻R_T作为温度传感器，仿真和测试结果表明，压强不会干扰温敏电阻的工作。采用开尔文四线法来测量R_T与温度的关系，测试结果表明温度传感器能在16～113℃的温度范围内工作，灵敏度为2.55Ω/℃,迟滞误差为0.1%,精度为±0.145%FS。

  2022年08期 v.41;No.366 822-826页 [查看摘要][在线阅读][下载 274K]
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• 基于双层金属光栅结构的红外辐射调控方法研究

  吴元庆;王婷;李崎嫚;刘春梅;

  针对红外焦平面结构的红外促吸收问题，采用基于表面等离激元技术的红外辐射调控方法，利用微纳结构的调制作用和MIM谐振腔结构的波长调制理论，实现了3～5μm和8～14μm波长范围内吸收率的提高。通过在结构中增加两个光栅结构和金属反射层结构，在器件内部形成了多个谐振腔和多个促吸收结构，同时对光栅占空比、周期、厚度和位置进行优化以及对钝化层厚度进行调整，分析不同参数对红外吸收的调整作用。优化后的结构最大吸收率达到99.36%,3～5μm波长范围内的平均吸收率达到79.56%,8～14μm波长范围内的平均吸收率达到75.30%,有效拓展了红外传感器件在中远红外方面的应用前景。

  2022年08期 v.41;No.366 827-833页 [查看摘要][在线阅读][下载 1240K]
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研究与试制

• 一种具有多晶硅二极管栅极结构的槽栅IGBT设计

  王波;胡汶金;赵一尚;李泽宏;任敏;

  为改善传统槽栅IGBT结构开启损耗和电磁干扰噪声两种电学参数间的矛盾关系，在N型Poly栅极和槽栅底部之间引入P型Poly栅极，提出了一种具有多晶硅二极管栅极结构的槽栅IGBT结构(PDG-TIGBT),并实现了工艺制程的设计。多晶硅栅结构中的低掺杂P型Poly栅极与漂移区相互耗尽形成栅内耗尽电容，在较高的集电极电压下可将器件密勒电容C_(GC)降低70.7%,并将槽栅底部电位V_(acc)抬升146%。密勒电容的减小和槽栅底部电位的提升可有效优化IGBT开启特性与噪声特性的折中关系，仿真结果表明：相较于传统槽栅结构，PDG-TIGBT有效地抑制了电磁干扰噪声对器件电学性能的影响。在开启瞬态，PDG-TIGBT的槽栅底部电位增长速度dV_(acc)/dt减小23.5%,集电极电流变化率最大值dI_(CE)/dt_((max))减小45.8%。在开启损耗E_(ON)保持一致的前提下，PDG-TIGBT的dI_(CE)/dt_((max))减小了84.2%,dV_(KA)/dt_((max))下降了44.4%。

  2022年08期 v.41;No.366 834-841页 [查看摘要][在线阅读][下载 539K]
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• 先进电子铝箔微观腐蚀形貌的对比分析

  董晓红;张丽;黄勇;代丹丹;武玉柱;

  针对国产高压腐蚀箔容量偏低、一致性差以及各项性能参数离散性大等问题，开展了先进电子铝箔微观腐蚀形貌的对比研究。首先通过电解抛光处理，使高压腐蚀箔显示出真实有效的腐蚀形貌。其次借助计算机图像模拟分析程序，对国内外不同厂家高压腐蚀箔形貌的扫描电子显微镜(SEM)照片进行测试分析，得到相应的腐蚀蚀孔特征参数数据库。通过参数对比可以得到B样品(日本KDK公司生产)的综合性能最佳：隧道孔深50μm,发孔密度较小，单孔平均尺寸1.17μm,折弯55次，520 V化成电压下阳极箔比容量最高达到0.877μF/cm~2。本文通过对比不同厂家高压腐蚀箔的微观形貌，找出形貌特征参数与性能之间的关系，为深入研究高性能铝箔蚀孔生长控制技术提供了参考依据。

  2022年08期 v.41;No.366 842-847页 [查看摘要][在线阅读][下载 423K]
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• 一种小型宽波束圆极化天线

  廖超;卢忠亮;彭强;谭祥俊;杨雪霞;

  为展宽圆极化天线的轴比波束宽度，并保持天线的低剖面和小型化，基于基片集成波导结构设计了一种环形缝隙天线。该天线由一个准方形基片集成波导腔、一个蚀刻在顶层的八边形环形缝隙和四个阶梯形微带短截线组成。首先对方形环缝隙天线的电场和等效磁流分布进行了分析，发现方形缝隙边长的电长度是影响3 dB轴比波束宽度的主要因素；通过在缝隙中引入短截线和对方形缝隙切角，能有效地调整该电长度。天线实测的3 dB轴比波束宽度在xoz和yoz面分别为220°和178°,在边射方向的主极化增益为6.42 dBi,适合用作导航系统的便携式终端天线。天线的尺寸为0.47λ_0×0.47λ_0×0.029λ_0,其中λ_0为中心频率5.67 GHz的自由空间波长。

  2022年08期 v.41;No.366 848-853页 [查看摘要][在线阅读][下载 4772K]
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• 一种具有低不圆度的宽带水平极化全向天线

  刘港;李源俊;叶亮华;

  针对传统小环形全向天线相对阻抗带宽小、不圆度高的问题，设计了一种具有低不圆度的宽带水平极化全向天线。此天线包括三个弧形电偶极子、三组引向器和一个宽带馈电网络。三个弧形电偶极子被均匀地印刷在圆筒形的介质板表面并由宽带馈电网络激励，实现水平全向辐射。电偶极子上方加入三组引向器，可扩展天线的带宽和降低天线的不圆度。一分三功分器与宽带巴伦构成了此天线的馈电网络，采用馈电网络与天线一体化的设计方法，使天线结构小型化。设计并加工了尺寸为0.18λ×0.18λ×0.18λ(λ表示最低工作频率对应的波长)的天线样品。测试结果显示，天线相对阻抗带宽可达到51.6%(2.3～3.9 GHz, VSWR<2),在工作频段内天线不圆度小于1.2 dB。

  2022年08期 v.41;No.366 854-858页 [查看摘要][在线阅读][下载 3542K]
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• 一种圆环形巴伦带通滤波器

  张友俊;冯智超;

  基于圆环谐振器的结构，提出了一种紧凑型的巴伦带通滤波器，利用合理摆放激励端口的角度以及弧形馈电端口的耦合长度来激发圆环形谐振器的简并模式，产生两个传输零点，提高滤波器的选择性和带外抑制能力。基于以上思路，设计了一款尺寸为16 mm×18 mm的巴伦滤波器。该滤波器的中心频率为4.54 GHz,通带宽度为0.24 GHz,相对带宽为5.3%(4.38～4.62 GHz),回波损耗S_(11)优于-3 dB,带内插入损耗S_(21)、S_(31)优于-20 dB,相位不平衡度优于±3°,幅度不平衡度优于±0.5 dB,通过控制弧形馈电端口的长度可以成功实现带宽可控。最后对仿真的圆环形巴伦带通滤波器进行实物加工制作(ε_r=2.65,h=1 mm)。实物测试结果与仿真结果基本相符，整体性能较好，验证了该方法的可行性。

  2022年08期 v.41;No.366 859-863页 [查看摘要][在线阅读][下载 1812K]
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• 一种高稳定快速响应的LDO设计

  闫冬冬;唐威;王甲柱;张森;

  为了满足超高速集成电路的需求，设计了一种高稳定性和快速瞬态响应的低压差线性稳压器。针对负载变化对频率稳定性产生影响的问题，设计了零极点追踪补偿电路，通过产生一个零点动态地追踪补偿输出极点，使电路在全负载下保持稳定；针对负载电流跳变引起输出瞬态变化的问题，设计了摆率增强电路，通过为功率管栅端寄生电容快速充放电，改善了负载瞬态响应与负载调整率。基于0.18μm CMOS工艺完成电路的设计，电路输出电流范围为1～100 mA。仿真结果表明，在零极点追踪电路补偿后，各负载下的相位裕度均能达到80°以上，满足高稳定性的需求。负载电流在最大范围内以1μs跳变时，输出下冲电压为47 mV,稳定时间为1.24μs;过冲电压为40 mV,稳定时间为1.52μs,达到快速瞬态响应的需求。

  2022年08期 v.41;No.366 864-870+879页 [查看摘要][在线阅读][下载 2563K]
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• 基于DB-PAM4的高速SerDes自适应均衡器设计

  王和明;王正;吕方旭;吴苗苗;陆德超;

  PAM4编码作为如今高速串口的主流编码方式，其均衡存在多种方式，但是传统的均衡方式所需均衡强度大，抽头数量多，算法自适应调节复杂。基于此，提出了一种基于背板信道的联合自适应均衡算法——Co-LMS算法，旨在降低均衡强度的同时，减少抽头数量，提高算法的收敛速度。算法对原始PAM4信号进行预编码处理，各种均衡器结合信道特性在接收端生成DB-PAM4信号。该算法在MATLAB中进行了行为级仿真验证。结果表明，在112 Gb/s的数据传输速率下，信道衰减达到-35 dB,16抽头的FFE和1抽头的DFE就能完成均衡处理，且能在28 ns内达到稳定，相较于传统的均衡器算法抽头数量大大减少，收敛更快。

  2022年08期 v.41;No.366 871-879页 [查看摘要][在线阅读][下载 4382K]
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