新能源材料与器件专题

• 基于非富勒烯受体的有机太阳能电池阴极界面工程研究进展

  徐昊铭;张正丽;李军丽;

  有机太阳能电池具备制造成本低、可溶液制备、重量轻等特点，近些年引起了科研人员的极大关注。其中，基于非富勒烯受体的有机太阳能电池凭借优异的器件性能成为当下的研究热点。引入阴极界面工程能够有效地促进电荷的传输和收集，从而进一步提升基于非富勒烯受体的有机太阳能电池的光电转换效率。本文综述了基于非富勒烯受体的有机太阳能电池阴极界面工程的最新进展，从正式器件结构与反式器件结构出发，介绍了常见的阴极界面工程相关的技术和方法，并对阴极界面工程可能存在的一些问题进行了简单评述，最后对该领域的研究方向与发展前景进行了展望。

  2022年12期 v.41;No.370 1259-1271页 [查看摘要][在线阅读][下载 2008K]
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• 固态超级电容器的研究进展

  夏恒恒;孙超;赵重任;梁鹏程;杨重阳;吴明霞;安仲勋;华黎;

  使用液态电解质的传统超级电容器存在柔性差、易漏液、抗机械冲击能力差等问题，无法满足未来便携式、可穿戴、可植入电子产品的技术需求。近年来，固态超级电容器因其功率密度高、机械柔韧性好、安全性能突出和易于制备的特点得到广泛关注。固态超级电容器技术的关键在于固态电解质、器件构型设计、封装和制造工艺。重点综述了固态超级电容器电解质(全固态聚合物电解质、凝胶聚合物电解质和全固态无机电解质)的研究进展和三种常见构型(纤维状构型、三明治构型和叉指状构型)的设计方式，并基于应用场景(拉伸、扭曲、压缩、自修复、生物植入等)对器件的功能特性要求进行了阐述，最后针对固态超级电容器走向工业化应用的进程中面临的部分问题提出一些思考。

  2022年12期 v.41;No.370 1272-1285页 [查看摘要][在线阅读][下载 2317K]
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• 自组装NiO/还原氧化石墨烯复合材料及其超级电容性能研究

  季鸣童;陈雷;刘亭亭;

  通过水热法制备得到α-Ni(OH)_2,在甲酰胺溶剂中，通过机械振荡结合超声对其进行剥离，得到厚度约为1.1 nm的Ni(OH)_2纳米片，与氧化石墨烯(GO)悬浮液混合后，静电自组装得到Ni(OH)_2/GO,经高温热处理获得NiO/还原氧化石墨烯(rGO)复合材料。同时研究了NiO/rGO的结构、形貌及其用作超级电容器电极材料的电化学性能。形貌表征显示NiO/rGO呈层-层形貌，N_2吸-脱附实验表明复合材料存在介孔结构。在KOH电解液中，1 A/g电流密度下NiO/rGO的比容量为1564 F/g,远高于初始Ni(OH)_2和单纯的NiO;组装的NiO/rGO//石墨烯水凝胶(GH)非对称超级电容器(ASC)器件，充放电电位窗口为0～1.6 V,10 A/g电流密度下经1000次充放电循环的比容量保持率达84.2%。

  2022年12期 v.41;No.370 1286-1293页 [查看摘要][在线阅读][下载 2501K]
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• 聚吡咯对锂离子电池硅/石墨复合负极材料性能的影响

  韦炳吕;秦海青;刘文平;庞兴志;雷晓旭;

  硅碳复合负极材料具有较高的理论容量和较好的循环性能而引起广泛关注。通过化学氧化聚合法在初级硅/石墨(Si/G)复合材料表面包覆导电聚合物聚吡咯(PPy),制备出了硅/石墨@聚吡咯(Si/G@PPy)复合材料。对Si/G@PPy复合材料的结构、形貌和电化学性能进行研究，结果表明：聚吡咯薄膜具有粘结剂和导电添加剂的双重作用，在包覆聚吡咯薄膜后，可逆比容量略微下降，循环性能和导电性能显著提高。当添加质量分数13%的聚吡咯时，在100 mA/g的电流密度下，初始放电比容量为563.1 mAh/g,循环充放电100次后容量保持率高达95.94%,展示出优异的电化学性能，对进一步推广硅碳负极材料具有一定的参考价值。

  2022年12期 v.41;No.370 1294-1300页 [查看摘要][在线阅读][下载 2032K]
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• Sn复合Ag@Cu低温固化导电浆料的制备与性能研究

  束长青;姚正军;杜文博;龙漫;张莎莎;

  通过添加低熔点金属Sn增加渗流通路和粉末间的结合性，提高Ag@Cu低温固化导电浆料的导电性能和力学性能。采用XRD、SEM、EDS、CLSM进行物相和微观形貌表征，探讨了浆料的导电和断裂机制。结果表明，适量Sn充当粉末间“桥梁”,促进浆料固化收缩。添加30%(质量分数)Sn时浆料体积电阻率最低为2.43724×10~(-4)Ω·cm。添加15%(质量分数)Sn时浆料固化后的弯曲强度可达46.69 MPa, Sn过量则会聚集形成大颗粒与孔洞，恶化力学性能。

  2022年12期 v.41;No.370 1301-1306页 [查看摘要][在线阅读][下载 1973K]
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• HfO_2薄膜的亲疏水性对石墨烯沉积的影响

  樊瑞祥;王伟;刘姗;杨玉帅;王凯;

  研究了在不同表面润湿性的HfO_2薄膜上沉积石墨烯的质量，判断了不同表面能大小碳原子的沉积方向。采用电子束工艺制备不同生长时间的HfO_2薄膜，经过静态接触角测量可知，所有HfO_2薄膜均为疏水性，且随着薄膜厚度的增加，表面疏水性加强。再通过等离子体化学气相沉积工艺在HfO_2样品表面制备石墨烯薄膜。通过拉曼测试得出，表面中性润湿性基底对于碳沉积密度贡献不大；表面微疏水性基底对于碳原子总沉积量增益不大，但是对于形成sp~2轨道的碳碳双键则增强明显，原因主要是由于碳原子在表面横向迁移的作用增强，从而形成大面积石墨烯薄膜。

  2022年12期 v.41;No.370 1307-1311+1323页 [查看摘要][在线阅读][下载 1742K]
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研究与试制

• 基于玻璃钝化结构的梁式引线肖特基T型对管芯片的研制

  汤寅;熊威;王霄;杨勇;

  基于玻璃钝化结构的梁式引线集成器件机械强度高、寄生参数小，在高频检波、混频电路中有重要应用。通过梯度式腐蚀法获得了V型玻璃槽结构，采用低应力玻璃钝化工艺实现槽内覆盖填充，并结合低势垒蒸发技术实现了高一致性的玻璃钝化结构Si基梁式引线肖特基T型对管芯片的研制。研制的芯片正向压降V_F≤350 mV,结电容C_(jo)≤0.1 pF,击穿电压V_(BR)≥4 V,动态电阻R_D≤20Ω,电压灵敏度S_v≥17 mV/μW,对管芯片的关键电参数偏差小于5%。该技术途径可应用于梁式引线四管堆等多种集成结构形式，可有效促进电路组件的小型化发展。

  2022年12期 v.41;No.370 1312-1317页 [查看摘要][在线阅读][下载 1430K]
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• 多层LCP基板中宽带槽线耦合结构的设计与实现

  刘维红;关东阳;黄倩;张璇;

  槽线耦合结构作为多层电路结构中的核心单元，其特性直接决定整个系统性能的优劣。基于三层LCP基板设计了一款Ka波段宽带微带线-槽线-微带线垂直耦合结构，通过接地层的槽线结构实现了异面微带线间信号传输。仿真结果显示，在23～43.62 GHz的通带内，该结构的插入损耗约为-1 dB,回波损耗优于-16 dB。为进一步改善槽线耦合结构的传输特性，创新性地在四层LCP基板底层加载3 mm×1 mm的开路枝节线，在24.45～41.93 GHz频段内插入损耗约为-0.95 dB,回波损耗优于-21 dB。基于LCP多层板技术，制备了槽线耦合结构，测试结果显示，该结构在23.16～40.35 GHz频率范围之内，插入损耗约为-2 dB,回波损耗优于-14 dB。该研究将为多层LCP基板在微波毫米波射频系统集成方面的应用提供实验依据。

  2022年12期 v.41;No.370 1318-1323页 [查看摘要][在线阅读][下载 1805K]
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• 动热源摆式双轴MEMS热加速度计敏感机理的研究

  朴林华;佟嘉程;李备;张严;

  揭示了一种动热源摆式双轴MEMS热加速度计的敏感机理。在给出双轴敏感原理的基础上，通过建立二维物理研究模型、网格划分、加载加速度等方法对双轴敏感结构内的温度场进行了计算。结果表明：(1)开机1.8 s后在敏感结构内形成一个以动热源为中心的温度场；(2)当有加速度加载时，动热源沿着加速度的方向移动，温度场随之偏移，两个正交X、Y敏感轴方向上对称设置的两热线温差ΔT_X、ΔT_Y随着输入加速度a_x、a_y的加大呈现线性增长，X、Y两轴平均温度灵敏度为7.2×10~(-2) K/g;(3)根据输入-输出特性a_x-V_(XOUT)和a_y-V_(YOUT)曲线得到数学模型，X、Y两轴平均灵敏度为0.502 V/g,平均非线性度为2.82%,平均交叉耦合为2.3%,从而揭示了敏感机理。

  2022年12期 v.41;No.370 1324-1331页 [查看摘要][在线阅读][下载 2840K]
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• 高增益差分无源N通道带通滤波器的设计

  盛艳婷;蒋品群;宋树祥;岑明灿;蔡超波;

  针对传统无源N通道滤波器无增益的问题，采用高增益隐式电容叠加电路的方法，设计了一种高增益差分无源N通道带通滤波器。同时，通过底板电容开关电路来稳定开关的电阻和提高滤波器的线性度，采用差分结构消除偶次谐波对N通道带通滤波器输出信号的影响。采用TSMC 40 nm CMOS工艺，后端仿真结果表明：当通道数为4,电源电压为1.1 V时，滤波器的中心频率可调范围为1.6～2.4 GHz,在频率可调范围内带宽为3.4～7 MHz,噪声系数(NF)小于4.6 dB。当中心频率f_s=2 GHz时，电压增益达到26 dB,输入三阶交调点(IIP3)大于22.8 dBm。与同类型的N通道带通滤波器相比，所设计的无源N通道带通滤波器增益较高且线性度较好，可应用于射频接收机前端电路。

  2022年12期 v.41;No.370 1332-1338页 [查看摘要][在线阅读][下载 2462K]
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• 小型化双频圆极化天线设计

  李蕾;张舜;季红妍;南敬昌;

  为减少多径损耗、抗极化失配并同时满足无线设备对小型化、多频段的需求，提出了一种小型化、宽轴比的双频圆极化天线。天线采用相对于馈线不对称的矩形接地板，实现Wi-Fi(5.15～5.35 GHz)频段圆极化辐射。在此基础上，通过对接地板进行切角处理并刻蚀两个宽度不等的L形缝隙，在不改变天线尺寸的情况下产生低频谐振频率，使天线同时工作在UHF(840～960 MHz)频段，并具有小型化特性。通过在接地板上加载两个高度不等的矩形枝节以及在圆形辐射贴片上刻蚀臂长不等的斜十字形槽，拓宽低频轴比带宽并降低两个频段的轴比值，实现宽轴比的双频圆极化辐射天线。天线最终尺寸为60 mm×60 mm×1.6 mm。仿真与测试结果表明：天线的相对阻抗带宽分别为62.6%(0.79～1.51 GHz)和34.1%(3.84～5.42 GHz),3 dB轴比带宽分别为108.1%(0.34～1.14 GHz)和7.2%(5.08～5.46 GHz),具有良好的辐射特性，可应用于UHF和Wi-Fi频段。

  2022年12期 v.41;No.370 1339-1345页 [查看摘要][在线阅读][下载 2713K]
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• 印制电路板集成螺线管型磁芯电感的制作

  高奇;周国云;何为;朱永康;陈先明;

  为了满足未来移动设备对电路系统高性能、微型化的需求，研究了集成式电压调节器中使用的集成式磁芯电感的制作问题。将磁性粉末与环氧树脂混合制备复合磁性材料作为集成式磁芯电感的磁芯材料，通过丝网印刷工艺沉积磁芯层，采用先进印制电路板制作工艺制备出高感值密度、高品质因子的集成式螺线管型磁芯电感。该集成式螺线管型磁芯电感基于垂直实心铜柱互联形成绕组，展现出优异的性能。并经过一系列的表征证明了其制作工艺的可靠性与创新性，非常适用于板级封装的电源管理模块。最终对其电感性能进行测量，在100 MHz时其单位面积电感密度达到7.35 nH/mm~2,品质因子Q达到42.7。

  2022年12期 v.41;No.370 1346-1350页 [查看摘要][在线阅读][下载 1487K]
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• 负压DC-DC变换器中新型功率管驱动电路

  苏东来;韦孟宇;高跃明;阴亚东;

  提出了一种适用于反向降压(InvBuck)型负压直流-直流(DC-DC)变换器的功率管驱动电路。该驱动电路将输入的脉宽调制(PWM)信号生成两路非重叠的正压驱动信号，然后利用负压DC-DC变换器中飞电容的电压反转产生负压驱动信号。该驱动电路中所有MOS管以及功率管的漏源电压(V_(DS))均不超过输入电源电压(≤V_(IN)),因而可用标准CMOS工艺实现。采用SMIC 0.18μm标准CMOS工艺完成了电路设计和仿真验证。结果表明，在900 kHz开关频率和5 V电源电压下，当PWM信号占空比在20%～90%范围变化时，本电路联合驱动功率管产生-0.99～-4.47 V的输出电压，仿真结果与理论计算值误差不超过0.7%,在输出最大电流100 mA时转换效率均大于91%。

  2022年12期 v.41;No.370 1351-1356页 [查看摘要][在线阅读][下载 1639K]
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• 一种基于三维集成电路的多位碳纳米管硅通孔

  关文博;吕红亮;张玉明;张义门;

  针对三维集成电路中各层之间的I/O限制问题，提出了一种新型的三位碳纳米管TSV。首先利用HFSS软件对三位CNT TSV各寄生参数进行了数值计算，与基于理论的数值计算相比，具有较高的精度，各寄生参数的误差大小在3%以内。在ADS中搭建了该结构的等效电路模型，并仿真得出了它的S参数，与HFSS的S参数仿真结果相比误差在1.2%以内。然后基于三位CNT TSV的概念，提出了新的差分型多位CNT TSV。与传统GSSG型TSV以及两种新型双位TSV(G-SS-G型和GS-SG型)相比，所提出的差分型多位CNT TSV节省了芯片面积，提高了集成密度，且具有优越的抗干扰能力和更好的时延性能。最后，对所提出TSV结构进行时域眼图仿真，表明新结构具有良好的信号完整性。

  2022年12期 v.41;No.370 1357-1366页 [查看摘要][在线阅读][下载 2955K]
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• 新型抑制剂对铜膜CMP后碟形坑与蚀坑的影响

  李子豪;周建伟;王辰伟;马慧萍;张月;

  为了控制铜膜(Cu)表面在化学机械平坦化(CMP)过程中产生碟形坑、腐蚀坑等缺陷，提出了将3-巯基-1,2,4-三氮唑(TAT)作为CMP抛光液中的抑制剂，研究了在抛光液低pH值条件下不同TAT浓度对Cu去除速率(RR)及静态腐蚀速率(SER)的影响，还研究了TAT对铜膜CMP后碟形坑和蚀坑的控制效果，并分析了其机理。铜膜去除速率和静态腐蚀速率实验结果显示：在抛光液低pH值条件下，随着TAT浓度的升高，Cu的去除速率和静态腐蚀速率均出现大幅下降，TAT能够起到抑制Cu去除速率的作用。碟形坑和蚀坑深度实验结果显示：采用加入TAT的抛光液抛光后，铜布线宽度/间距(L/S)为100μm/100μm的碟形坑深度由355 nm降为77 nm,L/S为9μm/1μm的蚀坑深度由172 nm降为81 nm, TAT能够有效控制抛光后碟形坑和蚀坑的深度。其控制机理为TAT能够与Cu形成一层钝化膜并吸附在铜膜表面阻碍其进一步的化学反应，并在机械作用下使得铜膜表面凸出和凹陷处产生较大的去除速率差，最终减小抛光后碟形坑和蚀坑的深度。

  2022年12期 v.41;No.370 1367-1373页 [查看摘要][在线阅读][下载 1801K]
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• 多层瓷介高压电容器空洞缺陷引起的畸变电场有限元分析

  梁栋程;王淑杰;季航;

  为分析多层瓷介高压电容器因空洞缺陷引起畸变电场的影响趋势以及引发电击穿的机制，根据麦克斯韦边值关系理论，利用有限元仿真分析了空洞大小和不同介电常数对畸变电场的影响趋势。结果表明，畸变电场随空洞的增大呈幂函数增长趋势，介电常数的增大也会导致畸变电场增大，但会逐渐趋于平稳，畸变电场最多能达到均匀场强区域的1.4倍，因此，空洞大小是导致畸变电场增加的主要影响因素。利用能带理论对畸变电场引发电击穿的机制进行了解释。分析结果对进一步研究空洞缺陷影响电介质材料击穿性能的机制，以及根据实际应用需求研究制定不同种类电介质材料空洞缺陷大小的量化判据有一定参考意义。

  2022年12期 v.41;No.370 1374-1379页 [查看摘要][在线阅读][下载 1324K]
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技术与应用

• 高压瓷介电容器脉冲开裂失效问题及材料选择

  罗捷宇;高秀华;翟宇;冯丽娜;

  高压瓷介电容器使用过程中，因受到脉冲电压的影响可能发生开裂失效，该失效模式与电容器本身的介质材料有很大关系，不同介质材料的高压瓷介电容器在电场作用下有不同特性。从脉冲耐压测试和材料微观特性(晶相组成、介电性能、压电性能、铁电性能)方面对BaTiO_3和SrTiO_3系高压瓷介电容器样品进行了研究，研究结果表明：相比2B4瓷料制得的顺电相SrTiO_3系瓷体，以Y5P瓷料为原料制得的铁电相BaTiO_3系瓷体居里温度高、压电常数大、铁电性能好，在不断变化的脉冲电场下因电畴运动产生形变，易造成开裂现象。

  2022年12期 v.41;No.370 1380-1384页 [查看摘要][在线阅读][下载 2334K]
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