趋势与展望

  • 国外GaN功率器件衬底材料和外延技术研发现状

    付兴中;赵金霞;崔玉兴;付兴昌;

    GaN基功率器件的衬底和外延技术的发展对于器件性能的提升和成本的降低起着非常重要的作用。介绍了国外SiC基、Si基以及新型金刚石基GaN功率器件衬底材料和GaN外延技术的研发现状。重点讨论了大尺寸衬底技术(6英寸SiC衬底、8英寸Si衬底)、GaNHEMT与SiCMOS器件异质集成技术以及金刚石基GaNHEMT材料集成技术的研发进展。分析了GaN功率器件材料技术的发展趋势,认为更大尺寸更高质量衬底和外延材料制作、外延技术的改进、金刚石等新型衬底材料研发以及GaN基材料与Si材料的异质集成技术等将是未来研究的重点。

    2015年12期 v.40;No.328 881-888+959页 [查看摘要][在线阅读][下载 1064K]
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半导体集成电路

  • 近阈值标准单元库和其在传感网芯片中的应用

    孙忆南;刘勇攀;王智博;杨华中;

    将电源电压降低到晶体管阈值电压附近可以有效提高数字电路的能效,而近阈值标准单元库是近阈值数字电路设计的基础。通过分析逻辑门间静态噪声容限的兼容性、逻辑门在宽电压范围下延时变化情况,并通过求解最大包问题等的相关算法,对现有的商用数字CMOS标准单元库进行有效筛选,得到适用于低电压工作的近阈值数字CMOS标准单元库。通过一个应用于传感网中的双电压域、双核微控制器流片测试,对此标准单元库进行了验证,结果显示其中工作在0.5 V下的高能效核的能量效率相较传统工作电压下提高到2.76倍。

    2015年12期 v.40;No.328 889-893+915页 [查看摘要][在线阅读][下载 1409K]
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  • 砷化镓六位串并行驱动器芯片的研制

    赵子润;陈凤霞;

    基于0.25μm砷化镓(GaAs)增强、耗尽型赝配高电子迁移率晶体管(E/D PHEMT)工艺,设计并实现了一种串并行驱动器芯片,该芯片应用直接耦合场效应晶体管逻辑结构(DCFL),实现了移位寄存器、锁存器、输出缓冲等数字逻辑电路单片集成。芯片可输入六位串行或并行数据,输出六对互补电平以控制开关、衰减器等砷化镓微波单片集成电路(MMIC)。测试结果表明,在5 V工作电压下芯片的静态电流为7.6 m A,并行输出高电平4.8 V,低电平0.1 V,传输延迟时间125 ns。驱动器芯片尺寸为2.5 mm×1.45 mm。该电路具有响应速度快、易与砷化镓MMIC集成等特点,可广泛应用于各类多功能电路、组件及模块中。

    2015年12期 v.40;No.328 894-898页 [查看摘要][在线阅读][下载 2117K]
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  • 带通∑Δ调制器在MEMS陀螺驱动环路的应用

    徐磊;杨拥军;任臣;杨亮;

    研究了MEMS陀螺驱动环路的数字∑Δ闭环控制。基于MEMS陀螺机械结构的二阶谐振特性,采用自激振荡的方式实现驱动闭环,通过数字延迟链实现相位控制,通过PI控制器保证驱动模态恒幅振动。设计4阶机电结合带通∑Δ调制器代替数模转换器(DAC)实现静电力反馈,来抑制闭环控制系统的带内噪声,同时降低驱动级模拟电路的复杂度。通过FPGA进行实验验证,测试结果表明应用该驱动环路,其驱动模态振动幅值稳定性为3.67×10~(-4),MEMS陀螺输出零偏不稳定性为1.219°/h。

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半导体器件

  • 一种改进的增强型GaNHEMT大信号模型

    陈秋芬;李文钧;刘军;陆海燕;韩春林;

    提出一种改进的增强型GaN HEMT器件建模大信号模型。模型沟道电流方程和电荷方程均连续且高阶可导,栅电荷模型满足电荷守恒原则。提出的沟道电流模型可精确拟合实际器件正、反向区、截止区以及亚阈值区的直流特性。根据GaN HEMT器件特有的物理结构和电学特性,器件的自热效应、电流崩塌效应以及跨导频率分布效应在模型中进行了考虑。模型采用Verilog-A语言进行描述,并编译、链接入Agilent ADS工具。验证结果表明,模型仿真和测试数据在宽的偏压和频率范围内得到很好地吻合。

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  • 一种新型低阳极发射效率快恢复二极管

    何延强;刘钺杨;吴迪;金锐;温家良;

    采用局域注入p型离子和高温推结的方式得到高掺杂p~+区和低掺杂p~-区规律性的浓度梯度变化,研制了新型低阳极发射效率二极管。与常规结构二极管相比,此结构在工艺实现时,制造工艺条件、掩模版数量保持不变,只需设计高掺杂p~+区和低掺杂p~-区层次掩模版图案,即可实现发射极注入效率的自调节,制造成本低;其反向恢复电荷减小了30.4%,反向电流峰值减小了29%,反向电压峰值减小了6.7%,反向恢复时间减小了11%,开关器件的工作损耗降低,折衷性能更加优良;在V_F基本相当的情况下,反向恢复软度特性更优。

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  • 30~2600MHz超宽带GaN功率放大器的设计与实现

    陆宇;陈晓娟;钱可伟;

    基于第三代半导体Ga N的高电子迁移率晶体管技术,利用Cree CGH4001O管芯大信号模型并结合ADS2009U1软件,结合商用Ga N管芯的自身特性,采用微带-电阻-微带-电容-微带的负反馈回路和整体负载牵引方法及宽带匹配网络,成功设计并实现了30~2 600 MHz超过6个倍频程的超宽带功率放大器。测试结果表明,该功率放大器的带内线性增益大于11.8 d B,线性增益平坦度小于±0.95 d B,输入回波小于-10.2 d B,1 d B压缩点输出功率大于36.5 d Bm,功率附加效率大于22%,饱和时输出功率大于39.1 d Bm,功率附加效率大于28%。该功率放大器在很宽的频带内有着平坦的增益,适用于对平坦度要求较高的超宽带系统中。

    2015年12期 v.40;No.328 916-920+929页 [查看摘要][在线阅读][下载 2068K]
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半导体制造技术

  • HDP介质淀积引起的新天线效应及损伤机理

    黄红伟;杭弢;李明;

    超大规模集成电路设计和制造过程中,基于栅氧化层击穿的天线效应已得到广泛研究。从一个数模转换电路的漏电失效案例分析着手,利用电性分析、物理失效分析、工艺排查结合电路设计分析等手段,研究了一种与栅氧化层无关的天线效应。结果发现这种新的天线效应发生在高密度等离子体淀积介质层的工艺过程中,相邻金属互连长导线因不同的接地方式而具有不同的电势差,造成金属互连导线间的击穿和漏电。同时给出了该种天线效应的解决方案,该结果为半导体工艺设计规则制定提供了新的参考。

    2015年12期 v.40;No.328 921-924页 [查看摘要][在线阅读][下载 731K]
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  • 铜柱凸块生产关键工艺技术研究

    薛兴涛;孟津;何智清;

    讨论了铜柱凸块生产工艺中籽晶层厚度和电镀电流密度等关键制程因素对铜柱凸块共面性、晶圆应力、凸块剖面结构和电镀效率等方面的影响。研究结果表明增加电镀籽晶层厚度可以提高凸块共面性;在相同电镀电流密度下,籽晶层越厚,晶圆应力越大;相同的籽晶层厚度下,随着电镀电流密度增加,晶圆应力增加,但增加速率逐渐变慢;低电流密度下铜柱凸块顶部形成盘碟形状的剖面结构,而高电流密度容易使铜柱顶部形成圆拱剖面结构;采用阶梯电镀速率电镀方法与均一慢电镀速率电镀出的铜柱凸块共面性一致,而采用阶梯电镀法既能够提高电镀效率又可以得到较好的铜柱顶部盘碟形剖面结构。

    2015年12期 v.40;No.328 925-929页 [查看摘要][在线阅读][下载 1257K]
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半导体材料

  • 受主型杂质对p型单晶硅中少子衰减过程的影响

    赵洋;王泽来;张鹏;陆晓东;吴元庆;张宇峰;周涛;

    少子寿命测试技术是监控单晶硅中杂质和缺陷的数量及性质的重要技术手段。基于常规光电导少子寿命测试的基本参数,研究了不同性质的受主型杂质缺陷对太阳电池用p型单晶硅中少子衰减过程的影响,并重点分析了仅存在受主型电子陷阱或复合中心时,少子衰减过程的变化规律;受主型电子陷阱和复合中心并存时,少子衰减过程的变化规律。研究表明:p型单晶硅中仅存在电子陷阱或复合中心时,二者的密度和俘获截面越小,少子寿命越长,且二者均存在一个最小阈值;当二者并存时,少子电子的衰减过程可根据少子寿命值的不同分成不同的衰减区域。

    2015年12期 v.40;No.328 930-936页 [查看摘要][在线阅读][下载 1707K]
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  • 粉末靶磁控溅射制备AZO/Ag/AZO透明导电薄膜的特性

    刘思宁;周艳文;吴川;吴法宇;

    室温下采用射频磁控溅射粉末靶,在玻璃基底上制备了掺铝氧化锌/银/掺铝氧化锌(AZO/Ag/AZO)三层透明导电薄膜。通过优化中间银层厚度,优化了三层透明导电薄膜的光电性能。采用原子力显微镜和X射线衍射仪分别对薄膜的形貌和结构进行检测分析;采用紫外可见分光光度计和霍尔效应仪分别对薄膜的光电性能进行检测分析。结果表明,所制备的三层膜表面平整,颗粒大小错落均称;三层膜呈现多晶结构,AZO层薄膜具有(002)择优取向的六方纤锌矿结构,Ag层薄膜具有(111)择优取向的立方结构;当三层薄膜为AZO(20 nm)/Ag(12 nm)/AZO(20 nm)时,在550 nm处的透光率为88%,方块电阻为4.3Ω/□,电阻率为2.2×10~(-5)Ω·cm,载流子浓度为2.8×1022/cm~3,迁移率为10 cm~2/(V·s),品质因子为3.5×10-2Ω~(-1)。

    2015年12期 v.40;No.328 937-943页 [查看摘要][在线阅读][下载 1531K]
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可靠性

  • 操作电流对相变存储器单元疲劳特性的影响

    霍如如;蔡道林;陈一峰;王玉婵;王月青;魏宏阳;王青;夏洋洋;陈邦明;宋志棠;

    基于中芯国际40 nm工艺制备的64 Mbit相变存储器,设计并进行了两组对比实验。分别使用不同幅值和脉宽的RESET电流脉冲对存储器单元进行疲劳操作,对相变存储器单元的疲劳性能与RESET操作电流的关系进行了研究。实验结果表明,存储单元的疲劳寿命和RESET脉冲幅值的平方呈反比关系,和脉冲宽度呈反比关系。在相变存储器的操作过程中,高阻态下的电阻值出现先减小后增大的漂移现象,这是因为操作电流会对相变材料组分产生影响,在相变材料层中会出现逐渐增大的孔洞,孔洞最终导致相变器件失效,与实验中高阻态阻值漂移现象相吻合,同时可以用来预测存储单元的疲劳寿命。

    2015年12期 v.40;No.328 944-949页 [查看摘要][在线阅读][下载 1579K]
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  • 塑封倒装焊器件DPA试验流程研究

    张丹群;张素娟;

    倒装焊器件与常规的引线键合结构不同,现行的DPA标准不能完全适用于倒装焊结构。结合现有标准和倒装焊器件结构特点,以某塑封倒装焊集成电路器件为例,提出一套经过试验验证的、实用性强的倒装焊器件DPA试验流程。在原来标准的基础上提出了对BGA焊球材料成分分析、底充胶检查的超声扫描要求、芯片凸点结构检查等一些新的DPA要求。BGA焊球材料成分分析是使用能谱分析实现的,而芯片凸点结构检查则是通过对器件进行研磨开封实现的。经过试验验证,该流程方案可用于倒装焊集成电路器件的实际DPA工作。

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  • 大数据分析在半导体可靠性研究中的应用

    周柯;尹彬锋;高金德;王继华;

    常规复杂耗时的工艺可靠性评估已经成为开发先进工艺的瓶颈问题,为了满足技术开发对可靠性性能的更高要求,提出利用"大数据"的概念,以数据库为手段的一种有效的分析处理流程。通过这种分析方法,可以使滞后、浪费成本的"事后"评估变成有效的"事前"控制,及时发现并改善可靠性问题。研究中通过实例说明该方法可以使可靠性测试评估更高效,进一步解释它对于快速发现并改善工艺缺陷的作用,同时该方法还能对优化电路设计避免可靠性问题提供参考。可以得出,通过对大量有效数据的分析处理,最大程度地挖掘各数据库的价值和相关性,可以协助产品品质和可靠性得到不断提升。

    2015年12期 v.40;No.328 954-959页 [查看摘要][在线阅读][下载 1091K]
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  • IC China 2015“功率半导体器件及其可靠性技术”研讨会圆满结束

    <正>2015年11月12日,由中国半导体行业协会半导体分立器件分会承办,陕西省半导体行业协会、西安芯派电子科技有限公司协办的"功率半导体器件及其可靠性技术"研讨会在上海圆满结束。作为IC CHINA 2015的重要活动之一,此次研讨会邀请到电子科技大学张波教授、西安电子科技大学张玉明教授、西安芯派电子科技有限公司刘侠总监、上海华虹宏力半导体制造有限公司王辉经理,以及中国台湾地区李

    2015年12期 v.40;No.328 910页 [查看摘要][在线阅读][下载 105K]
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  • 英飞凌推出加固型TRENCHSTOPTM 5 S5 IGBT

    <正>2015年11月18日,英飞凌科技股份公司(FSE:IFX/OTCQX:IFNNY)推出全新S5系列,进一步增强其IGBT的性能。全新推出的这个产品系列立足于超薄晶圆TRENCHSTOPTM5 IGBT,专门针对开关频率高达40 k Hz的工业设备的交流-直流电力转换装置而开发。这类工业设备主要包括光伏逆变器(PV)和不间断电源(UPS)。S5系列器件能够满足制造商实现不低于98%的系统效率级别,从而最大限度提高

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  • 英飞凌推出2EDN EiceDRIVERTM MOSFET驱动器

    <正>2015年11月27日,英飞凌科技股份公司(FSE:IFX/OTCQX:IFNNY)推出适用于开关电源的PFC、LLC和同步整流级的全新2EDN7524 Eice DRIVER~(TM)驱动器芯片。这一芯片家族是英飞凌提供的专用MOSFET驱动器。是连接控制IC与MOSFET(比如CoolM OS C7)以及Ga N开关装置的重要环节,2EDN MOSFET驱动器芯片可实现更高的系统效率、卓越的功率密度以及一致的系统可靠性。

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  • 《半导体技术》简介

    <正>《半导体技术》是由中国电子科技集团公司主管,中国电子科技集团公司第十三研究所主办,并向国内外公开发行的科技期刊。《半导体技术》创刊于1976年,国内统一连续出版物号:CN13-1109/TN;国际标准连续出版物号:ISSN 1003-353X;国际刊名代码(CODEN):BAJIFJ,月刊,每月3日出版。《半导体技术》的办刊宗旨和一贯追求是"向读者提供更好资讯,为科研成果的推广、

    2015年12期 v.40;No.328 960页 [查看摘要][在线阅读][下载 67K]
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  • 2015年《半导体技术》40卷总目次

    <正>~~

    2015年12期 v.40;No.328 961-964页 [查看摘要][在线阅读][下载 104K]
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