期刊简介
期刊名称：半导体技术
创办日期：1976年6月
主管部门：中国电子科技集团公司（CETC）
主办单位：中国电子科技集团公司电子第十三研究所
刊 期：月刊
电 话：0311-87091339
E-mail：bdtj1339@vip.163.com
网 址：www.bdtj.cbpt.cnki.net
国内统一刊号：CN 13-1109/TN
国际标准刊号：ISSN 1003-353X
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RF CMOS、BiCMOS的新进展(六)——RF ASIC和微系统集成
李永;赵正平;当今信息社会已进入通用人工智能时代，大数据呈指数规律增长，不但要求数据处理速度高速增长，同时也要求数据的传输带宽更宽，推动数据载波的频率向射频(RF)的高端发展。Si基RF CMOS和RF BiCMOS集成电路(IC)具有体积小、功耗低、易于集成等优点，相应呈现高速发展的态势。综述了Si基RF CMOS和RF BiCMOS的最新进展和发展态势，主要包括低噪声放大器与接收前端，射频-直流整流器与射频能量收集器，功率放大器、RF信号放大器与发射机，振荡器、混频器与频率综合器，移相器、开关、集成无源元件和相控阵，RF专用集成电路(ASIC)和微系统集成等七个RF IC发展的主要方面，凝练了各类RF IC的发展趋势和关键技术创新点。
一种氧化限制型650nm红光垂直腔面发射激光器
陆琦;孙玉润;韩翼;于淑珍;朱鲁江;程立文;董建荣;针对激光显示的应用需求，研制了单横模650 nm波长红光垂直腔面发射激光器(VCSEL)。计算分析了GaInP/AlGaInP多量子阱结构的增益特性，设计了以GaInP/AlGaInP多量子阱为有源区、AlGaAs/AlGaAs和AlGaAs/AlAs分布式布拉格反射器分别为上、下反射器的VCSEL。利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术生长外延材料，采用湿法氧化等标准VCSEL加工工艺制备了不同氧化孔径的VCSEL。为探究氧化孔径对器件工作模式的影响，测试了不同氧化孔径器件的光谱特性和功率-电流-电压(P-I-V)特性。结果显示，氧化孔径为4、6和8μm的器件均为单横模输出。氧化孔径为6μm的器件在2 mA注入电流下输出波长为650.4 nm,谱线宽约为0.2 nm,室温下阈值电流为1 mA,最大输出功率和斜率效率分别达到1.1 mW和0.4 W/A。当注入电流增大到7 mA时，氧化孔径为10μm的器件由单横模变为多横模工作。
基于内嵌空腔绝缘体上硅衬底的GAA器件的射频性能
王彬;薛书简;刘强;秦培;易翔;俞文杰;薛泉;研究了基于新型内嵌空腔绝缘体上硅(VESOI)衬底的全包围环栅(GAA)器件的电学与射频性能。制备了n型VESOI GAA器件，其具有优异的直流特性，开关比超过108,亚阈值摆幅低至60.75 mV/dec。为进一步分析其射频性能，采用Synopsys Sentaurus TCAD建立了器件物理模型，分析了栅极长度、沟道厚度、沟道掺杂浓度、栅氧化层厚度、衬底掺杂浓度及埋氧层厚度等关键工艺参数对截止频率(fT)的影响。经多目标优化，获得了兼顾工艺可实现性与射频性能的优选参数组合，器件fT可达170 GHz,满足100 GHz以上毫米波频段的应用需求。本研究为VESOI GAA器件的工艺优化及射频电路设计提供了技术参考。
63Ni-GaAs肖特基核电池的结构优化与界面钝化
宋亚龙;邹继军;张明智;李奥;邹启泰;β辐射伏特效应核电池具有体积小、寿命长、能量密度高等优点，可用作微型能源，在深海深空探索、极地探测、医疗器具等领域发挥着重要作用。为了增强电池对载流子的收集能力，对半绝缘GaAs肖特基核电池的电极进行优化设计，使用格栅电极代替平面电极，既减小了对β粒子的阻挡能力又不影响对载流子的收集能力。测试结果表明，电极宽度为15μm、有源区宽度为30μm时，载流子的收集能力最优。进一步对器件进行界面钝化，结果表明，在10.8 mCi/cm2的63Ni源测试下，界面钝化器件的短路电流密度达19.2 nA/cm2,相较于未界面钝化的器件，最大输出功率密度提高了29%,界面钝化可以极大地提高器件性能。本研究结果可为肖特基核电池的实用化提供实验依据。
3C-SiC在熔融KOH中的腐蚀行为及其缺陷表征
侯江林;罗丹;王国宾;张泽盛;简基康;研究了3C-SiC晶体在熔融KOH中的腐蚀行为及其缺陷特征。不同温度下的腐蚀实验证实(111)晶面晶片的腐蚀速率随温度升高呈现指数增长的趋势，在相同腐蚀条件下，(100)晶面晶片的腐蚀速率大于(111)晶面晶片。分析了不同腐蚀条件下(111)晶面的位错和堆垛层错(SF)的形貌，测量了穿透型螺位错(TSD)和穿透型刃位错(TED)腐蚀坑的深宽比以及SF腐蚀坑的倾角。结果表明，3C-SiC晶体中的TED腐蚀坑深宽比为0.07～0.12,TSD腐蚀坑深宽比为0.10～0.16,SF腐蚀坑的倾角为15°～22°。此外，还观察到在熔融KOH的腐蚀作用下，包裹物缺陷形状由腐蚀前的近圆形变为腐蚀后的三角形，尺寸也相应增大。本研究结果可为熔融KOH腐蚀3C-SiC的行为及其缺陷形貌演变提供参考。
基于TTS-GAN-DTW-TL-LSTM的IGBT剩余使用寿命预测
李凯成;王灿;刘孜雯;章涛;精准预测机载气象雷达绝缘栅双极型晶体管（IGBT）剩余使用寿命（RUL），是保障航空电子系统稳定运行、降低运维成本的关键。然而机载环境下，IGBT真实故障样本采集困难、数据集不完整，且模拟数据与真实数据存在分布偏移，制约了传统模型的预测精度与泛化能力。为解决此问题，提出一种基于Transformer时序生成对抗网络（TTS-GAN）动态时间规整（DTW）-迁移学习（TL）-长短期记忆网络（LSTM）（TTS-GAN-DTW-TL-LSTM）的IGBT RUL预测模型。首先，通过TTS-GAN生成模拟数据，结合DTW算法优化数据质量；然后，采用基于LSTM的TL模型，分阶段学习生成数据与真实数据的时序特征。基于美国国家航空航天局（NASA）公开的IGBT加速老化数据集的集射极关断尖峰电压进行性能实验。实验结果表明，TTS-GAN-DTW-TL-LSTM模型有效提高了预测精度，均方根误差（RMSE）降至0.068 V、平均绝对误差（MAE）降至0.054 V，预测性能为所有实验设置中最优。
采用肟类添加剂实现Co的超共形电沉积
全智昊;徐莘杰;李叶迪;吴挺俊;朱雷;俞文杰;黄海军;为解决集成电路Co互连电沉积的高深宽比沟槽填充难题，探究肟基数量对Co电沉积行为的调控机制，以环己酮肟（CHO）和1，2-环己二酮二肟（CHD）为添加剂，采用电化学沉积法在Si衬底上制备Co互连填充层，并结合多种表征手段开展综合分析。结果表明，无添加剂时Co沉积层晶粒无序且沟槽易出现空洞；单肟添加剂CHO有效改善了沉积形貌，提升沟槽填充质量；双肟添加剂CHD的填充效果更优，可实现高深宽比沟槽自下而上填充，显著细化晶粒、增强Co（100）晶面择优取向。双肟结构的CHD在Co晶面具备更强的多位点协同吸附能力，可选择性抑制高活性晶面，重构晶面竞争关系。本研究揭示了肟基数量调控Co电沉积填充性能的内在机制，为先进Co互连添加剂的理性设计提供了实验依据。
HTBC太阳电池互连技术的研究进展
刘汪利;张旭;马俊;常兰涛;李灵芝;原帅;在全球碳中和与光伏高效化需求驱动下，异质结与隧穿氧化层钝化背接触（HTBC）太阳电池因融合隧穿氧化层钝化接触（TOPCon）与异质结（HJT）技术的优势，实验室光电转换效率达27.81%，已成为下一代高效晶硅光伏技术的核心。传统互连方案难以适配其混合全钝化界面和微米级交错指状的背接触电极结构。系统性研究了常规互连方案与HTBC的适配缺陷，阐述了HTBC专属创新技术的原理。针对HTBC互连在综合环境应力下的耦合失效、界面腐蚀、结构特异性等失效机制，总结了材料体系优化、界面防护设计、结构与载荷适配、工艺精准控制的可靠性提升方向，对HTBC太阳电池互连技术的规模化应用具有一定参考价值。
智能功率开关的高精度电流采样技术
林坤;糜昊;苏越;袁芳;姚兆林;张旭;为解决高边智能功率开关在高共模电压输入条件下，误差放大器性能不足导致电流采样精度下降的问题，设计了一种由电阻和齐纳二极管构成的电流补偿网络。该补偿网络利用齐纳二极管在击穿区的低动态电阻特性，提供了一条低阻抗旁路路径。它能动态吸收由共模输入电压变化引起的电流扰动，使误差放大器具有较高的直流增益（111.9 dB）并且提高了共模抑制比（提升8 dB）。这种机制从源头上减小了输入失调电压对精度的影响。电路采用0.18 μm BCD工艺设计和流片，测试结果表明，在4.5～12.86 A的负载电流范围内，电流采样误差最低仅为0.52%，相比传统同类电流采样方法误差降低0.29%。该电路结构为汽车配电系统的精准保护和健康管理提供了可靠的监测方案。
SiC MOSFET动态栅极应力高精度测量技术
张浩涵;邓二平;吴立信;徐胜前;华文博;曾光;丁立健;针对现有SiC功率器件动态栅极应力(DGS)测试设备驱动能力不足、振荡严重及测量盲区大等问题，研制了一款支持高栅源电压上升速率(dVGS/dt)动态应力加载与微秒级无盲区测量技术的多通道SiC MOSFET自动化测试设备。该设备采用磁通抵消紧耦合驱动回路设计(寄生电感低至2.6 nH)、18 A大电流低阻抗驱动及固态电子开关矩阵测量技术(切换延迟为700 μs)，兼顾高频应力加载与瞬态参数精准捕捉。实验表明，该设备的dVGS/dt达1.14 V/ns，电压过冲小于0.5 V，可实现微秒级延迟的阈值电压漂移测量，并在1011次循环测试中保持多通道高度一致。本成果为SiC器件提供了符合AQG 324: 2025标准的高精度测试平台。
面向21世纪的嵌入式系统
吕京建,肖海桥根据应用领域，对计算机分类提出了嵌入式计算机和通用计算机的新定义，总结了嵌入式系统工业及其开发的特点，概括了嵌入式处理器的发展及现状。木文对实时多任务操作系统（ＲＴＯＳ）及其与嵌入式开发的关系进行了详细讨论，提出了当前中国嵌入式系统应用行业面临的挑战以及建立嵌入式应用产业化的设想。
四探针技术测量薄层电阻的原理及应用
刘新福,孙以材,刘东升对四探针技术测试薄层电阻的原理进行了综述,重点分析了常规直线四探针法、改进范德堡法和斜置式方形Rymaszewski 法的测试原理,并应用斜置式Rymaszewski 法研制成新型的四探针测试仪,利用该仪器对样品进行了微区(300μm×300μm)薄层电阻测量,做出了样品的电阻率等值线图,为提高晶锭的质量提供了重要参考。
Avalon总线与SOPC系统架构实例
徐宁仪,周祖成介绍了可编程系统集成(SOPC)的基本概念和Avalon总线,着重描述了Avalon总线的内容和操作,利用SOPC Builder搭建了一个SOPC的实例,在Altera的Excalibur Nios开发板上进行了仿真验证。
DSP技术的最新发展及其应用现状
魏晓云,陈杰,曾云概述了数字信号处理(DSP)技术的发展过程,分析比较了DSP处理器与通用微处理器(GPP)的异同;介绍了DSP的最新发展和应用现状;对数字信号处理技术的发展前景和趋势作了预测。
IGBT技术发展综述
叶立剑;邹勉;杨小慧;绝缘栅双极晶体管(IGBT)自问世以来,在结构设计、加工工艺和应用开发等方面得到了很大的发展。概述了IGBT的一般结构和发展历史,着重介绍了近年来几个专利技术中IGBT结构设计和制造方面的新进展。特别是宽禁带半导体材料SiC的异军突起,为IGBT技术开辟了一个新的发展空间。
半导体材料研究的新进展
王占国首先对作为现代信息社会的核心和基础的半导体材料在国民经济建设、社会可持续发展以及国家安全中的战略地位和作用进行了分析,进而介绍几种重要半导体材料如,硅材料、GaAs和InP单晶材料、半导体超晶格和量子阱材料、一维量子线、零维量子点半导体微结构材料、宽带隙半导体材料、光学微腔和光子晶体材料、量子比特构造和量子计算机用材料等目前达到的水平和器件应用概况及其发展趋势作了概述。最后,提出了发展我国半导体材料的建议。本文未涉及II-VI族宽禁带与II-VI族窄禁带红外半导体材料、高效太阳电池材料Cu(In,Ga)Se2、CuIn(Se,S)等以及发展迅速的有机半导体材料等。
具有优异发光性能的钙钛矿量子点研究进展
刘翔凯;李泽华;张发焕;皮孝东;在种类繁多的量子点中,基于钙钛矿结构的量子点以其优异的发光性能,如发光效率高和发光谱线窄,受到了人们极大的关注。有机-无机杂化的CH_3NH_3PbX3(X=Cl,Br,I)和全无机的CsPbX3(X=Cl,Br,I)是当前重点研究的钙钛矿量子点。详细介绍了近几年国内外有关CH_3NH_3PbX3(X=Cl,Br,I)和CsPbX3(X=Cl,Br,I)钙钛矿量子点的研究进展,着重分析了这些钙钛矿量子点的合成方法、结构特点及优异的发光性能。概述了基于以上两种钙钛矿材料的发光二极管(LED)的研究进展。最后,对钙钛矿量子点存在的不足进行了分析,认为经过不断地完善,钙钛矿量子点有可能成为下一代光电器件的核心材料。
四探针技术测量薄层电阻的原理及应用
刘新福,孙以材,刘东升对四探针技术测试薄层电阻的原理进行了综述,重点分析了常规直线四探针法、改进范德堡法和斜置式方形Rymaszewski 法的测试原理,并应用斜置式Rymaszewski 法研制成新型的四探针测试仪,利用该仪器对样品进行了微区(300μm×300μm)薄层电阻测量,做出了样品的电阻率等值线图,为提高晶锭的质量提供了重要参考。
中国集成电路设计产业的发展趋势
于宗光;黄伟;分析了集成电路技术发展趋势及面临的挑战,介绍了2013年全球半导体产业和集成电路设计产业的基本情况、全球设计产业销售占集成电路销售的比重及全球前十大半导体IP供应商情况。深入分析了2013年我国集成电路产业现状,重点分析了集成电路设计产业发展面临的问题,比较了近10年我国集成电路产业在全球比重及我国集成电路产业结构的变化。全面分析了国家一系列鼓励集成电路产业发展政策,讨论了今后集成电路设计产业的发展重点领域。
DSP技术的最新发展及其应用现状
魏晓云,陈杰,曾云概述了数字信号处理(DSP)技术的发展过程,分析比较了DSP处理器与通用微处理器(GPP)的异同;介绍了DSP的最新发展和应用现状;对数字信号处理技术的发展前景和趋势作了预测。