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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表面活性剂在集成电路互连CMP中的应用进展
王佳欢;高宝红;张馨心;牛新环;张冬妍;在集成电路(IC)互连化学机械抛光(CMP)中，表面缺陷会严重影响器件良率。表面活性剂作为CMP抛光液中的重要添加剂，能够显著改善抛光性能。介绍了表面活性剂及其复配体系在CMP中的重要作用，综述了其在抑制金属腐蚀、磨料分散、表面质量改善以及CMP后清洗中的应用进展，强调了表面活性剂复配体系在CMP中的优异性能，分析了单一表面活性剂的吸附机制与多种表面活性剂复配的协同作用机制。最后，展望了未来CMP中表面活性剂及其复配体系的研究与应用。
考虑物理效应的垂直GaN TG-MOSFET功率器件模型
杨文龙;刘伟景;廉浩哲;张一帆;马颖;范不凡;彭文凯;提出了一种垂直GaN沟槽栅金属氧化物半导体场效应晶体管(TG-MOSFET)半物理模型，将经典Enz-Krummenaker-Vittoz(EKV)模型应用于垂直GaN器件，融入多种高阶物理效应，并开发了自热模型。基于TCAD仿真，分析了界面陷阱、漏致势垒降低(DIBL)、电流拥挤、速度饱和及自热效应对器件特性的影响，并据此引入相应的数学修正项，实现器件静态特性、体二极管行为及非线性电容的高精度描述。通过Verilog-A语言完成SPICE模型的构建。仿真结果表明，所建模型能够准确、高效地描述垂直GaN TG-MOSFET的电热特性，为垂直GaN器件的研发与仿真应用提供参考。
生长工艺对SiC高速外延中堆垛层错形成的影响
侯鹏翔;王品;汪久龙;王静;于乐;李哲洋;SiC外延堆垛层错(SF)会降低功率器件性能，针对此问题提出了一种改进衬底预处理工艺，以减少SiC高速外延中的SF缺陷。使用原子力显微镜和表面缺陷分析仪对SiC外延层的表面形貌和缺陷进行表征、测量和统计。研究了SiC高速外延中SF的产生机理和延伸模型，通过实验研究工艺参数对外延层SF数目的影响。结果表明SF数目随碳硅比(C_2H4与三氯氢硅(TCS)体积流量比)的增大先减少后增加，随外延温度的升高先增加后减少，改进衬底预处理工艺和提高衬底表面质量可有效减少SF数目。采用化学气相沉积(CVD)优化外延温度为1 610℃,碳硅比为0.80,并采用含少量C_2H4、TCS的长时间预刻蚀工艺，在外延厚度为30μm的SiC同质外延片中实现了SF密度<0.1 cm-2,显著提升了SiC外延片的质量。
一种基于RISC-V的高能效CNN加速器
赵泽雨;刘俊锋;蒋见花;陈铖颖;陈黎明;针对边缘计算中对低功耗人工智能(AI)推理的迫切需求，提出一种基于RISC-V指令集的异构卷积神经网络(CNN)加速器。该设计采用深度耦合的软、硬件协同架构：在硬件层面，集成专用协处理器支持常规卷积、池化和全连接等核心运算，通过片上存储结构与寄存器链式转发机制有效降低访存延迟与功耗；在软件层面，扩展专用指令集，实现“指令驱动+数据流执行”的混合计算范式，提高主从处理器间的协同效率。系统基于PyTorch框架开展量化感知训练，以实现模型的高效部署，并完成从现场可编程门阵列(FPGA)验证到TSMC 40 nm芯片制备的全流程。测试结果表明，相较于原处理器核心，该加速器在核心面积仅增大8.59%的情况下，于30 MHz工作频率下计算效率提高94.7%,任务总能耗降低92.6%。
一种负输出高PSRR低噪声带隙基准电路
曲鹏达;肖知明;赵越;负输出低压差线性稳压器(LDO)作为产生系统负电源轨的有效方案，被广泛用于音频设备、射频通信等精密应用场景中，而带隙基准是LDO的关键模块之一。提出了一种可用于负输出LDO的具有低输出噪声、高电源抑制比(PSRR)的带隙基准电路。通过由负反馈环路控制的预稳压电路形成了稳定的内部电压轨，当电源电压变化时内部电压轨保持不变，实现了较强的纹波抑制能力并可在高压下工作；同时，通过低通滤波架构实现了对地电压轨的低噪声负基准电压与偏置电流输出。该电路采用SMIC 180 nm BCD工艺制备。仿真和测试结果表明，其可在-1.9～-20 V输入电压范围内工作，线性调整率为1.74μV/V,在-40～125℃内温度系数为76.4×10-6/℃,100 Hz下PSRR为79.3 dB,10～105 Hz频带内的均方根(RMS)输出积分噪声为13.09μV。
基于编程反馈的eFuse IP设计
孙小雪;代蒙;史佳怡;卢宏斌;常玉春;针对传统电可编程熔丝（eFuse）固定时间编程方式易导致欠烧或过烧的问题，提出了一种基于编程反馈的eFuse IP设计方案，通过实时监测熔丝状态实现编程过程的自适应终止。该设计在0.18 μm CMOS工艺的eFuse IP架构中，引入实时状态监测与反馈控制电路，通过监测熔丝电学状态变化，在满足预设阈值条件时自动关断编程通路。仿真结果表明，反馈机制可在eFuse熔断后及时切断编程电流，避免了传统开环控制中因持续编程引发的过烧风险。该方案为eFuse提供了一种结构简洁、易于集成的闭环编程实现途径，有助于提高编程可靠性，适用于高密度嵌入式存储应用。
高功率密度功率模块液冷散热技术的研究进展
刘健;邓二平;吴立信;杨晨;华文博;新能源汽车与宽禁带半导体技术的快速发展推动了功率模块向高频、高功率密度演进，由此引发的极高热流密度与局部热不均问题成为制约模块可靠性与寿命的核心瓶颈。为此，剖析了功率模块多层封装结构的热响应机理，并评估了传统液冷技术在应对界面热阻与热场非均匀性的局限性。在此基础上，重点探讨了微通道冷却技术。基于微尺度换热机理，系统对比与评述了单相歧管微通道（MMC）与两相流动沸腾冷却技术在消除接触热阻、降低沿程温升及抑制热耦合方面的最新研究进展。最后，总结了微通道散热面临的压降与流道堵塞等工程挑战，并对其作为下一代高效热管理方案的应用前景进行了展望。
基于改进组合热敏感电参数的IGBT神经网络结温预测模型
黄玲琴;张昊天;刘新超;李洋;李乾坤;谷晓钢;结温(θj)的精确提取和预测对评估绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的动态性能及剩余寿命具有至关重要的意义。然而，广泛应用于IGBT结温预测的典型组合热敏感电参数(TSEP)，诸如导通压降(VCEon)和集电极电流(Ic)，与θj呈现复杂非线性特征，导致结温预测模型效果不佳。提出了一种新型动态TSEP，即VCEon相对于Ic的变化率(dVCEon/dIc)，该改进组合TSEP(包括VCEon、Ic及dVCEon/dIc)可有效缓解组合TSEP与θj的复杂非线性关系。在此基础上，构建了经麻雀搜索算法(SSA)优化的反向传播神经网络(BPNN)结温预测模型，实现了对IGBT结温的有效预测。基于仿真与实验获取的改进组合TSEP与θj数据集对模型进行验证，结果表明，仿真测试集的最大预测误差仅为0.1 ℃，实验测试集的预测误差主要分布在0.2 ℃范围内，该模型可实现Si IGBT结温的高精度预测。
基于RFO-UPF方法的IGBT剩余使用寿命预测
黄炜宏;张雯婧;范彦琨;黄政凯;黄金魁;顾然;李文杰;为提高绝缘栅双极型晶体管(IGBT)剩余使用寿命(RUL)预测精度与在线计算效率，提出一种融合吕佩尔狐优化(RFO)算法与无迹卡尔曼粒子滤波(UPF)的IGBT RUL预测方法RFO-UPF。该方法以IGBT导通压降V_(CE(on))作为退化特征量，在贝叶斯递推框架下构建器件退化状态空间模型，并基于RFO算法的“侦察-包围-突袭”自适应寻优机制对UPF的关键超参数进行整定。基于美国国家航空航天局(NASA)公开的IGBT加速老化数据集开展仿真分析，结果表明，与粒子滤波(PF)相比，RFO-UPF方法的RUL预测精度显著提高；与UPF相比，该方法在相同精度下单次迭代耗时缩短约32%。搭建IGBT功率循环在线验证平台进行RUL预测试验，试验结果显示，最大预测误差为8个循环，相对平均精度(RAP)高于92.59%。该方法无需依托大规模历史退化样本进行训练，即可为IGBT RUL预测与维护决策提供技术支撑。
QST衬底AlN/GaN超晶格缓冲层循环数对GaN外延层生长的影响
张一镝;房玉龙;王波;韩颖;高楠;于根源;为优化厚GaN外延的缓冲层结构设计，系统研究了AlN/GaN超晶格缓冲层循环数对Qromis衬底技术(QST)衬底上GaN外延层性能的影响规律与内在机理。采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法在6英寸(1英寸=2.54 cm)QST衬底上生长了高晶体质量GaN外延层(12 μm)，研究了QST衬底上AlN/GaN超晶格缓冲层循环数(5、12、15)对GaN外延层生长的影响。结果表明，GaN晶体质量随超晶格缓冲层循环数的增加先提高再降低，原因可能归结为超晶格界面对位错的阻挡作用与超晶格内部应力积累所诱生的位错共同决定了GaN外延层的质量，缓冲层循环数为12时其螺位错和刃位错密度分别为1.37×108 cm-2和5.44×108 cm-2，表面粗糙度为0.21 nm。本文结果为制备高压、大功率GaN器件奠定了材料基础。
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。