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。
电力电子器件封装中低温铜烧结技术的研究进展
范寅祥;王蕤;童颜;杨金龙;闫海东;低温铜烧结因具备优异的导电导热性、突出的电迁移抗性、良好的高温服役稳定性及成本低等优势，已成为电力电子器件高性能封装所需的关键技术。然而，铜膏在制备与烧结中的颗粒团聚和氧化问题易导致铜膏体系稳定性欠佳、烧结条件趋于严苛，限制了其大规模工业化应用。综述了电力电子封装互连材料的研究进展，重点阐述了铜膏的制备方法、分类、配方设计及烧结机理，探讨了提升铜膏稳定性和抗氧化性的主流策略，剖析了相关问题并提出优化方案；总结了关键工艺参数对封装性能的影响，并对该技术在器件应用中的进展和可靠性问题进行探讨，展望了未来研究方向，以期为低温铜烧结技术的进一步应用提供理论依据与参考。
基于灰狼优化卷积神经网络的IGBT实时结温预测算法
黄炜宏;范彦琨;张雯婧;黄政凯;黄金魁;顾然;李文杰;为突破绝缘栅双极型晶体管(IGBT)结温预测传统离线方法无法实现实时结温监测、依赖外部设备等局限，并降低在线数据采集成本，提出了一种基于灰狼优化(GWO)算法优化卷积神经网络(CNN)的IGBT实时结温预测算法GWO-CNN。该算法以饱和导通压降V_(CE(sat))、壳温θc和导通电流Ic三种温敏电参数作为输入，以结温θj作为输出。同时，在驱动器中集成温敏电参数(TSEP)采集电路，基于现场可编程门阵列(FPGA)实现了驱动器与上位机间的通信与数据管理，并进行了GWO-CNN模型的在线推理，实现实时结温预测。实验结果表明，系统采集的V_(CE(sat))、θc和Ic最大误差分别为11.3 mV、1.6 ℃和1.8 A；系统结温预测的最大误差为2.6 ℃，平均绝对误差(MAE)为1.0 ℃，验证了所提算法的预测精度与实时性。
SAC305焊球激光植球工艺优化
刘丹;乌李瑛;田苗;张文昊;杨佩艺;付学成;程秀兰;针对三维（3D）立体封装中焊料凸点的制备需求，对激光植球工艺进行了研究。定量分析了SAC305焊球与表面镀铜、热蒸发铬金、电镀镍金、化学镀镍浸金（ENIG）4类焊盘的适配性。探究了激光能量、植球高度及氮气压力对润湿性的影响，并通过倒装焊验证了互连效果。结果表明：电镀镍金和ENIG焊盘均表现出优异的润湿性；提高激光能量可改善焊球与焊盘的润湿性，但能量过高易造成焊盘烧蚀；植球高度与氮气压力对焊点尺寸的影响较小，但参数选择不当会降低工艺精度或引发焊料飞溅。优化工艺参数下，直径450 μm焊球植球后焊点高度偏差控制在球径±5%内，直径100 μm的焊球定位精度达±3 μm；倒装焊工艺互连效果良好。
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(C2H4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C2H4、TCS的长时间预刻蚀工艺，在外延厚度为30 μm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。
HTBC太阳电池金属化技术的研究进展
刘汪利;张旭;陈志军;原帅;李家栋;戴建方;光伏发电是我国“双碳”目标实现的核心技术支撑。在新一代n型拓展型背接触（XBC）太阳电池中，异质结与隧穿氧化层钝化背接触（HTBC）技术成为突破28%光电转换效率（PCE）阈值的重要方向。其中，金属化技术是实现高效率与低成本的关键。综述了HTBC太阳电池金属化的研究进展，梳理了背接触与金属化的协同发展历程；分析了银金属化、铜金属化等材料创新和电极结构优化，以及激光诱导结晶、丝网印刷、激光电镀等工艺突破，进而探讨产业化面临的瓶颈与推进路径。目前，HTBC太阳电池已在材料、结构与工艺方面形成较为完整的设计体系，实验室最高PCE达27.81%，未来需聚焦技术兼容性与规模化生产，以加速其工业化量产落地。
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。