趋势与展望

• 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。

  2026年03期 v.51;No.451 205-214页 [查看摘要][在线阅读][下载 1140K]
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半导体材料与器件

• 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。

  2026年03期 v.51;No.451 215-221页 [查看摘要][在线阅读][下载 1382K]
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• 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10~8,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(f_T)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f_T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。

  2026年03期 v.51;No.451 222-227页 [查看摘要][在线阅读][下载 1299K]
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• ~(63)Ni-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/cm~2的~(63)Ni源测试下，界面钝化器件的短路电流密度达19.2 nA/cm~2,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。

  2026年03期 v.51;No.451 228-233页 [查看摘要][在线阅读][下载 1102K]
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半导体制备技术

• 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。

  2026年03期 v.51;No.451 234-239+255页 [查看摘要][在线阅读][下载 1349K]
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• 三氯氢硅增强刻蚀在4H-SiC同质外延表面缺陷控制中的作用

  汪久龙;李勇;衷惟良;杨海峰;于乐;李哲洋;

  为减小SiC同质外延片的表面粗糙度及致命缺陷密度，对外延片进行三氯氢硅(TCS)增强原位刻蚀。通过对4H-SiC偏轴衬底进行标准和TCS增强原位刻蚀，对比了不同刻蚀时间和刻蚀气氛下的衬底表面台阶聚并程度和刻蚀速率。结果表明，TCS增强刻蚀工艺的刻蚀速率是标准刻蚀的1.5倍，在刻蚀效率与表面形貌控制之间实现了更好的平衡。对外延厚度为12μm的外延片进行实验，研究刻蚀条件对外延三角形缺陷、掉落物等表面致命缺陷的影响。发现利用TCS引入的额外刻蚀效果可减少临界状态附着物数量，从而有效减少潜在成核点位并实现表面致命缺陷密度的精准调控。该方法显著提高了外延表面质量的可控性和生产效率。

  2026年03期 v.51;No.451 240-245页 [查看摘要][在线阅读][下载 1786K]
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集成电路设计与应用

• 一种降低开关结温的全集成电感性负载驱动器

  糜昊;林坤;张俊凯;袁芳;姚兆林;苏越;张旭;

  在电感性负载关断过程中，功率开关器件常因过电压击穿或结温过高而失效。针对该问题，提出一种新型的全集成电感性负载驱动器。通过将缓关断与有源钳位电路集成于驱动器芯片内，克服了传统基于金属氧化物压敏电阻方案集成度低的缺点，并能显著降低开关功耗与峰值结温。电路采用0.18μm BCD工艺设计和实现，仿真结果表明，当电源电压为24 V时，由15 mH电感与2.4Ω电阻构成的负载在关断过程中的功率开关峰值功耗为90.42 W,比传统方案降低了274.58 W;实测峰值结温为35℃,相比传统方案降低了27.3℃,验证了该驱动器具有良好的实用性与热可靠性。

  2026年03期 v.51;No.451 246-255页 [查看摘要][在线阅读][下载 1608K]
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• 一种用于移动IoT的0.79～2.70μW高SNDR电平交叉噪声整形SAR ADC

  牟峻萱;徐卫林;莫培思;曾志伟;韦保林;

  为解决传统电平交叉模数转换器(LC ADC)精度较低和噪声整形逐次逼近寄存器(NS SAR) ADC功耗较大的问题，提出了一种应用于移动物联网(IoT)随机稀疏信号采集的LC-NS SAR ADC。在NS SAR ADC前端插入8 bit的LC ADC作为输入信号活跃度的预检测电路，在电平交叉发生后开启NS SAR ADC的转换。二阶无源噪声整形电路积分过程只在事件触发后发生，从而能够根据输入信号的活跃度动态调节整体功耗。在1.8 V 180 nm CMOS工艺、采样率为40 kS/s、过采样率(OSR)为20、带宽为1 kHz下对该ADC进行仿真验证，结果表明信噪失真比(SNDR)达到87 dB,电路功耗为2.70μW,心电图信号输入时功耗仅为0.79μW,相较于传统等间隔奈奎斯特采样ADC,采样点减少了73%,在处理生物医学信号时实现了约5∶1的数据压缩比，Schreier品质因数(FoMs)和Walden品质因数(FoMw)分别为172.6 dB和67.0 fJ/conv.step。

  2026年03期 v.51;No.451 256-262+288页 [查看摘要][在线阅读][下载 3251K]
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• 一种动态精准的Flash型FPGA内核电源控制技术

  马金龙;潘乐乐;韦文勋;江少祥;于宗光;

  为满足Flash型现场可编程门阵列(FPGA)在多工作模式下内核电源供电的安全性与可靠性需求，设计并实现了一种Flash型FPGA内核电源控制逻辑电路。该电路利用Flash器件的非易失特性集成状态记忆模块，精准识别FPGA的5种工作状态。通过动态控制JD7节点电平，实现了内核电源的精准管理与电气隔离：在非用户模式下将JD7置为电源电压V_(CC),以消除信号冲突风险；在用户模式下切换为GND,建立完整的电源回路。电路在一款60万门规模的Flash型FPGA中集成验证，测试结果表明，在55～125℃范围内及±5%电源电压波动条件下，全片擦除后静态电流低至1 mA,用户模式下功能正确。本研究为高可靠Flash型FPGA提供了一种有效的内核电源管理解决方案，显著提升了芯片的鲁棒性。

  2026年03期 v.51;No.451 263-269页 [查看摘要][在线阅读][下载 2199K]
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封装、检测与设备

• 基于局部边缘信息增强的芯片表面缺陷级联检测模型

  傅呈辉;迟荣华;杨宏恩;李红旭;

  为解决芯片表面缺陷检测中高精度与高实时性难以兼顾、小目标缺陷特征提取不足的问题，提出一种基于局部边缘信息增强的芯片表面缺陷级联检测模型。该模型构建50层残差网络(ResNet50)与目标检测模型的级联网络以快速筛除无缺陷样本，改进EfficientDet-D3高效检测模型得到基于跨层增强(CLE)机制的EfficientDet-CLE模型，设计局部边缘增强模块(LEEM)强化精细特征提取，并采用内容感知特征重组(CARAFE)上采样算子优化双向特征金字塔网络(BiFPN)特征融合。实验结果显示，改进后的模型在芯片数据集上的平均精度均值(mAP)达92.63%、每秒帧率(FPS)为113 f/s,相较于基准模型分别提高了5.5%和45 f/s,假接受率(FAR)、假拒绝率(FRR)分别降低了0.011%和0.088%。该模型实现了检测精度与速度的良好平衡，为半导体制造提供了高效、可靠的缺陷检测方案，具有重要的工程应用价值。

  2026年03期 v.51;No.451 270-279+297页 [查看摘要][在线阅读][下载 1663K]
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• 基于晶闸管退化轨迹构建与残差补偿的寿命预测模型

  陈权;闻卓;陈忠;郑常宝;黄宇;

  晶闸管式换流阀在长期运行后性能逐渐退化，为高压直流输电系统带来较大的安全隐患。为精准预测晶闸管剩余寿命，提出了一种多特征融合、全局优化映射和残差补偿的递进式策略。首先，根据热循环负载加速老化试验获取晶闸管多个退化特征数据集，并使用双向长短期记忆(BiLSTM)网络嵌入自编码器(AE)的优化模型进行多退化特征数据融合，构建晶闸管综合健康指数(CHI);然后，输入融合数据，以反向传播(BP)神经网络为核心，利用粒子群优化(PSO)算法对BP神经网络的初始权重与阈值进行全局寻优；最后，再采用极限梯度提升(XGBoost)树残差补偿模块进一步减小晶闸管寿命预测模型的预测偏差。实验结果显示，本文模型相比于传统BP神经网络模型，决定系数(R~2)提高了7.63%,均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)分别降低了89.7%、90.3%,平均绝对百分比误差(MAPE)从161.07%降至13.83%。

  2026年03期 v.51;No.451 280-288页 [查看摘要][在线阅读][下载 2264K]
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• 基于动态特征演化与门控注意力机制的IGBT剩余寿命预测

  史尚贤;李小波;刘心怡;吴浩;

  针对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)退化过程中难以精准获取特征重要性(FI)的动态演化，以及静态FI与动态时间步的重要性维度失配导致剩余使用寿命(RUL)预测精度不足的问题，提出一种门控引导注意力机制的卷积神经网络-双向长短期记忆(CNN-BiLSTM)模型用于RUL预测。构建了多维度随机森林FI评估框架，动态评估退化阶段的FI;设计了多模态输入解耦架构，构建了加权物理特征分支；提出了同步映射机制，以状态偏离度为桥梁，将静态FI投影至时间轴进行维度匹配；进而构建了FI引导的门控注意力机制，实现数据驱动与先验知识引导注意力的自适应融合。最后，基于NASA研究中心提供的数据集开展算法验证实验，结果表明，该方法的预测精度显著提高，相较于多特征模型、CNN-BiLSTM和BiLSTM分别提高了27.67%、18.68%和9.11%。

  2026年03期 v.51;No.451 289-297页 [查看摘要][在线阅读][下载 2370K]
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• 气密封装器件封盖空洞缺陷量化方法优化

  冉红雷;崔亚茹;张鑫;褚昆;张欢;杨振宝;

  针对玻封陶瓷类气密封装器件X射线检测中，封盖边角区域空洞缺陷计算失准、判定标准过严等问题，提出一套基于数字图像处理的综合改进方法。通过直方图均衡化、双边滤波与指数变换等自适应图像增强技术，对X射线检测图像进行预处理；在此基础上，构建了边角区域缺陷的精确计算模型，并基于“最短泄漏路径”原则优化了缺陷量化方法，准确计算出GJB 548C—2021等标准中涉及的密封区域泄漏路径。验证结果表明，该方法使边角区域缺陷识别准确度提高了约50%,识别效率较传统人工方法提高了10倍以上。本研究为高可靠性气密封装器件的质量保障提供了可靠的量化依据，具有良好的工程应用价值。

  2026年03期 v.51;No.451 298-304页 [查看摘要][在线阅读][下载 1916K]
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