趋势与展望

• RF CMOS、BiCMOS的新进展(三)——功率放大器、RF信号放大器与发射机

  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。

  2025年10期 v.50;No.446 981-994页 [查看摘要][在线阅读][下载 1114K]
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半导体材料与器件

• 补偿型双阱变掺杂SOI LDMOS器件

  李旭泓;孙与飏;刘腾;张加宏;

  传统对绝缘体上硅(SOI)横向双扩散金属氧化物半导体(LDMOS)器件的优化主要集中在关态下电离电荷场优化。而实际工作过程中，开态下的载流子会破坏漂移区的电荷平衡，从而直接影响器件的安全工作区(SOA)和可靠性。提出了载流子的动态电荷场调制机理，分析其对器件表面电场的调制作用。基于该机理，设计了一种补偿型双阱变掺杂SOI LDMOS器件结构。通过在传统器件中引入双阱变掺杂技术，优化了器件表面电场，并显著扩展了SOA。进一步采用兼容工艺制备了高压CMOS器件。实验结果显示，n型LDMOS器件关态击穿电压(V_B)>300 V,栅压15 V下的开态V_B>200 V;p型LDMOS器件关态V_B>200 V,栅压-15 V下的开态V_B>300 V。该器件在关态和开态下的V_B均可满足200 V应用需求，适用于宽SOA。

  2025年10期 v.50;No.446 995-1000页 [查看摘要][在线阅读][下载 1302K]
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• X波段高功率InP/InGaAs单行载流子光电二极管

  杨大宝;刘波;周幸叶;许婧;邢东;冯志红;

  为提高光电转换器件的输出功率，设计并制备了一种新型InP/InGaAs高功率电荷补偿(CC)改进型单行载流子(MUTC)光电二极管(PD)。InGaAs吸收层采用p型高斯掺杂部分耗尽层与非故意掺杂耗尽层相结合的形式，在异质结界面产生一个强电场以加速电子通过异质结界面，从而起到缓解异质结电子积聚的作用，增大了芯片的3 dB带宽；在吸收层和收集层间增加一层n型掺杂InP崖层，以增强异质结界面的电场，有效缓解了芯片空间电荷效应。为提高器件的高功率输出性能，将芯片阳极结直径增大到40μm,以增加芯片的散热面积；将背入射式芯片以倒装焊方式安装到300μm厚的金刚石基片上，以提高其散热性能。经测试，在1.55μm波长的激光照射下，该CC-MUCT-PD芯片的响应度在-6 V偏压下达到0.7 A/W,在10 GHz处脉冲输出功率为313 mW。

  2025年10期 v.50;No.446 1001-1005页 [查看摘要][在线阅读][下载 1224K]
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• 基于VO₂(B)纳米带的超快响应柔性呼吸传感器

  龙开琳;刘风坤;黄子林;郭喜涛;

  柔性呼吸监测技术在慢性阻塞性肺疾病和阻塞性睡眠呼吸暂停等疾病的早期诊断中展现出重要的临床应用潜力。提出了一种基于B相二氧化钒纳米带(VO_2(B) NB)的高灵敏度、超快响应的柔性呼吸传感器。通过水热法合成的VO_2(B) NB能在室温下检测相对湿度(RH)在26%～93%范围内的变化。通过将VO_2(B) NB与顶层金叉指电极及底层柔性聚酰亚胺(PI)基底结合，制备了基于VO_2(B) NB的柔性呼吸传感器。该传感器在呼气和吸气过程中表现出显著的电阻变化，其响应时间为0.32 s,恢复时间为0.41 s。循环实验结果表明，该传感器在跟踪不同呼吸频率的人体呼吸时具有优异的一致性和可重复性，适用于长期监测。该VO_2(B) NB呼吸传感器具有优异的传感性能与超快的响应速度，在预防睡眠呼吸暂停综合征的呼吸监测方面具有可行性。

  2025年10期 v.50;No.446 1006-1012页 [查看摘要][在线阅读][下载 1330K]
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• TOPCon太阳电池复合钝化层参数对抗紫外能力的影响

  张继禄;李家栋;舒华富;刘江;吴燕;李灵芝;鲁章波;

  针对隧穿氧化物钝化接触(TOPCon)太阳电池在紫外(UV)辐照下的性能衰减问题，提出了电池钝化层改进工艺。分析了不同AlO_x层厚度(3～6 nm)和SiN_x层折射率(2.0～2.3)下TOPCon太阳电池的抗紫外诱导衰减(UVID)能力，并揭示了其在紫外辐照下的电性能衰减机制，即Si—H键断裂直接导致开路电压衰减。适度增厚AlO_x层可高效吸收紫外光子，但AlO_x层过厚(≥6 nm)会因载流子隧穿阻力增大而降低电池性能；通过调整SiN_x层折射率，可优化电池表面的光学反射平衡，提高氢含量，增强电池钝化效果。通过Minitab软件进行相关性分析，验证了AlO_x厚度与SiN_x折射率对UVID抑制的关键作用。实验结果表明，AlO_x层厚度为5 nm、SiN_x层折射率为2.2时，效率衰减量最低，仅为0.78%。本文为TOPCon太阳电池抗UVID特性的提升提供了理论依据与工艺指导。

  2025年10期 v.50;No.446 1013-1019页 [查看摘要][在线阅读][下载 1148K]
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集成电路设计与应用

• 一种高精度低噪声集成运算放大器

  潘婷;付玉;马奎;杨发顺;

  采用国内40 V双极型工艺设计了一种高精度、低噪声运算放大器。电路采用三级运算放大器结构，偏置电路采用正温度系数(PTAT)电流源，使输入级的跨导恒定；输入级采用双对管结构，在增大输入阻抗的同时降低了噪声，采用基极电流补偿电路来减小运算放大器的输入偏置电流；增益级选用结型场效应晶体管(JFET)放大电路，减小了输入级的负载效应，提高了电路精度。此外，在电路中加入了大量的修调电阻，对电路的失调电压、输入偏置电流和各级尾电流进行修调。选取修调后的3 000颗芯片进行测试，结果表明：输入失调电压均值为34.01μV,输入失调电流均值为0.982 nA,输入偏置电流均值为0.681 nA,开环电压增益均值为130.817 dB,共模抑制比均值为154.239 dB,电源电流均值为0.723 mA。

  2025年10期 v.50;No.446 1020-1032页 [查看摘要][在线阅读][下载 2151K]
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• 一种高压同步升压转换器

  吕子豪;陈君涛;孙诗强;

  为了得到高于5 V的输出电压并提高能量转换效率，设计了一款能够工作在连续导通模式、不连续导通模式以及极轻载模式的高压同步升压转换器。采用两级电荷泵对自举电容快速充电，建立浮动电源轨BST-SW以控制n型续流功率管。通过高压过零检测电路在续流阶段检测电感电流过零时刻，并向控制逻辑反馈。续流功率管关断后高压过零检测电路进入锁定状态，以减小静态功耗并避免误触发。采用BCD工艺完成了高压同步升压转换器的设计及流片，芯片核心面积为2 950μm×1 600μm。在输入电压7.2 V、输出电压12 V的测试条件下，连续导通模式下最高能量转换效率为94.6%;在不连续导通模式下实现了电感电流的过零关断，能量转换效率高达93.1%。

  2025年10期 v.50;No.446 1033-1041页 [查看摘要][在线阅读][下载 1363K]
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• 一种高电隔离度Ka波段上变频SIP模块

  邓学群;王彤;程广智;

  针对传统变频组件体积大、结构复杂等问题，设计并制备了一种高集成、高电隔离度的Ka波段上变频系统级封装(SIP)模块。该模块基于高温共烧陶瓷(HTCC)基板，充分利用垂直方向上的空间，采用扇形枝节电源滤波电路并进行层间走线，既减小了电路面积，又满足了高电隔离度。测试结果表明，在中频为3.8 GHz±200 MHz、输出频率为27.5～31 GHz时，增益≥21 dB,频带内任意400 MHz范围内增益平坦度小于1 dB,1 dB压缩点输出功率≥14.5 dBm,杂散抑制优于60 dBc,隔离度优化了25 dB以上。该SIP模块性能优异，可广泛应用于卫星互联网终端设备。

  2025年10期 v.50;No.446 1042-1047页 [查看摘要][在线阅读][下载 1390K]
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封装、检测与设备

• 基于FPGA的功率器件封装缺陷实时检测

  谭会生;吴文志;张杰;

  针对基于机器视觉的功率器件封装缺陷检测技术实时性差、计算资源消耗较高的问题，基于现场可编程门阵列(FPGA)设计了一种功率器件封装缺陷实时检测器。首先，提出一种基于深度可分离卷积(DSConv)的轻量化Mini-DSCNet卷积网络，使用深度卷积和逐点卷积代替标准卷积。仿真结果表明，该模型的浮点运算量(FLOPs)和参数量(Params)分别约为MobileNetV1的4.375%和0.021%,准确率约为91.80%。其次，采用定点量化算法将浮点数权重量化为有符号定点数，测试结果表明，其平均误差约为0.483%。最后，采用多通道并行流水线架构优化设计，降低了系统的资源消耗，提高了系统的处理速度。实验结果显示，在100 MHz时钟频率下，该检测器的推理速度分别约为CPU的17.10倍、GPU的2.47倍，显著提升了功率器件封装缺陷检测的实时性。

  2025年10期 v.50;No.446 1048-1056页 [查看摘要][在线阅读][下载 1805K]
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• 基于Bi-LSTM网络的封装基板翘曲预测模型

  王昊舟;王珺;

  针对封装基板的翘曲预测问题，提出一种基于循环神经网络(RNN)与双向长短期记忆(Bi-LSTM)网络相结合的机器学习方法，构建封装基板翘曲预测模型。该模型可预测非对称基板翘曲分布，并有效提高预测效率与准确性。为获取模型训练所需数据集，开发了随机游走自动布线算法，生成不同特征的基板布线结构，并利用铜迹线强化有限元分析(FEA)方法获取翘曲分布数据。研究结果表明，Bi-LSTM网络模型在80个训练周期内误差收敛至0.05 mm~2以下，结构相似性衡量指标(SSIM)均大于0.7;在非训练集铜布线验证样本上表现出良好的泛化能力，并且预测时间仅需数秒，预测速度显著快于FEA,为基板设计提供了快速、准确的翘曲预测新途径，有助于提高优化迭代效率。

  2025年10期 v.50;No.446 1057-1066页 [查看摘要][在线阅读][下载 2229K]
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• 基于YOLOv10n的BGA锡球缺陷检测算法

  胡彬;朱文彬;王鸣昕;朱晓春;

  球栅阵列(BGA)锡球缺陷的高效检测是保障芯片质量的核心环节，而缺陷样本的稀缺性为基于深度学习方法的有效训练带来了挑战。设计了一种基于前景-背景加权融合的数据增强方法，有效缓解了训练样本的不足，并提出了一种基于YOLOv10n的BGA锡球缺陷检测算法EMP-YOLOv10n。首先，构建跨尺度高效特征融合网络(EffiFuseNet),在减少参数量(Params)的同时，增强对缺陷细节的捕捉能力；其次，引入一种新型C2f＿MLCA模块，以提高对小目标缺陷的检测精度；最后，提出一种轻量化检测头(P-Detect)模块，在保留有效信息的同时显著减小了计算量。实验结果显示，与基准模型YOLOv10n相比，EMP-YOLOv10n的平均精度均值(mAP)提高了3.4%,召回率(R)提高了6%,Params减少了42.3%,计算复杂度降低了34.1%,这表明该模型有效提高了基于深度学习的BGA锡球缺陷检测的准确性和实时性。

  2025年10期 v.50;No.446 1067-1077页 [查看摘要][在线阅读][下载 1952K]
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• 基于金刚石复合基板的压接式IGBT器件热特性与老化特性

  童颜;莫申扬;刘克明;骆健;邓二平;

  为满足基于电压源换流器的高压直流(VSC-HVDC)柔性输电设备对绝缘栅双极晶体管(IGBT)器件散热与可靠性的严苛要求，提出了基于铝/金刚石和铜/金刚石复合金属基板的压接式IGBT封装设计。通过对比焊接式与压接式IGBT的热阻模型，揭示了基板热阻在结-壳热阻中的占比。经稳态及瞬态热阻抗分析表明，金刚石基板凭借高热导率和高热容特性，可显著提高结温控制能力。仿真结果表明，采用金刚石基板的器件与传统钼铜基板相比，其结温降幅最大可达18℃,热稳态响应时间显著延长。通过20 000次功率循环老化试验验证，金刚石基板封装IGBT的结-壳热阻及静态参数稳定性良好，其近似硅的热膨胀系数(CTE)具备优异的热机械可靠性。金刚石复合金属基板可有效提升压接式IGBT的结温控制能力，为高压大功率器件封装提供了可靠的解决方案。

  2025年10期 v.50;No.446 1078-1084+1092页 [查看摘要][在线阅读][下载 1597K]
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• 基于晶圆级介电薄膜掺杂参考样片的FTIR光谱校准建模应用

  金红霞;饶张飞;秦凯亮;薛栋;

  为解决复杂工艺环境下多元素掺杂质量分数在线监测的难题，提出一种基于晶圆级介电薄膜参考样片的掺杂质量分数设计与定量检测方法。基于全因子设计与中心复合分布，制定了介电薄膜掺杂参考样片设计方案，结合次常压化学气相沉积(SACVD)工艺与Si_3N_4阻隔膜技术制备了6英寸(1英寸=2.54 cm)硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)掺杂参考样片。采用傅里叶变换红外(FTIR)光谱技术对参考样片进行特征峰吸光度分析，构建硼、磷掺杂质量分数的定量校准模型，实现了双元素同步检测。校准集分析结果显示，该模型对硼、磷掺杂质量分数的预测值与标准值的决定系数(R~2)分别达0.998和0.995;在验证集下该模型对硼、磷掺杂质量分数的预测误差分别仅为0.22%和0.17%,各项指标均满足集成电路工艺的精度要求。

  2025年10期 v.50;No.446 1085-1092页 [查看摘要][在线阅读][下载 1163K]
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