• 2022年第20卷第6期文章目次
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    • >专栏:半导体材料、器件、电路与集成微系统的辐射效应
    • 石墨烯及石墨烯场效应管的辐照效应研究进展

      2022, 20(6):513-522. DOI: 10.11805/TKYDA2022062

      摘要 (136) HTML (15) PDF 5.00 M (2077) 评论 (0) 收藏

      摘要:石墨烯由于高迁移率、高导热性、柔韧性好和机械强度高等优异性能使其成为构筑新型纳米电子器件的重要材料,已成为电子信息、生物医学、显示等领域的研究热点。当石墨烯材料及其电子器件放置于含有辐照因素的场景中时,会因为与高能光子和带电粒子等相互作用而改变晶格结构或积累电荷,使石墨烯材料及电子器件的性能发生变化。本文主要综述了典型辐照因素对石墨烯及器件的主要效应及研究进展,旨在总结不同辐照在石墨烯及其电子器件中引发的物理效应,归纳其微观-宏观性质变化,为加深石墨烯材料及器件的辐照效应的理解,推动其在辐照场景中的实际应用奠定基础。

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    • 锗硅异质结双极晶体管空间辐射效应研究进展

      2022, 20(6):523-534. DOI: 10.11805/TKYDA2021443

      摘要 (161) HTML (7) PDF 4.62 M (2049) 评论 (0) 收藏

      摘要:异质结带隙渐变使锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT)具有良好的温度特性,可承受-180~+200 ℃的极端温度,在空间极端环境领域具有诱人的应用前景。然而,SiGe HBT器件由于材料和工艺结构的新特征,其空间辐射效应表现出不同于体硅器件的复杂特征。本文详述了SiGe HBT的空间辐射效应研究现状,重点介绍了国产工艺SiGe HBT的单粒子效应、总剂量效应、低剂量率辐射损伤增强效应以及辐射协同效应的研究进展。研究表明,SiGe HBT作为双极晶体管的重要类型,普遍具有较好的抗总剂量和位移损伤效应的能力,但单粒子效应是制约其空间应用的瓶颈问题。由于工艺的不同,国产SiGe HBT还表现出显著的低剂量率辐射损伤增强效应响应和辐射协同效应。

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    • 氮化镓HEMT器件辐射效应综述

      2022, 20(6):535-542. DOI: 10.11805/TKYDA2022012

      摘要 (368) HTML (16) PDF 1.20 M (2217) 评论 (0) 收藏

      摘要:在高频、大功率、高温、高压等领域,氮化镓高电子迁移率晶体管(HEMT)器件因其优异的耐辐射性能而被广泛地应用于卫星、太空探测、核反应堆等领域。尽管从理论和一些试验研究中可以得知,氮化镓材料具有良好的耐辐射特性,但在实际应用中,因其制作工艺及结构等因素的影响,氮化镓HEMT器件的耐辐射特性受到了很大的影响和挑战。本文介绍了氮化镓HEMT器件几种辐射效应,并对氮化镓HEMT器件辐射的研究进行了综述。

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    • 氮化镓基白光发光二极管的快中子辐照效应

      2022, 20(6):543-548. DOI: 10.11805/TKYDA2022001

      摘要 (247) HTML (115) PDF 2.28 M (1909) 评论 (0) 收藏

      摘要:对注入量为1×1014 cm-2的快中子(1.2 MeV)对氮化镓(GaN)基白光发光二极管(LED)器件的辐照效应进行研究。通过测量和分析器件的电致发光谱(EL)、光功率-电流(L-I)和电流-电压(I-U)特性,发现器件辐照后光功率降低,而EL谱形状几乎没有变化,表明该注入量的中子辐照主要对器件中的蓝光LED芯片造成了损伤。进一步分析发现,中子辐照导致蓝光LED量子阱中产生大量非辐射复合中心,增加了漏电流并减小了量子阱中载流子密度,从而降低LED的输出光功率。由此,在原有GaN基蓝光LED等效电路模型的基础上,加入由中子辐照导致的影响因素,不仅有助于理解中子辐照对LED光功率的衰退影响机理,还为预测辐照后光功率的变化提供了可行性。

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    • DSOI总剂量效应模型及背偏调控模型

      2022, 20(6):549-556. DOI: 10.11805/TKYDA2021418

      摘要 (72) HTML (15) PDF 3.39 M (1911) 评论 (0) 收藏

      摘要:总剂量辐射效应会导致绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管(DSOI MOSFET)器件的阈值电压漂移、泄漏电流增大等退化特性。由于背栅端口的存在,SOI器件存在新的总剂量效应加固途径,对于全耗尽SOI器件,利用正背栅耦合效应,可通过施加背栅偏置电压补偿辐照导致的器件参数退化。本文研究了总剂量辐照对双埋氧层绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管(DSOI MOSFET)总剂量损伤规律及背栅偏置调控规律,分析了辐射导致晶体管电参数退化机理,建立了DSOI晶体管总剂量效应模拟电路仿真器(SPICE)模型。模型仿真晶体管阈值电压与实测结果≤6 mV,同时根据总剂量效应模型给出了相应的背栅偏置补偿模型,通过晶体管背偏调控总剂量效应SPICE模型仿真输出的补偿电压与试验测试结果对比,N型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)的背偏调控模型误差为9.65%,P型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)为5.24%,该模型可以准确反映DSOI器件辐照前后阈值特性变化,为器件的背栅加固提供参考依据。

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    • PMOS剂量计对60Co和10 keV光子的剂量响应差异

      2022, 20(6):557-564. DOI: 10.11805/TKYDA2021442

      摘要 (168) HTML (14) PDF 3.19 M (1942) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对P型金属氧化物半导体(PMOS)剂量计对60Co和10 keV光子的剂量响应差异问题,本文对400 nm-PMOS剂量计进行了不同栅压条件下60Co γ射线和10 keV X射线的对比辐照试验,并通过中带电压法和电荷泵法分离氧化物陷阱电荷和界面态陷阱电荷的影响,发现PMOS对10 keV光子的响应明显低于60Co γ射线,其中主要的差异来自氧化物陷阱电荷,退火的差异表示不同射线辐照下的陷阱电荷竞争机制不同,不同的分析方法也带来一定差异。通过使用剂量因子和电荷产额修正,减小了剂量响应的差异,同时对响应的微观物理机制进行了解释。通过有效剂量修正和电荷产额修正可以很大程度上减小不同能量的剂量响应差异,为PMOS的低能光子辐射环境应用提供了参考。

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    • >太赫兹科学技术
    • 复合鱼鳞型超构材料中光控Fano谐振的设计

      2022, 20(6):565-569. DOI: 10.11805/TKYDA2021253

      摘要 (325) HTML (21) PDF 2.42 M (358) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决传统超构材料存在的结构一旦形成,其谐振特性便无法进行动态可调的问题,本文将鱼鳞型超构材料与光电导材料硅相结合,实现了太赫兹波段Fano电磁响应的动态调控。该复合超构材料由鱼鳞型金属线、硅层以及聚酰亚胺组成。在鱼鳞型结构的金属弧线无、有缝隙两种情况下,研究了电磁波的入射角度和硅的电导率对Fano谐振的影响。当硅的电导率达到1×103 S/m时,多频点电磁响应的调制深度都接近1。结果表明,调节缝隙宽度可以成为Fano谐振工作频率调控的有效方式。本文为实现超构材料中Fano谐振的可调谐特性提供了一种可行途径,对实际应用中太赫兹波的主动调控、传感等方面具有重要意义。

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    • 太赫兹带阻滤波器工艺研究

      2022, 20(6):570-574. DOI: 10.11805/TKYDA2021186

      摘要 (200) HTML (8) PDF 3.10 M (435) 评论 (0) 收藏

      摘要:以中心工作频率130 GHz、衰减深度为-40 dB的太赫兹带阻滤波器为制备对象,介绍了其在制备过程中蒸镀、光刻、显影及湿法刻蚀等工艺步骤中的一些技术细节。制备得到的太赫兹滤波器加工误差<±3 μm,考察了加工误差对滤波器传输性能的影响,该加工误差在可接受范围。为进一步验证工艺的可靠性,使用空间测量装置获得了滤波器样品传输性能,测试结果与设计值吻合度较好。最后,探讨了本工艺推广至更高频率器件的适用性及需要改进之处。文中介绍的硅基太赫兹器件加工工艺适用于电子器件与光子器件的融合发展。

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    • 太赫兹辐射对小鼠脑神经发生及认知能力的影响

      2022, 20(6):575-582. DOI: 10.11805/TKYDA2021226

      摘要 (427) HTML (19) PDF 5.30 M (493) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究太赫兹(THz)辐射对成年小鼠海马齿状回亚颗粒区(SGZ)神经发生及对老年小鼠认知能力的影响,用0.14 THz波照射实验小鼠头部,10 min/次,2次/d,连续21 d,对照组小鼠进行相同时间的麻醉。采用5-溴脱氧尿嘧啶核苷(BrdU)染色评价新生细胞存活、BrdU/神经元细胞核(NeuN)染色评价细胞分化、Morris水迷宫(MWM)实验分析认知能力变化。实验结果表明:与对照组相比,0.14 THz 10 min/次,2次/d,连续照射21 d后,可有效促进成年小鼠SGZ神经发生,成年小鼠SGZ新生细胞存活明显改善(P<0.05),新生细胞向神经元的分化无明显改变。老年小鼠逃避潜伏期,运动寻找轨迹无显著变化,THz辐射没有影响老年小鼠的空间认知能力。

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    • >探测制导、测控通信与电子对抗
    • X波段低相噪宽频带雷达频率综合器设计

      2022, 20(6):583-589. DOI: 10.11805/TKYDA2020392

      摘要 (12) HTML (15) PDF 3.38 M (391) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着雷达导引头在弹载方面的广泛应用,导引头的抗电子干扰能力成为一项关键技术。雷达频率综合器作为雷达系统的核心部件,其产生本振信号的质量对雷达系统的抗电子干扰能力具有决定性影响,这对本振信号的跳频带宽、相位噪声、杂波抑制度、平坦度等参数指标提出了更高的要求。本文运用直接数字频率合成(DDS)技术和先进设计系统(ADS)仿真技术进行宽带阻抗匹配,采取有效信号串扰隔离技术,使雷达频率综合器的X波段本振信号的各项指标得到明显改善。通过实验测试,本振信号可以实现快速跳频,跳频带宽达到500 MHz,提高了雷达的抗干扰能力;相位噪声优于-98 dBc/Hz@1 kHz,有效改善了雷达导引头的接收灵敏度。

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    • 基于频谱对称性的GNSS频率抗干扰算法

      2022, 20(6):590-594. DOI: 10.11805/TKYDA2020164

      摘要 (19) HTML (28) PDF 1.97 M (412) 评论 (0) 收藏

      摘要:传统的卫星导航信号频域抗干扰技术在接收信号的频域将干扰信号的谱线进行抑制从而达到抗干扰的目的,但在抑制干扰的同时抑制了部分信号,造成信号能量的损失。提出一种利用卫星导航信号频谱对称性的频域抗干扰算法,该方法利用卫星导航信号在频谱上的冗余性,在进行干扰谱线抑制的过程中利用与之对称未被干扰的谱线进行恢复,即可得到完整的信号频谱。分析北斗B3频点民码仿真数据表明:当干扰信号的频谱出现在中心频点的一侧时,该方法对干扰信号的带宽不敏感,即使干扰信号的频谱占到了信号频谱的一半,其输出信号的能量仍能保持稳定;与传统的方法相比,在进行干扰谱线抑制的过程中减小了信号能量的损失。仿真实验表明,在典型场景下,提出的方法与传统的置零法相比,载噪比提升约1 dB。

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    • >电磁场与微波
    • CPW无空气桥功分器设计及其在阵列天线中的应用

      2022, 20(6):595-600. DOI: 10.11805/TKYDA2021160

      摘要 (53) HTML (14) PDF 3.62 M (387) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统微带圆极化阵列天线存在带宽较窄、尺寸较大等问题,提出一种新颖的基于共面波导(CPW)槽线转换结构的无空气桥功分器,并基于此功分器设计了一款紧凑型高定向性圆极化阵列天线。设计的共面波导功分器利用共面波导奇模式方法实现了能量分配,不需使用空气桥结构及四分之一波长匹配线,因此尺寸更加紧凑,结构更加简单。利用此功分器设计的圆极化阵列天线剖面厚度仅为1 mm,轴比带宽为4.14%,阻抗带宽为7.03%;在5.8 GHz时,实测增益为8.412 dBi,在保证低剖面、小尺寸的同时,可提供足够的工作带宽以及天线增益。

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    • 大规模MIMO系统中收发联合阈值天线选择算法

      2022, 20(6):601-607. DOI: 10.11805/TKYDA2020252

      摘要 (13) HTML (13) PDF 1.78 M (343) 评论 (0) 收藏

      摘要:在大规模多输入多输出(massive MIMO)系统中使用天线选择算法可提高能效和系统吞吐量,然而适用于传统MIMO系统的天线选择算法具有高复杂度,很难用于massive MIMO系统。为优化天线选择算法,以算法复杂度和系统容量为优化目标,提出了收发联合阈值天线选择算法。该算法在发射端使用最大范数双向天线选择算法进行天线选择,在接收端使用分组maxvol算法并通过仿真实验结果的预设阈值进行天线选择。仿真实验表明,收发联合阈值天线选择算法在降低复杂度的同时可以提高系统容量,与递增天线选择算法相比,系统容量最多可提高52.2 bit/s/Hz。提出的天线选择算法可以满足不同天线相关度和信噪比的传输环境。

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    • >信号与信息处理、计算机与控制
    • 基于IFFT的Lubich数字分数微分器系数的快速算法

      2022, 20(6):608-617. DOI: 10.11805/TKYDA2021199

      摘要 (18) HTML (18) PDF 4.15 M (377) 评论 (0) 收藏

      摘要:从信号处理角度考察Lubich系数,分析了Lubich系数的频域特性。设计了一种基于快速傅里叶逆变换(IFFT)的Lubich系数的快速算法。IFFT算法直接求解的Lubich系数不准确,在甚低阶运算时频域存在吉布斯效应,新算法利用零频赋值可有效减弱该效应。数值仿真结果表明,与Lubich准确系数相比,在一定真分数运算阶范围内,新算法求得的Lubich近似系数构建数字分数微分器有更好的效果,且新算法计算复杂度低,运算效率高。

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    • 基于多模板匹配的双模型自适应相关滤波跟踪算法

      2022, 20(6):618-625. DOI: 10.11805/TKYDA2021116

      摘要 (87) HTML (12) PDF 2.07 M (366) 评论 (0) 收藏

      摘要:为有效提升目标跟踪的精确度和实时性,设计了基于多模板匹配的双模型自适应相关滤波跟踪算法。对多模板匹配模型与核相关滤波跟踪模型参数进行初始化处理:多模板匹配模型选取得分函数作为模板与候选样本间匹配准则,通过候选样本得分获取最佳目标,更新多模板后,通过形变多样相似性实现多模板匹配;核相关滤波跟踪模型利用所采集目标样本数据建立循环矩阵,通过训练核化岭回归分类器获取核相关滤波器,并获取响应置信图,再利用响应置信图获取下一帧图像目标位置。通过自适应融合策略获取两个模型所估计目标位置,再采用金字塔尺度估计策略估计目标尺度变化,通过不断更新各模型参数实现目标精准跟踪。实验结果表明,在目标受遮挡或旋转、光照变化等复杂环境下,该算法的中心跟踪误差均低于15 dpi,平均跟踪精确度均高于98%,且目标定位时间低于100 ms,说明该算法在跟踪精确度和实时性上具有明显的应用优势。

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    • >微电子、微系统与物理电子学
    • 多层集成电路中缺陷地引起的寄生基板模式

      2022, 20(6):626-630. DOI: 10.11805/TKYDA2020132

      摘要 (41) HTML (12) PDF 3.10 M (337) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对多层集成电路中由于共地面开窗引起的寄模问题,通过对比“窗口遮挡”形式和多种背孔阵列抑制寄生模传播效果,发现“窗口遮挡”形式在有效抑制寄生模传播的同时会极大地增加电路损耗,存在最简背孔阵列可以达到抑制寄生模传播的效果。在不改变工艺结构的前提下,“双背孔”和“四背孔”形式可以分别满足200 GHz/300 GHz以下介质膜抑制需求,此时背孔所占面积最小,可以有效减小背孔排列密度,增加电路集成度。

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