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用于毫米波晶圆测量的动态校准技术

微波学报 2024年

作者：刘晨高岭孙静王一帮栾鹏中国电子科技集团公司第十三研究所

为修正传统校准方法无法处理的探针与探针之间串扰或泄漏误差问题，提出了一种在毫米波频率下进行晶圆测量的动态校准技术。应用该动态校准技术，开发了一种新的误差模型。在校准和测量晶圆器件时，该模型将泄漏误差分开进行处理。在校... 详细信息

为修正传统校准方法无法处理的探针与探针之间串扰或泄漏误差问题，提出了一种在毫米波频率下进行晶圆测量的动态校准技术。应用该动态校准技术，开发了一种新的误差模型。在校准和测量晶圆器件时，该模型将泄漏误差分开进行处理。在校准过程中利用虚拟标准对（例如开路-开路对或负载-负载对），可以在系统校准期间正确地测量泄漏误差，并在测量晶圆器件时去除泄漏误差对测量结果的影响。基于此，测量结果的准确度可以提高10%。此外还发现，在求解新误差项的方程时使用短路-短路对会产生奇异解，因此不能使用短路-短路对作为虚拟标准对。

关键词：毫米波测量晶圆测量散射参数误差模型泄漏误差串扰

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氢终端金刚石薄膜生长及其表面结构

物理学报 2024年第8期73卷 323-328页

作者：马孟宇蔚翠何泽召郭建超刘庆彬冯志红中国电子科技集团公司第十三研究所石家庄050051 河北半导体研究所固态微波器件与电路全国重点实验室石家庄050051

氢终端金刚石的导电性问题是目前限制其在器件领域应用的关键因素.传统的氢终端金刚石制备工艺由于金刚石中含有杂质元素以及表面的加工损伤的存在,限制了氢终端金刚石的电特性.在金刚石衬底上直接外延一层高纯、表面平整的氢终端金刚... 详细信息

氢终端金刚石的导电性问题是目前限制其在器件领域应用的关键因素.传统的氢终端金刚石制备工艺由于金刚石中含有杂质元素以及表面的加工损伤的存在,限制了氢终端金刚石的电特性.在金刚石衬底上直接外延一层高纯、表面平整的氢终端金刚石薄膜成为一种可行方案,但该方案仍存在薄膜质量表征困难,表面粗糙度较大等问题.本文采用微波等离子体化学气相沉积(CVD)技术,在含氮CVD金刚石衬底上外延一层亚微米级厚度金刚石薄膜,并研究分析了不同甲烷浓度对金刚石薄膜生长以及导电性能的影响.测试结果显示:金刚石薄膜生长厚度为230—810 nm,且外延层氮浓度含量低于1×10^(16) atom/cm^(3),不同的甲烷浓度生长时,金刚石外延层表面出现了三种生长模式,这主要与金刚石的生长和刻蚀作用相关.经过短时间生长后的金刚石薄膜表面为氢终端(2×1:H)结构,而氧、氮元素在其中的占比极低,这使得生长后的金刚石薄膜具有P型导电特性.霍尔测试结果显示,甲烷浓度为4%条件下生长的氢终端金刚石薄膜导电性最好,其方块电阻为4981Ω/square,空穴迁移率为207 cm^(2)/(V·s),有效地提升了氢终端金刚石电特性,为推进大功率金刚石器件发展应用起到支撑作用.

关键词：氢终端金刚石甲烷浓度生长模式电性能

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一种低附加相位噪声的放大器设计

微波学报 2024年

作者：王增双张加程朱大成耿栋中国电子科技集团公司第十三研究所

本文设计了一款低附加相位噪声的达林顿放大器。本文首先介绍了放大器的噪声系数和附加相位噪声的基本概念，其次通过公式推导的方式阐述了两者的关系，最后通过工艺选择、电路优化等方面来降低放大器的附加相位噪声。该放大器采用GaAs... 详细信息

本文设计了一款低附加相位噪声的达林顿放大器。本文首先介绍了放大器的噪声系数和附加相位噪声的基本概念，其次通过公式推导的方式阐述了两者的关系，最后通过工艺选择、电路优化等方面来降低放大器的附加相位噪声。该放大器采用GaAs异质结双极晶体管（HBT）工艺进行了设计仿真和流片，芯片尺寸为0.6 mm×0.6 mm×0.1 mm。测试结果表明，在电源电压为+5 V条件下，该放大器电流为60 mA，工作频率为0.01～2.0 GHz，P1dB为19 dBm，噪声系数为2.7 dB，工作频率100 MHz时的附加相位噪声为-162 dBc/Hz@1kHz、-170 dBc/Hz@10kHz、-172 dBc/Hz@100kHz。

关键词：附加相位噪声达林顿放大器噪声系数 GaAs异质结双极晶体管(HBT)工艺

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量子噪声对Shor算法的影响

物理学报 2024年第5期73卷 43-58页

作者：黄天龙吴永政倪明汪士叶永金中国电子科技集团公司第三十二研究所上海201808

Shor算法能够借助量子计算机以多项式级别复杂度解决大整数因式分解问题,从而破解一系列安全性基于大整数因式分解的加密算法,例如Rivest-Shamir-Adleman加密算法、Diffie-Hellman密钥交换协议等.由于量子测量结果是概率性的,在运行量... 详细信息

Shor算法能够借助量子计算机以多项式级别复杂度解决大整数因式分解问题,从而破解一系列安全性基于大整数因式分解的加密算法,例如Rivest-Shamir-Adleman加密算法、Diffie-Hellman密钥交换协议等.由于量子测量结果是概率性的,在运行量子线路时很容易受到噪声的干扰,这将导致无法测量得到预期结果.本文分别研究了不同通道的噪声对Shor算法的影响,分别是去极化通道、状态制备与测量通道以及热退相干通道.本文模拟在噪声环境中运行Shor算法并且给出了数值结果.数值结果表明Shor算法成功分解整数的概率易受到噪声影响,其中去极化通道中的噪声能够以指数形式影响Shor算法成功分解整数的概率,其次是热退相干通道噪声,最后是状态制备与测量通道噪声,能够线性影响到Shor算法成功分解的概率.本文能够为后续纠错、改进Shor算法以及确定工程实现Shor算法所需要的保真度等提供建设性意见.

关键词：量子计算量子算法量子噪声 Shor算法

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用于SPAD阵列的高速主被动混和淬灭电路

红外与激光工程 2024年第7期53卷 78-85页

作者：郑丽霞尤旺巧胡康吴金孙伟锋周幸叶东南大学集成电路学院江苏无锡214125 中国电子科技集团公司第十三研究所河北石家庄050051

单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode,SPAD)具有响应速度快、抗干扰能力强等优点,具备优异的单光子检测能力,因而在激光雷达、量子通信应用、荧光光谱分析等弱光探测领域得到了广泛应用。在单光子探测成像领域中,为了获得... 详细信息

单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode,SPAD)具有响应速度快、抗干扰能力强等优点,具备优异的单光子检测能力,因而在激光雷达、量子通信应用、荧光光谱分析等弱光探测领域得到了广泛应用。在单光子探测成像领域中,为了获得更高的分辨率和更快的扫描探测速度,探测器正朝着大规模阵列化和高度集成化的方向发展,阵列应用要求淬灭电路较小的电路面积。基于盖革模式下SPAD的探测成像应用,建立了雪崩信号检测与淬灭的信号模型,并通过数学分析得到了混和淬灭电路中的最优检测电阻取值,在理论分析基础上对混合淬灭电路的结构和参数进行了设计与优化。根据建模分析结果,设计了一种主被动混合的高速淬灭电路结构,以较小的电路面积实现了雪崩信号快速检测与淬灭。基于TSMC 0.35μm CMOS工艺完成了电路版图的设计与流片。芯片测试结果表明,电路的淬灭时间约为2.9 ns,复位时间为1.75 ns。结合版图面积的占用情况,所设计的电路具有较高的“性价比”,可以满足SPAD阵列型读出电路的需求,具有快速雪崩淬灭和复位的特点。

关键词：单光子雪崩二极管主被动混合淬灭最优检测电阻阵列应用

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一种三维集成的Ku波段高功率T/R模块

半导体技术 2024年第6期49卷 569-574页

作者：陈兴张超陈东博赵永志中国电子科技集团公司第十三研究所石家庄050051

基于硅基微电子机械系统(MEMS)三维(3D)异构集成工艺,设计并制作了用于相控阵天线系统的三维堆叠式Ku波段四通道高功率收发(T/R)模块。该模块由两层硅基封装堆叠而成,层间采用球栅阵列(BGA)植球堆叠,实现模块小型化;采用高低阻抗匹配建... 详细信息

基于硅基微电子机械系统(MEMS)三维(3D)异构集成工艺,设计并制作了用于相控阵天线系统的三维堆叠式Ku波段四通道高功率收发(T/R)模块。该模块由两层硅基封装堆叠而成,层间采用球栅阵列(BGA)植球堆叠,实现模块小型化;采用高低阻抗匹配建模,保证低损耗输出,采用导热垫加微流道散热板达到了良好的散热效果,实现模块高功率输出;对模块的微波垂直互连结构和散热进行建模和仿真。测试结果表明,在14~18 GHz内发射通道饱和输出功率大于40 dBm,接收通道增益大于21 dB,噪声系数小于3.5 dB,模块尺寸仅为14.0 mm×14.0 mm×3.3 mm。该模块在兼顾高集成度的同时性能指标得到了进一步提升。

关键词：硅基微电子机械系统(MEMS) 收发(T/R)模块三维集成高功率散热设计

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多层硅基模块晶圆级键合腔体的可靠性

半导体技术 2024年第7期49卷 674-681页

作者：马将郜佳佳杨栋中国电子科技集团公司第十三研究所石家庄050051

晶圆级键合是实现多层硅基模块内部互连的关键工艺,针对硅片在晶圆级键合工艺中的开裂现象,建立了硅基刻蚀腔体在键合工艺中的力学模型,经样件实验验证,该模型可以准确预估腔体的开裂现象。在此基础上设计了硅片键合实验,通过引入硅通孔... 详细信息

晶圆级键合是实现多层硅基模块内部互连的关键工艺,针对硅片在晶圆级键合工艺中的开裂现象,建立了硅基刻蚀腔体在键合工艺中的力学模型,经样件实验验证,该模型可以准确预估腔体的开裂现象。在此基础上设计了硅片键合实验,通过引入硅通孔(TSV)的应力集中因子确定了硅基晶圆级键合的应力失效判据。而后通过参数化仿真系统性探究了硅基刻蚀腔体面积及腔体形状等因素对键合应力的影响规律,并绘制出刻蚀腔体设计可靠范围图。结果表明,硅片键合可靠腔体临界面积约为21 mm^(2),且腔体形状越接近正方形越易开裂。该研究为多层硅基模块刻蚀腔体的可靠性设计提供了参考。

关键词：晶圆级键合多层硅基模块刻蚀腔体硅通孔(TSV) 可靠性

基于SiGe BiCMOS工艺的8 GS/s采样保持电路

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半导体技术 2024年第5期49卷 499-504页

作者：李飞吴洪江龚剑曹慧斌中国电子科技集团公司第十三研究所石家庄050051

为实现数字通信对高速模数转换器的要求,基于0.18μm SiGe BiCMOS工艺提出了一款8 GS/s采样率、6 bit的采样保持电路。电路采用全差分开环结构,利用射极跟随型采样开关实现了电路高采样率。采样开关中采用晶体管线性补偿技术,有效地提... 详细信息

为实现数字通信对高速模数转换器的要求,基于0.18μm SiGe BiCMOS工艺提出了一款8 GS/s采样率、6 bit的采样保持电路。电路采用全差分开环结构,利用射极跟随型采样开关实现了电路高采样率。采样开关中采用晶体管线性补偿技术,有效地提高了采样保持电路的线性度。输出缓冲电路采用级联结构实现高线性度,并提高了电路的驱动能力。测试结果发现,在采样模式下单端输入信号频率4 GHz、采样时钟频率8 GHz条件下,有效位数为5.4 bit,无杂散动态范围为37.6 dB,总谐波失真为37.5 dB,总功耗为450 mW,芯片尺寸为0.68 mm×0.68 mm。

关键词：采样保持电路 SiGe BiCMOS工艺射极跟随型采样开关前馈电容馈通补偿电路

一种X波段150W紧凑型功率放大器MMIC

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半导体技术 2024年第7期49卷 642-647页

作者：杨卅男李通蔡道民中国电子科技集团公司第十三研究所石家庄050051

基于0.35μm GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺平台设计了一款功率放大器单片微波集成电路(MMIC),采用双场板将HEMT的击穿电压提升至200 V;借助热电联合设计,优化HEMT的栅栅间距和末级HEMT布局,器件热阻降至0.55℃/W;输出匹配融合了功... 详细信息

基于0.35μm GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺平台设计了一款功率放大器单片微波集成电路(MMIC),采用双场板将HEMT的击穿电压提升至200 V;借助热电联合设计,优化HEMT的栅栅间距和末级HEMT布局,器件热阻降至0.55℃/W;输出匹配融合了功率分配/合成、阻抗变换和谐波调谐等功能,并通过多电容串联提高了击穿电压,增强了电路的鲁棒性;优化了版图布局,末级HEMT采用两两共地,并利用片上电感以缩短栅极偏置线,减小了芯片面积。最终,实现了饱和输出功率大于150 W、功率附加效率大于40%、功率增益大于22 dB的X波段功率放大器MMIC,其尺寸为3.8 mm×5.3 mm。该功率放大器MMIC可广泛应用于通信领域。

关键词：紧凑型 X波段功率放大器功率附加效率热阻单片微波集成电路(MMIC)