宁朝东 1,2,3湛永鑫 1,2,3吴倩楠 2,3,4王俊强 1,2,3李孟委 1,2,3
1 中北大学 仪器与电子学院, 太原 030051
2 中北大学 前沿交叉科学研究院, 太原 030051
3 中北大学 微系统集成研究中心, 太原 030051
4 中北大学 理学院, 太原 030051
针对单刀多掷开关(SPMT)在相控阵雷达、宽带收发器中用于切换滤波器和传输线时需要满足宽频带、高隔离度的性能需求, 设计了一种宽频带、高隔离度的MEMS单刀三掷开关(SP3T)。通过ANSYS电磁仿真软件中的HFSS模块对MEMS SP3T开关进行优化, 利用COMSOL软件对上电极的机械性能进行仿真。仿真结果表明, 所设计的MEMS SP3T开关可工作在1~90 GHz的频带内, 且插入损耗小于1 dB@90 GHz, 隔离度大于35 dB@90 GHz, 其整体体积约为075 mm3。
宽频带 高隔离度 broadband high isolation MEMS MEMS SP3T SP3T 曹钎龙 1,2,3吴倩楠 1,3,4朱光州 1,2,3陈玉 1,2,3[ ... ]李孟委 1,2,3
1 中北大学 仪器与电子学院， 太原 030051
2 中北大学 前沿交叉科学研究院， 太原 030051
3 中北大学 微系统集成研究中心， 太原 030051
4 中北大学 理学院， 太原 030051
针对射频多端口器件微波测试需求，基于SOLT校准原理设计了一种工作频率在DC~12 GHz范围内、基于RF MEMS开关的四端口电子校准件。数值仿真结果表明，在短路状态下，器件的回波损耗小于015 dB；在直通状态下，器件的插入损耗小于05 dB，端口之间的隔离度大于20 dB；在开路状态下，器件的回波损耗小于03 dB，端口之间的隔离度大于25 dB；同时采用微表面加工工艺，利用磁控溅射工艺对负载电阻进行了制备，其测试结果约为50 Ω，符合设计要求。设计的基于RF MEMS开关的四端口校准件，具有射频性能好、体积小、易于集成等优点，能够满足X波段微波多端口器件在片测试的应用需求。
插入损耗 回波损耗 隔离度 微波校准 RF MEMS RF MEMS insertion loss return loss isolation microwave calibration
1 中北大学仪器与电子学院, 太原 030051
2 中北大学前沿交叉科学研究院, 太原 030051
化学气相沉积法生长的单层石墨烯具有卓越的力学、热学和电学特性, 成为新一代纳米器件的首选材料。对石墨烯电子特性的理论研究有利于推动纳米器件的发展与应用。本文基于密度泛函理论与非平衡格林函数相结合的方法, 系统地研究了石墨烯及石墨烯/氮化硼的电子结构特性。结果表明, 在高对称K点, 带隙为零。在50~400 K范围内, 由于费米面的电声子散射作用, 单层石墨烯的迁移率随着温度增加呈现显著下降趋势。此外, 通过对不同层间距的石墨烯/氮化硼结构的能带、态密度、电子密度等特性分析, 发现随着层间距增加, 能带间隙减小, 导带与价带间的能量差减小。随着原子个数的增加, 石墨烯/氮化硼超胞结构与原胞结构的带隙开度变化规律一致, 这对石墨烯基器件的结构设计具有一定的指导意义。
石墨烯 氮化硼 密度泛函理论 化学气相沉积 迁移率 层间耦合 电子结构 二维材料 graphene BN DFT chemical vapor deposition mobility interlayer coupling electronic structure two dimensional material
1 中北大学 仪器与电子学院， 太原 030051
2 中北大学 前沿交叉学科研究院， 太原 030051
3 中北大学 南通智能光机电研究院， 江苏 南通 226000
根据MEMS光栅陀螺工作原理，对陀螺结构仿真，并进行了晶圆级陀螺制造。在ANSYS中建立陀螺结构模型，并进行仿真分析。仿真结果显示，其驱动模态为7 287 Hz，检测模态为7 288 Hz，频差为1 Hz，表明结构有高灵敏度。通过工艺设计，采用溅射、湿法腐蚀、深反应离子刻蚀、阳极键合等工艺成功制造了MEMS光栅陀螺。大气压下搭建的测试系统测得该陀螺的驱动模态为7 675 Hz，检测模态为7 703 Hz，与仿真结果相对误差为5.6%，验证了工艺的可行性。
MEMS光栅陀螺 晶圆级制造 阳极键合 MEMS grating gyroscope wafer-level manufacture anode bonding
1 中北大学 仪器与电子学院, 太原 030051
2 中北大学 前沿交叉学科研究院, 太原 030051
3 中北大学 南通智能光机电研究院, 江苏 南通 226000
针对当前微机电系统(MEMS)发展对小型化封装的需求，设计了一种高可靠性、低成本、高深宽比的硅通孔(TSV)结构工艺流程。该工艺流程的核心是双面盲孔电镀，将TSV结构的金属填充分为正、反两次填充，最后获得了深度为155 μｍ、直径为41 μｍ的TSV结构。使用功率器件分析仪对TSV结构的电学性能进行了测试，使用X光检测机和扫描电子显微镜(SEM)分别观察了TSV结构内部的缺陷分布和填充情况。测试结果证明，TSV样品导电性能良好，电阻值约为1.79×10-3 Ω，孔内完全填充，没有空洞。该研究为实现MEMS的小型化封装提供了一种解决方法。
硅通孔 微机电系统封装 双面盲孔电镀 深反应离子刻蚀 through silicon via (TSV) micro-electromechanical system (MEMS) packaging double-sided blind via plating deep reactive ion etching (DRIE)
1 中北大学 仪器与电子学院, 太原 030051
2 中北大学 南通智能光机电研究院, 南通 226000
3 中北大学 前沿交叉学科研究院, 太原 030051
针对MEMS系统中硅通孔(TSV)的热可靠性, 利用快速热处理技术(RTP)进行了温度影响的实验分析。通过有限元分析(FEA)方法得到不同温度热处理后TSV结构的变化趋势, 利用RTP对实验样品进行了不同温度的热处理实验, 使用扫描电子显微镜和光学轮廓仪表征了样品发生的变化。结果表明, 热处理后TSV中Cu柱的凸起程度与表面粗糙度均随热处理温度的升高而增加, 多次重复热处理与单次热处理的结果基本相同。该项研究为TSV应用于极端环境下MEMS小型化封装提供了一种解决方案。
硅通孔 热可靠性 快速热处理技术 有限元分析 TSV thermal reliability RTP FEA
朱光州 1,2,3,4张世义 1,2,3,4王俊强 1,2,3,4吴倩楠 1,3,4,5[ ... ]王志斌 1,2,3,4
1 中北大学 南通智能光机电研究院, 江苏 南通 226000
2 中北大学 仪器与电子学院, 太原 030051
3 中北大学 微系统集成研究中心, 太原 030051
4 中北大学 前沿交叉科学研究院, 太原 030051
5 中北大学 理学院, 太原 030051
针对传统衰减器体积大、反应时间长、可靠性差等问题, 提出了一种基于氮化钽薄膜电阻的MEMS衰减器。根据π型衰减网路理论计算得到各个电阻的阻值, 并计算各个电阻的仿真尺寸。利用HFSS 15.0电磁波仿真软件对衰减器结构进行仿真计算并优化。通过修改磁控溅射参数制备稳定的氮化钽薄膜电阻, 在此基础上制作MEMS衰减器。采用矢量网络分析仪和探针台进行衰减器射频性能测试。测试结果表明, 在0.1~20 GHz频率范围内, 衰减器的回波损耗大于12.4 dB, 插入损耗小于2.1 dB, 衰减精度小于5 dB。衰减器整体尺寸为2.2 mm×1.2 mm×1 mm。
氮化钽薄膜 电阻衰减网络 衰减器 TaN film resistance attenuation network attenuator MEMS MEMS
1 信息工程大学地理空间信息学院, 河南 郑州 450000
2 78123部队, 四川 成都 610000
针对以Faster R-CNN为代表的基于候选框方式的遥感影像目标检测方法检测速度慢,而现有SSD算法在小目标检测中性能低的问题,提出一种改进的SSD算法,综合利用现有基于候选框方式和一体化检测方式的优势,提升检测性能。该算法利用密集连接网络替换原有的VGGNet作为骨干网络,并且在密集连接模块之间构建特征金字塔,代替原有多尺度特征图。为验证所提算法的精度及性能,设计样本数据在线采集系统,并采集飞机及运动场目标样本集作为实验样本,通过对改进SSD算法的训练,验证了其网络结构的稳定性,在无迁移学习支持下依然能够达到良好效果,且训练过程不易发散。通过对比以101层的残差网络(ResNet101)作为基础网络的Faster R-CNN算法和R-FCN算法可知,改进SSD算法较Faster R-CNN算法和R-FCN算法的MAP在测试集上分别提升了9.13%和8.48%,小目标检测的MAP分别提升了14.46%和13.92%,检测单张影像耗时71.8 ms,较Faster R-CNN和R-FCN算法分别减少45.7 ms和7.5 ms。
遥感 小目标检测 深度学习 多尺度预测 特征金字塔 平均准确率均值
