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微波介质与集成器件实验室

团队名称

微波介质与集成器件实验室

团队介绍

1.研究方向

(1)微系统关键材料与集成技术

本团队瞄准国际电子系统集成技术研究前沿,以射频微系统用功能薄膜集成关键技术为对象,通过材料、微电子、物理、化学等多学科交叉,整合多种技术和方法,探索各种异构(Heterogeneous)功能薄膜集成过程中的薄膜生长机理、尺度效应、以及多层薄膜间的物理相容性和化学相容性等,为进一步提高集成度,实现多功能/高性能的SiP乃至集成微系统提供关键技术基础。

主要包括:相变薄膜材料与RF-FPGA;超宽带可调滤波器与自适应射频技术;光敏玻璃转接板与三维集成技术;系列化RCL元件工艺与模型库。

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(2)集成超高功率脉冲电容器材料

储能电容器具有功率密度大、储能密度高、抗循环老化、高温和高压等极端环境下性能稳定等优点,在脉冲功率电源、高能量密度武器、功率电子器件、电动汽车及智能电网系统等基础科研和工程应用领域有着广阔的应用前景,是当前电子材料和新能源发展的前沿和热点。

本团队围绕介电极化机制与储能关系开展研究,通过一元氧化物致密化烧结、介质玻璃复合、有机/无机复合等途径,拓宽工作温区、提高耐压和/或介电系数,探索提高电容储能特性的颠覆性技术。

 

(3)介电/半导体集成的耦合效应与新器件

利用材料组成和结构上的复杂性已成为发展和设计新型材料的一条重要途径。在原子尺度上,形成多元化合物及多元掺杂(组成上的复杂性)是人们熟知的途径。同样,在纳米/微米尺度层次上,组成(相)与显微结构的复杂变化也是如此,可通过改变组成物质的种类和组合方式,来改变所产生的材料的性能,即可利用已有的物质来发现和设计新材料。这种新材料发现的理性方式是:从“想法”产生新材料 (the creation of new materials from thought)。耶鲁大学Ahn 教授2004 年在《Science》上预测,将多功能的铁电材料与半导体材料相结合形成异质结构,可能呈现出与众不同的、甚至前所未有的物理效应,进而导致新材料和新型电子器件的产生。

本团队从第一性原理出发,考虑极化和应变的影响,结合电荷控制模型、迁移率模型、偏压特性模型等,预测这种多层异质结构的各种物理新效应。期望通过这些非常规复合效应为材料研究者提供新的机遇,开拓出从常规物质演绎出新的独特功能的途径。

 

 

2.代表性成果

(1)具有代表性的重要研究成果或进展

1)射频微系统三维集成技术取得突破

针对后摩尔时代集成电路向三维集成发展,开发了高性能射频微系统三维集成转接板——可光刻玻璃及其TGV技术。 为国内首创,国际上第二家且介电性能优于国际同类产品。为相关军工单位配套,提供自主可控、安全可靠的三维集成基板材料和集成技术,是我国集成电路弯道超车的重要切入点。作为“功能材料与集成器件”团队核心成员,获2017年度全国创新争先奖牌表彰。

2)在薄膜集成器件产业化关键技术上取得突破

针对无源元件的薄膜集成,发明了薄膜电路基片、复合电极制备与图形化等方法,解决了薄膜器件产业化中的一致性、可靠性问题,在广州翔宇和风华高科分别建立起2条生产线。使薄膜电路、温度传感器、低成本薄膜电路基片等在国内率先实现工业规模生产,新增产值2.5亿元。打破了美日等在薄膜集成器件领域的垄断,使我国企业成长为高端薄膜集成器件生产商。

近5年相关成果获授权发明专利4项,发表SCI论文30余篇。其中,2011年7月,Carbon 44(3): 418-422论文(影响因子5.378)被Elsevier评为“2006-2010中国大陆引用最多的50篇论文”之一。在TFC’13全国薄膜技术学术研讨会作大会邀请报告。2017年获四川省技术发明三等奖。

3)在介电/半导体异质集成理论上取得突破。

针对有源/无源集成中异质材料相互作用机理问题,建立起考虑极化、应变影响的铁电/GaN调制耦合模型,预测了该集成结构中的极化调制、应变耦合和介电增强等新效应;率先提出并研制出基于铁电极化的新型功率器件和GaN增强型器件,为基于介电/半导体集成的新型电子器件的研制奠定了理论和技术基础。

该成果成为973项目的重要创新点,作为标志性成果之一获得总装专家顾问组的高度评价与肯定。发表SCI论文10余篇。其中,Appl. Phys. Lett. 2009, 95:122101审稿人认为“… a possible device structure was proposed. The authors’ findings are noteworthy…”; J. Appl. Phys. 2010, 108: 084501审稿人认为“...These theoretical predictions can provide some references to the design of new electronic devices. …”。分别在第七届中国国际纳米科技(武汉)研讨会作分会邀请报告、第十一届全国固体薄膜学术会议作大会邀请报告。

 

(2)代表性的高水平论文

[1]Wencheng Hu, Chuanren Yang, Wanli Zhang, and Xiyi Liao, Thermodynamic equilibrium model of pyroelectric polycrystalline thin films, Applied Physics Letters, 2007, 90: 152902

[2]Jihua Zhang, Chuanren Yang, Song Wu, Ying Liu, Hongwei Chen, Wanli Zhang, Yanrong Li, Throretical design of GaN/ferroelectric heterostructure: Toward a strained semiconductor on ferroelectric, Applied Physics Letter, 2009, 95: 122101

[3]Jihua Zhang, Chuanren Yang, Ying Liu, Min Zhang, Hongwei Chen, Wanli Zhang, and Yanrong Li, Can we enhance two-dimensional electron gas from ferroelectric/GaN heterostructures? Journal of Applied Physics, 2010, 108: 084501

[4]Jihua Zhang, Shangjun Mo, Huayi Wang, Shanxue Zhen, Hongwei Chen, Chuanren Yang, Microstructure and electrical properties of PLZT ceramics from Pb3O4 as the lead source, Journal of Alloys and Compounds, 2011, 509: 2838-2841

[5]Jihua Zhang, Chuanren Yang, Yongjin Wang, Jun Jiang, Tao Feng, Weidong Yu, Xi Wang, Xianghuai Liu. Improvement of the ?eld emission of carbon nanotubes by hafnium coating and annealing, Nanotechnology 17: 257-260 (2006). 2005.12.5

[6]Jihua Zhang, Xi Wang, Wenwei Yang, Weidong Yu, Tao Feng, Qiong Li, Xianghuai Liu, Chuanren Yang. Interaction between carbon nanotubes and substrate and its implication on ?eld emission mechanism, Carbon 44(3): 418-422(2006).

[7]Hongwei Chen, Chuanren Yang, Bo Wang, Hong Ji, Jihua Zhang, Structural, dielectric, and insulating properties of barium strontium titanate thin films grown on various oriented LAO substrates, Journal of Applied Physics, 2009, 105: 034112.

[8]Hongwei Chen, Chuanren Yang, Jihua Zhang, Yafang Pei, Microstructure and antiferroelectric-like behavior of PbxSr1-xTiO3 ceramics, Journal of Alloys and Compounds, 2009, 486(1-2): 615-620.

[9]Hongwei Chen, Chuanren Yang, Shanxue Zheng, Jihua Zhang, Qiaozhen Zhang, Guanhuan Lei, Feizhi Lou, Lijun Yang, Microstructure and dielectric properties of (Ba0.6Sr0.4)TiO3 thin films grown on super smooth glazed-Al2O3 ceramics substrate, Applied Surface Science, 2011, 258(4): 1510-1513.

[10]Hongwei Chen, Chuanren Yang, Jihua Zhang, Wei He, Yu Liao, Qiaozhen Zhang, Shanxue Zheng, Guanhuan Lei, High performance distributed CPW phase shifters with etched BST thin films on Ф 3” LaAlO3 substrates, Solid State Sciences, 2012, 14: 117-120.


(3)所获的重要奖项

1)功能薄膜与集成器件团队,“全国创新争先奖牌”,2017年3月,(中国科协、科技部、人社部、国务院国资委)

2)薄膜集成关键技术及应用,四川省技术发明三等奖(排名第一),2017.12,四川省科技厅

3)纳米电子信息功能材料重大基础研究,国防科技进步二等奖,2007.12(中华人民共和国国防科学技术工业委员会)

4)微波介质谐振器电参数测试方法与系统,电子工业部科学技术进步二等奖(中华人民共和国电子工业部)

5)微波介质陶瓷,电子工业部科学技术进步三等奖(中华人民共和国电子工业部)

6)高性能微波陶瓷材料,成都市科技进步二等奖(成都市人民政府)


(4)其他代表性成果

1)杨传仁,一种平面靶磁控溅射-多工位镀膜装置,专利号:ZL200310110846.2,2007.3.21授权

2)杨传仁,韩雷刚,符春林,陈宏伟,一种确定平面磁控溅射多工位镀膜装置最优转速比的方法,专利号:ZL200410021665.7,2007.10.31授权

3)杨传仁,李益全,规模可调的平板显示器件驱动电路。专利号:ZL200510021879.9,2007.11.28授权

4)杨传仁,李益全,张继华,一种电子全息显示器件。 申请号05.7

5)杨传仁,采用新型发热体的自控恒温保温瓶,专利号:ZL93239324.1

6)杨传仁,陈宏伟,符春林. 一种钛酸锶钡薄膜材料的制备方法. 申请号:200510021646.9

7)杨传仁,冯术成,具有分布式平板结构电容的铁电薄膜移相器,专利号:ZL200510117841.1,2011.7.13 授权(国防专利)

8)杨传仁,唐章东. 一种旋转磁场平面靶磁控溅射装置. 申请号:200510021648.8

9)杨传仁,张瑞婷,张继华,陈宏伟,用于刻蚀BST薄膜的腐蚀液及制备方法.专利号:ZL200810045321.8, 2011.4.27授权

10)杨传仁,张瑞婷,张继华,陈宏伟,一种高温加热的真空蒸发镀膜装置.专利号:ZL200810044995.6,2011.7.20授权

11)杨传仁,宋秀娟,张继华,陈宏伟,NTC薄膜热敏电阻及制备方法,中国, 发明专利申请号: 200810044961.7

12)杨传仁,杨莉军,陈宏伟,张继华,薄膜电路产品基片处理方法,专利号:ZL200810304256.6,2011.7.27授权

13)杨传仁,陈宏伟,张继华,杨莉军,NTC薄膜热敏电阻及其制备方法,国际发明专利,专利申请号:PCT/CN2008/073343,2008.12.5

14)杨传仁,张琴,张继华,陈宏伟,基于不锈钢基板的YBCO厚膜电阻浆料及其制备方法,专利号:ZL201010158934.X,2011.11.2授权

15)赵强,杨传仁,张继华,图形化铁磁性二氧化铬薄膜的制备方法,专利申请号:201110252604.1

16)杨传仁,雷贯寰,陈宏伟,张继华,绕线电阻器的封装方法,专利申请号:201110455607.5,2011.12.30

17)杨传仁,张巧真,张继华,陈宏伟,用于刻蚀微波介质薄膜的刻蚀液及制备方法,专利号:ZL201110455998.0,2013.11授权

18)杨传仁,场效应电能储存方法及场效应电池,专利申请号:201210331233.0,2012.9.10







 

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