微波功率器件及其材料的发展和应用前景..
微波功率器件及其材料的发展和应用前景
来源：《材料导报》
内容摘要：介绍了微波功率器的发展和前景，对HBT, MESFET 和HEMT微波功率器件材料的特点和选取，以及器件的特性和设计做了分类说明。着重介绍了SiGe合金.InPSiC、GaN等新型微波功率器件材料。并对目前各种器件的最新进展和我国微波功率器件的研制现状及与国外的差距做了概述与展望。
文剑曾健平晏敏
(湖南大学应用物理系，长沙410082)
0 概述
由Ge、Si、Ⅲ-V化合物半导体等材料制成的，工作在微波波段的二极管、晶体管称为微波器件。微波即波长介于1m~1mm之间的电磁波，相应频率在300MHz~300GHz之间。微波半导体器件在微波系统中能发挥各方面性能，归纳起来为微波功率产生及放大、控制、接收3个方面。对微波功率器件要求有尽可能大的输出功率和输出效率及功率增益。进入20世纪90年代后，由于MOCVD(金属有机化学气相淀积)和MBE(分子束外延)技术的发展，以及化合物材料和异质结工艺的日趋成熟，使三端微波器件取得令人瞩目的成就，使得HBT(异质结双极型晶体管)、MESFET(肖特基势垒场效应晶体管)以及HEMT(高电子迁移率晶体管)结构的各种器件性能逐年提高。与此同时，在此基础上构成的MMIC(单片集成电路)已实用化，并进人商品化阶段，使用频率基本覆盖整个微波波段，不仅能获得大功率高效率而且，噪声系数小。随着微波半导体器件工作频率的进一步提高，功率容量的增大，噪声的降低以及效率和可靠性的提高，特别是集成化的实现，将使微波电子系统发生新的变化。表1列出了几种主要的三端微波器件目前的概况。
表1 微波三端器件概况
1 HBT功率微波器件的特性及设计要点
微波双极型晶体管包括异质结微波双极型晶体管和Si 微波双极型晶体管。Si器件自20世纪60年代进入微波领域后，经过几十年的发展，性能已接近理论极限，并且其理论和制造已非常成熟，这可为后继的第二代、第三代器件借鉴。HBT主要由化合物半导体或合金半导体构成，需要两种禁带宽度不同的材料分别作为发射区和基区，宽带隙材料作发射区，窄带隙材料作基区。当为DHBT(双异质结双极型晶体管)时，集电区与基区材料带隙也不相同。为更加有效地利用异质结晶体管的特性，其结构也不再是普通的平面结构，而是采用双平面结构。
1.1 材料的选取及特性
虽然大部分微波功率器件被Ⅲ-V化合物功率器件占据，但Ⅲ-V化合物HBT在目前也存在着可用频率范围小、材料制备及工艺成本高，器件在这些材料上的集成度不高，机械强度小以及在大功率情况下热不稳定现象严重，并可能造成发射结陷落和雪崩击穿，以及晶格匹配和热匹配等问题。
InP自身具有良好的特性，与GaAs相比，击穿电场、热导率、电子平均速度均更高，而且在异质结InAlAs／InGaAs界面处存在着较大的导带不连续性、二维电子气密度大，沟道中电子迁移率高等优点，决定了InP基器件在化合物半导体器件中的地位和优异的性能。随着近几年对InP器件的大力开发和研制，InPHBT有望在大功率、低电压等方面开拓应用市场，拥有更广的应用领域。
987年Lyer.S.S和Patton.G.L等首次发表了用MBE技术成功地研制出Si0.88Ge0.l2基区HBT，使SiGe合金受到关注。由于近年来的研究，基于SiGe的HBT器件很好地解决了材料问题，因其与SiCMOS器件工艺的兼容性，使得SiGe HBT能够高度集成，而且由于材料的纯度与工艺的完善，使其具有比Ⅲ-V化合物HBT更小的1/f噪声。SiGe合金的带隙可根
据组分的变化自由调节，且其电子、空穴的迁移率比Si中的高，由于比硅单晶器件有更好的性能，SiGe与目前的硅超大规模集成电路制造工艺的兼容性使其在成本与性价比方面具有极大的优势，因此SiGe被看作是第二代器件材料，受到广泛重视。由于Si和Ge有高达4.2％的晶格失配，则必须在低温下才能生长出高质量的SiGe/Si异质结，并且Ge组分越小热稳定性就会越好。
1.2 器件的设计
功率微波晶体管不仅工作频率高，而且承受的功率大，即要求有大的电压和电流容量。提高电流容量需增加发射极总周长，并防止大电流下的发射结注入效率下降，避免有效基区扩展效应和发射极电流集边效应等。从频率和功率两方面考虑则可用增益带宽乘积来表示：其中G TM是增益，f是带宽，f T是特征频率，l e为发射极寄生电感，r b是基区电阻，C C 是集电极电容。
故要减小结面积以减小电容C C，并减小r b。HBT理论(利用半导体材料带隙宽度的变化及其作用于电子和空穴上的电场力来控制载流子的分布和流动)的提出很好地解决了这些问题。由于HBT晶体管发射区材料的禁带宽度比基区大，对npn型HBT，其宽禁带的发射区势垒阻碍了基区空穴的注入，因而可在注入比不变的情况下提高基区掺杂浓度，降低基区电阻。
采用选择再生长技术可将其基区电阻r b缩小4倍，同时利用非晶InGaAs缓变基区使通过再生长的基于GaAs的HBT获得更低的rb、C C，从而获得更高的f max，这样可扩大Ⅲ-V 化合物器件的频率范围。这些器件有26GHz HBT，输出功率为3.63W，功率效率(PAE)为21％；35GHz HBT，输出功率为1W，效率为29％等。此外，我国中科院做电子研究所利用发射极金属掩蔽进行内切腐蚀的方法研制成自对准InGaP/GaAs HBT，其特征频率(f T)达到54GHz。
由于热传导的二维、三维效应，晶体管的结温不处于统一温度，而是随位置变化的。在微波功率管中，这种现象更加明显，究其原因主要有：①微波应用中，发射极与基极的线条更细、发射极间距更小、热偶合更加显著；②为提高微波和功率性能，集电极电流密度很大，因而功率密度更高；③为获得更大的功率和充分利用芯片面积，器件有源区的面积也不断增加，器件的中心区域热流趋近一维传导，而边缘则是二维、三维导热；④发射极电流密度对温度的正反馈，电流集中于中心区域。所以中心与边缘温度相差很大，严重时可达
几十度，导致器件的可靠性下降。实验表明，低掺杂的外延层不仅能作为镇流电阻，而且还能非常有效地降低发射极电流集边效应，大大提高了器件可靠性，此法主要是减弱发射极电流密度对温度的正反馈效应，不能改变热流的二维、三维效应。采用不等间距和不等发射极条长设计或发射条的间断设计 (即在器件的中心区边缘发射条断开，并空出此区域，因而在此区域没有功耗)可获得结温一致的晶体管。2003年蔡勇等人的模拟数据表明，采用功率密度非均匀设计可整体提高微波功率晶体管器件的可靠性。
对于Si／SiGe／Si的器件的设计，可采用双平面结构。与小功率微波HBT器件相比，微波功率器件的发射结大小的特性并不是最重要的。器件设计的目标是大功率和高速度，即对于SiGe HBT来说既要有大的输出功率，又要有高的微波波段响应频率，这两方面是互相限制的，所以当器件用作功率放大器时其特性可用最高振荡频率来衡量，即：为了提高器件的频率响应，采用了竖直和外延结构优化组合设计方法来达到高的，f max 值。对于SiGe HBT，Ge的含量必须很好设计，这有利于提高器件的性能。最大的Ge成分是在E-B结一边，然后向B-C结渐变降低，是最合适的选择，当前的研究表明35 at％左右(<40 at％)的Ge含量可使少子在基区的迁移率达到最大。
作为功率器件，基区要求高掺杂，可降低基区电阻，并可产生良好的欧姆接触，从而降低接触金属的宽度，并能使基区宽度进一步缩小，这可提高频率特性(在不考虑基区穿通的情况下)。高掺杂将降低载流子迁移率。但根据基区掺杂浓度的增加带来的好处超过了载流子迁移率下降的弊端。集电区厚度及掺杂浓度的设计对功率微波晶体管来说最为重要，因为它将影响器件的热效应和速度，采用厚的轻掺杂的集电区有利于提高f max，同时也会降低热效应，这给器件功率特性(即减小了集电结电流密度)带来不利影响。虽然厚集电区会使τc
增加而使f T下降，但它带来的好处(降低C C和热效应以及有大的击穿电压和好的线性度)也超过了使fT下降的不良影响。在一般情况下，SiGe微波功率HBT的基区掺杂浓度在1020cm3数量级，集电区掺杂浓度在3×1016cm3左右。Ge的含量在合金中占30 at％。
2 MESFET功率微波器件的特性及设计要点
2.1 材料的选取及特性
在上个世纪70年代后期，GaAs单晶及外延技术获得突破，GaAs肖特基势垒栅场效应晶体管(MESFET)得以成功制成。GaAs材料的电子迁移率比Si的高7倍，且漂移速度快，所以GaAs比Si具有更好的高频特性，并具有电路损耗小、噪声低、频带宽、动态范围大、
功率大、附加效率高等特点，而且GaAs是直接带隙，禁带宽度大，因而器件的抗电磁辐射能力强，工作温度范围宽，更适合在恶劣的环境下工作。由于GaAs器件具有以上优点，GaAs MESFET已几乎占领了微波应用的各个领域。
20世纪90年代中后期对于SiC材料的研究表明，它的性能指标比GaAs器件还要高一个数量级。SiC具有下列优异的物理特点：高的禁带宽度(4H-SiC，3.2eV)，高的饱和电子漂移速率(2×107cm/s)，高的击穿强度(4×106V/cm)，低的介电常数和高的热导率(4.9W/cm·k)。上述这些优异的物理特性，决定了SiC在高温、高频率、高功率的应用场合是极为理想的半导体材料。在同样的耐压和电流条件下，SiC器件的漂移区电阻要比Si低200倍。其功率密度是Si和GaAs的3～4倍，热导性能是Si的3倍，是GaAs的10倍。用SiC材料制造的MESFET的射频(RF)功率密度达到4.6W/mm，功率效率(PAE)达到65.7％，击穿电压超过100V，SiC的型体非常多，在半导体应用时4H-SiC和6H-SiC由于单晶生长工艺的成熟以及较好的重复性而应用较广，目前已商品化，尺寸也由25mm增大到50mm，75mm的晶元也有样品展出，产品目前主要来自于美国的Cree公司。
2.2 器件的设计
SiC器件由于过去缺乏高质量的大SiC衬底而受到限制，体SiC的最大缺陷是微管 (材料中0.5～lμm直径的空洞)。Cree公司在这方面取得了大的进展，制造出4H-SiC晶片微管密度 (N D=1×1019cm3)，0.5μmN型沟道层(ND=1×1017cm3)和0.5μm的P型缓冲层 (N A=5 ×1015cm3)，栅下沟道厚度是0.35μm，栅长0.5μm，栅源间隙0.5μm，栅漏间隙为1.0μm，栅接触由多层金属结构(Ti／Pt／Au)构成。栅的肖特基势垒高度为0.9eV，其直流跨导和饱和电流I dss分别为30ms/mm和220mA/mm，f max为39GHz。 由于MESFET最大功率增益由下式[2]表示： 是栅源间沟道电阻，R S、R G分别为源、漏集总电阻，l s源引线电感，R GS是栅源电阻，C dg是漏栅电容。效率定义为射频输出功率P O和直流功率P D之比，即?=P0/P D。为了获得大的输出功率，主要是增大漏源电流和提高漏极的偏置电压，亦即提高漏源击穿电压，提高功率增益则要求提高截止频率f T，减小各项寄生参数。 通过以上资料及数据不难看出，功率微波MESFET要求在更高的微波频率下输出尽可能大的功率，以达到大的功率增益和高的效率，因此必须对其结构及工艺上进行研究：(1)采用多层同质外延结构，即SI-SiC/n-/n/n+或SI-GaAs/n-/n/n+4层结构，如图1所示，n-高阻缓冲层有利于提高击穿电压，n+层有利于R S、R D的减小，有源层厚度为0.3～0.5μm，掺杂浓度为1016～1017cm3。 (2)采用腐蚀凹栅结构，在栅下有源层腐蚀出0.1～0.15μm凹槽，在槽中再淀积栅极，当栅极加上足够反向栅偏压时，沟道区电压降增加，漏端电场相对减小以抑制高场筹雪崩现象发生，提高了击穿电压。 (3)增加栅宽及栅源极总周长，平面图形采用梳状及网状结构，以增加沟道总截面，提高最大饱和漏电流。采用多栅条多单元并联工作，即将有源区分成若干个，适当增加栅极压焊点，这样既可满足总栅宽，又能控制单个栅的宽度，还能降低栅馈电感和栅电阻。减小热阻以利散热，主要方法是减薄外延层厚度。 3 HEMT功率微波器件的特性及设计 HEMT被公认为微波／毫米波器件和电路领域中最有竞争力的三端器件，它不仅具有优异的低噪声特性，而且具有出色的功率性能。1969年IBM公司的L．Esaki和R．Tsu提出了"调制掺杂"概念，认为如将载流子在空间上与其母体的电离杂质分开，并使之局限在一极小的区域内(量子阱)作二维运动，由于量子阱中的载流子避免了与其母体杂质的散射，就能获得很高的迁移率。1978年，Bell实验室的R.Dingle首次报道了用MBE生长的调制掺杂异质结构，并证实了具有高密度、高迁移率的二维电子气(2DEG)的存在。1980年日本富士通公司研制出第一只HEMT，因其它具有超高速性能以及吸引人的功率密度而受到世人瞩目。且其短沟道效应很小，制造步骤少，性能均匀稳定。目前，由于HEMT器件研究和工艺的日趋成熟，在国外(美国、日本等)已有高性能的产品走向市场。 3.1 材料的选取及特性 对于HEMT功率器件，比较成熟的是基于AlGaAs／GaAs的器件。InPHEMT已成为毫米波高端应用的支柱产品，器件的f T、f max分别达340GHz和600GHz，代表着三端器件的最高水平。目前最吸引人的材料是AlGaN/GaN，它比前者有更好的微波功率特性，如图2所示。GaN材料的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点，是研制微电子器件的新型半导体材料，并与SiC、金刚石等半导体材料一起被誉为是继第一代Ge、Si半导休材料、第二代GaAs、InP化合物半导体材料之后的第三代半导体材料。它具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好(几乎不被任何酸腐蚀)等性质和强的抗辐照能力，在高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。图3示出了GaN电子器件的性能与GaAs和SiC MESFET的比较，从图中可以很好地看到GaN基电子器件具有很好的应用前景。GaN是极稳定的化合物，又是坚硬的高熔点材料，熔点约为1700℃，GaN具有高的电离度，在Ⅲ-V族化合物中是最高的(0.5或0.43)。在大气压力下，GaN晶体一般是六方纤锌矿结构。它在一个味胞中有4个原子，原子体积大约为GaAs的一半。因为其硬度高，又是一种良好的涂层保护材料。 GaN的电学特性是影响器件的主要因素。未有意掺杂的GaN在各种情况下都呈n型，最好的样品的电子浓度约为4×10/cm3。一般情况下所制备的P型样品，都是高补偿的。很多研究小组都从事过这方面的研究工作，其中中村报道了GaN在室温和液氮温度下最高迁移率数据分别为μn=600cm2/v·s μn=1 500cm2/v·s，相应的载流子浓度为n=4×1016cm3。和n=8×1015cm3。近年报道的MOCVD沉积GaN层的电子浓度数值为4×101616cm3、 <1016cm3；等离子激活MBE的结果为8×1017cm3、<1017cm3。未掺杂载流子浓度可控制在1014～1020cm3范围。另外，通过P型掺杂工艺和Mg的低能电子束辐照或热退火处理，已能将掺杂浓度控制在1011～1020cm3范围。 对于HEMT器件，要求材料是具有宽禁带、高熔点、高击穿电场的半导体材料，并能有很好的晶格匹配和小的热膨胀失配系数，这一点是非常重要的。 3.2 器件的设计 在设计上，衬底材料多采用半绝缘SiC或蓝宝石，但考虑功率器件的散热问题，SiC衬底更具优势。在晶格匹配上可增加一层A1N缓冲层；为了降低有源层的杂质散射则可增加一层低掺杂的缓冲层。另外需考虑n-Al x Ga1-x N有源层厚度，载流子的浓度以及在Al x Ga1-x N 中Al的组分，空间隔离层的厚度，I-GaN有源层的载流子浓度，2DEG浓度及电子迁移率。 在结构因素中主要考虑栅长、栅宽、源栅间距和漏栅间距等，其次是接触，主要包括源漏欧姆接触金属及其接触性能和栅肖特基接触金属及其与AIGaN/GaN接触特性，目前所用的接触金属主要是Au/Pt/A1/Ti多层金属和Ti/A1 A1GaN。在对其参数的优化中与MESFET一样，要减小栅长L，增大栅宽W D。通常器件都以单位栅宽衡量，这样减小栅长就是器件参数优化的关键。此外还要在工艺允许的条件下最大限度地减小栅源和栅漏间距以减小R g和R D。目前已经报道了6.8W、10GHz A1GaN／GaN HEMT(栅长0.45μm、fT=28GHz、f max=114GHz、Igd=0.680A/mm、gm=200ms/mm)。现在对HEMT器件有了很多新的结构，对器件性能也做出了很大的改进，这些改进的器件有如PHEMT、InPHEMT、MOSHFET、DHFET等。目前，用HEMT制作的多级低噪声放大器和功率放大器已广泛用于卫星接收系统、电子系统及雷达系统。 4 国内现状及与国外差距、未来展望和总结 我国在GaAs MESFET的研制方面起步较早，经过十几年的努力，目前所达到的水平为C波段8W、15GHz 1W、18GHz 1W，并已商业化。而HBT和HEMT器件及其材料的研制方面起步较早，且由于设备条件差，所以器件性能也较差，大多数的器件只是处于试验阶段。目前，国家各重点实验室已成功研制出高性能的HBT和HEMT，填补了我国在这方面的空缺，只是还没能够形成产业化。 经过30多年的研制和发展，我国在半导体微波器件领域取得了很大的成绩，但与国外先进水平相比，仍然存在相当大的差距。对SiC晶元的制备我国尚为空缺，实验的材料均来自于美国的Cree公司，而GaN器件也刚刚起步，其工艺正在探索研究中，主要是由于受AlGaN／GaN 2DEG材料的来源限制。器件的研制和生产方面与国外的差距是多方面的，归纳起来包括以下几方面： (1)投资强度不够。半导体制造工艺需要的设备大都要求先进的现代化设备，需要投人相当大的资金，由于我国的国力的原因，在投资方面跟不上美、日及西欧等国家。同时由于我国的基础工业的落后也导致了半导体产业的落后。 (2)材料研究落后。材料是器件的重要基础，材料的特性直接影响器件的性能参数。广泛掌握材料特性和对材料质量全面了解是器件成功的关键。虽然我国进口了先进的MBE、MOCVD设备，但材料生长技术仍有待提高。 (3)工艺设备的落后。由于半导体设备的投资相当大，而我国的大多数设备都靠从国外进口，主要是Si工艺生产线，而Si材料已不能满足未来对微波功率器件的要求，新材料的制备需要新的生产线及新的工艺。 未来器件的发展会集中在新材料、新工艺、新结构、互连技术等方面，而新材料则是重点。由于对器件的设计从"掺杂二程"转入"能带工程"，因此对半导体材料需要革命性的革新，而这正是目前器件及IC技术突破的瓶颈。对于微波功率器件，需要找到宽禁带、高热导率、高电子迁移率、高的击穿强度、低介电常数的材料，同时由于异质结的应用，必然会有晶格失配现象，故还需要有最小的晶格失配系数。 由于SiGe与Si工艺的兼容性，我国应首先在SiGe合金的制备及SiGe／Si异质结特性的研制和HBT结构的研制上取得突破，这可利用现成的Si工艺生产线实现产业化，从而实现第一代材料与第二代材料的平稳过渡。在其他新型材料(SiC、GaN、InP等)的研制和开发方面可采取开发与引进并行的策略逐步推进产业化进程，追赶国外先进水平。 化合物半导体器件中最有代表性、最能完美地显示异质结结构特点的超高速器件是高电子迁移率晶体管(HEMT)和异质结双极晶体管(HBT)。HEMT不仅可获得超高频、超高速，还具有低的高频噪声。HEMT是平面结构，而HBT是非平面结构，工艺上比HEMT难度大，但可获得高的输出功率。对微波功率器件的研究除了要寻找更好的半导体材料和对材料特性进行改进外，还要有十分完备的工艺支持。 新型功能材料发展趋势 功能材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料，是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，同时也对改造某些传统产业，如农业、化工、建材等起着重要作用。功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。功能材料按使用性能分，可分为微电子材料、光电子材料、传感器材料、信息材料、生物医用材料、生态环境材料、能源材料和机敏（智能）材料。由于我们已把电子信息材料单独作为一类新材料领域，所以这里所指的新型功能材料是除电子信息材料以外的主要功能材料。 功能材料是新材料领域的核心，对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，在全球新材料研究领域中，功能材料约占 85 % 。随着信息社会的到来，特种功能材料对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，是二十一世纪信息、生物、能源、环保、空间等高技术领域的关键材料，成为世界各国新材料领域研究发展的重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。 鉴于功能材料的重要地位，世界各国均十分重视功能材料技术的研究。 1989年美国200多位科学家撰写了《90年代的材料科学与材料工程》报告，建议政府支持的6类材料中有5类属于功能材料。从1995年至2001年每两年更新一次的《美国国家关键技术》报告中，特种功能材料和制品技术占了很大的比例。2001年日本文部省科学技术政策研究所发布的第七次技术预测研究报告中列出了影响未来的100项重要课题,一半以上的课题为新材料或依赖于新材料发展的课题,而其中绝大部分均为功能材料。欧盟的第六框架计划和韩国的国家计划等 高功率微波武器技术综述 高功率微波武器是利用非核方式在极短时间内产生非常高的微波功率以极窄的定向波束直接射向目标雷达等微波电子设备，摧毁敌方雷达等微波电子设备和杀伤敌方人员的一种定向能武器。高功率微波源一般采用虚阴极振荡器，能产生吉瓦以上的高功率微波，微波源产生的微波经天线发射出去。 一、驱动源技术 （一）脉冲形成线 脉冲形成线（PFL）是传输线的一种，主要用来将高电压静电储能转换为一定脉宽、一定幅值的高电压脉冲，与普通的传输线最大的区别在于其可以产生高电压脉冲。PFL是脉冲功率装置的重要组成部分，它的发展与应用，与脉冲功率技术联系紧密。早期的脉冲功率装置，由于受电感、电容的限制，输出脉冲的脉宽较长，上升时间也较长，功率较低，如果直接连接负载，不但得不到高功率，而且负载往往也不能正常工作。因此，人们将传输线引入脉冲功率装置，得到了脉宽为十纳秒到百纳秒量级，上升时间为一纳秒到十纳秒量级的脉冲高电压。匹配阻抗和输出脉宽是脉冲形成线的两个重要技术参数，设计脉冲形成线的难点是保证其在额定电压内不被击穿。随着人们对脉冲功率技术研究的不断深入，PFL在民用和军事领域的应用价值也变得越来越重要。 目前，最常用的PFL是同轴PFL和螺旋PFL。同轴PFL 又分为两种：单同轴PFL和双同轴PFL。一般来说，单同轴PFL的同轴结构由两个互相绝缘的同轴直导体筒构成，其中外筒接地，内筒与充电电源相接；而双同轴PFL的同轴结构由三个相互绝缘的同轴直导体筒构成，其中外筒接地，内筒通过一定电感与外筒相接，中筒与充电电源相接。双同轴PFL 也被称为Blumlein线。 如果将单同轴PFL的内筒或者Blumlein线的中筒（有时还包括Blumlein线的内筒），换成螺旋线或螺旋带绕制而成的螺旋线筒，其他部分仍旧使用直导体筒，同轴PFL就变成了螺旋PFL。与普通的同轴PFL相比，螺旋PFL拥有较高的特征阻抗，可以产生较长的脉冲，因此，使用了螺旋PFL的脉冲功率装置可以产生更长的脉冲高电压。 （二）Tesla变压器 Tesla变压器是一种工作在双谐振模式下的脉冲变压器。其原理如图所示，首先常规交流变压器T1将输入的市电升压对储能电容器C1充电；G为火花开关，当储能电容器C1上的电压达到一定值时，火花开关导通，通过Tesla变压器T2升压对次级电容器C2充电。一般交流变压器T1将电压提升到12-50kV，Tesla变压器T2能够将电压再次提升到200kV-1MV。Tesla变压器是由两个隔离的相互感应的相关振荡回路组成的系统，与一般脉冲变压器不同的是，该系统的 全球通信天线及基站射频器件市场现状及未来发展分析 一、全球移动通信设备市场现状及未来发展分析 1、全球移动通信设备市场现状及未来发展分析 随着现代微电子技术的进步以及市场需求的不断推动，移动通信技术在过去30年间获得了迅猛发展，移动通信技术实现了1G、2G、3G的快速发展，目前正加速向3G+、4G推进，移动通信技术将向着高速化、小型化、智能化发展。 移动电话用户数的增长和新增业务的出现促使运营商移动通信设备投资不断增加，使得全球移动通信设备市场规模保持增长态势。2008年全球移动通信市场规模达到513.7亿美元。但受金融危机的影响，欧美发达国家电信运营商放缓3G建设，印度、南亚和非洲等新兴市场对网络基础设施的投资步伐减缓，2009年中国发放3G牌照，大力发展3G网络，2009年至2010年，全球电信运营商移动通信设备市场规模仍将保持增长，增幅低于2008年，市场规模将分别达到550.2亿美元及580.4亿美元。2010年以后发达国家的运营商对以数据业务为主的3G技术升级投资以及发展中国家以语音为主的2G/2.5G网络覆盖率投资将会重新增加，至2012年，全球移动通信设备市场规模将到710.2亿美元。全球移动通信设备市场产业持续扩大，为本行业企业创造了广阔的发展空间。根据中国信息产业网的数据，2008-2013年全球移动通信设备市场规模具体如下： 2、全球基站设备市场现状及未来发展分析 移动通信设备制造业按照功能划分，可分为核心网设备、网络覆盖设备、联接各系统的传输设备及终端接收设备。网络覆盖设备包括基站系统、室内分布天线、功分耦合器件及直放站等。其中基站系统为核心覆盖设备，基站系统用于无线射频信号的发射、接收和处理，是网络覆盖系统的核心设备。移动通信基站系统主要包括基站控制器、收发信机、基站天线、射频器件以及基站电源、传输线、防雷器件等附 玻璃材料的应用与趋势 内容摘要：随着建筑多元化的发展，建筑玻璃的已经成为建筑多样化和建筑功能化的关键组成部分，尤其是最近几年，建筑用深加工玻璃的品种、数量也得到了很大的发展，产品质量有了很大的提高。但是一些建筑使用的深加工玻璃出现了如钢化玻璃自爆、中空玻璃漏气等多种问题，造成很大的损失。当今世界玻璃制造商们在开发钢化玻璃新技术方面，均向能源、材料、环保、信息、生物等五大领域的发展和需求奋进。 关键词：玻璃材料的应用现状，玻璃材料的发展趋势 一 .世界建筑的发展对玻璃的要求变化 从20世纪60年代，随着第一个玻璃幕墙出现开始，建筑幕墙一直占据着建筑市场的主导位置并引领着建筑行业技术的发展。到目前，建筑对玻璃的要求经过了从白玻、本体着色玻璃、热反射镀膜到低辐射镀膜玻璃的变化。玻璃的颜色也由无色、茶色、金黄色到兰色、绿色并最后向通透方向的发展变化。 二.建筑玻璃的主要应用品种及特点 1、钢化玻璃 它是利用加热到一定温度后迅速冷却的方法，或是化学方法进行特殊处理的玻璃。一般是在原来普通的浮法玻璃基础上，经过将玻璃加热到软化点温度再经过淬火处理，使玻璃内部中心部位具有张应力 而玻璃表面部位具有压应力并达到均匀应力平衡的玻璃产品。钢化玻璃的品种包括化学钢化也称离子钢化和物理钢化两种；化学钢化玻璃的特点是由于采用颗粒较大的离子如钾离子置换玻璃表面的钠离子，在约400度的温度下经过一定的工艺制作完成；化学钢化玻璃可以切割、热弯等，但经过高温加工后的玻璃强度会受影响；化学钢化玻璃的初始强度可以达到原片的6-7倍，但是随着使用时间加长，性能会衰减；由于离子置换的特殊性，多数使用在超薄的玻璃上。物理钢化玻璃的特点是强度高，一般强度可以达到普通平板玻璃的4倍左右 2、夹层玻璃 夹层玻璃是由一层玻璃与一层或多层玻璃、塑料材料夹中间层而成的玻璃制品，中间层是介于玻璃之间或玻璃与塑料材料之间起粘结和隔离作用的材料，使夹层玻璃具有抗冲击、阳光控制、隔音等性能；夹层玻璃的特点是安全—即使破碎，也不会对人造成伤害。缺点是降低采光性能、玻璃自重增加。 3、镀膜玻璃 镀膜玻璃俗称热反射玻璃，包括阳光控制镀膜玻璃和低辐射镀膜玻璃（Low-E）玻璃两个品种。镀膜形成的原理是在原片玻璃表面镀上金属或者金属氧化物/氮化物膜，使玻璃的遮蔽系数降低，又称低辐射玻璃，是一种对波长范围4.5μm-25μm的远红外线有较高反射比的镀膜玻璃。低辐射镀膜玻璃还可以复合阳光控制功能，称为阳光控制低辐射玻璃。镀膜玻璃主要有两个系列的品种，一种是在线镀 微波功率器件及其材料的发展和应用前景 来源：《材料导报》 内容摘要：介绍了微波功率器的发展和前景，对HBT, MESFET 和HEMT微波功率器件材料的特点和选取，以及器件的特性和设计做了分类说明。着重介绍了SiGe合金.InPSiC、GaN等新型微波功率器件材料。并对目前各种器件的最新进展和我国微波功率器件的研制现状及与国外的差距做了概述与展望。 文剑曾健平晏敏 (湖南大学应用物理系，长沙410082) 0 概述 由Ge、Si、Ⅲ-V化合物半导体等材料制成的，工作在微波波段的二极管、晶体管称为微波器件。微波即波长介于1m~1mm之间的电磁波，相应频率在300MHz~300GHz之间。微波半导体器件在微波系统中能发挥各方面性能，归纳起来为微波功率产生及放大、控制、接收3个方面。对微波功率器件要求有尽可能大的输出功率和输出效率及功率增益。进入20世纪90年代后，由于MOCVD(金属有机化学气相淀积)和MBE(分子束外延)技术的发展，以及化合物材料和异质结工艺的日趋成熟，使三端微波器件取得令人瞩目的成就，使得HBT(异质结双极型晶体管)、MESFET(肖特基势垒场效应晶体管)以及HEMT(高电子迁移率晶体管)结构的各种器件性能逐年提高。与此同时，在此基础上构成的MMIC(单片集成电路)已实用化，并进人商品化阶段，使用频率基本覆盖整个微波波段，不仅能获得大功率高效率而且，噪声系数小。随着微波半导体器件工作频率的进一步提高，功率容量的增大，噪声的降低以及效率和可靠性的提高，特别是集成化的实现，将使微波电子系统发生新的变化。表1列出了几种主要的三端微波器件目前的概况。 表1 微波三端器件概况 微波功率器件进展 由Ge、Si、Ⅲ-V化合物半导体等材料制成的，工作在微波波段的二极管、晶体管称为微波器件。微波即波长介于1m~1mm之间的电磁波，相应频率在300MHz~300GHz之间。微波半导体器件在微波系统中能发挥各方面性能，归纳起来为微波功率产生及放大、控制、接收3个方面。对微波功率器件要求有尽可能大的输出功率和输出效率及功率增益。进入20世纪90年代后，由于MOCVD(金属有机化学气相淀积)和MBE(分子束外延)技术的发展，以及化合物材料和异质结工艺的日趋成熟，使三端微波器件取得令人瞩目的成就，使得HBT(异质结双极型晶体管)、MESFET(肖特基势垒场效应晶体管)以及HEMT(高电子迁移率晶体管)结构的各种器件性能逐年提高。与此同时，在此基础上构成的MMIC(单片集成电路)已实用化，并进人商品化阶段，使用频率基本覆盖整个微波波段，不仅能获得大功率高效率而且，噪声系数小。随着微波半导体器件工作频率的进一步提高，功率容量的增大，噪声的降低以及效率和可靠性的提高，特别是集成化的实现，将使微波电子系统发生新的变化。下面从微波异质结双极晶体管(HBT)，微波功率（MESFET），高电子迁移率晶体管(HEMT)来举例。 1 HBT功率微波器件的特性及设计要点 微波双极型晶体管包括异质结微波双极型晶体管和Si 微波双极型晶体管。Si器件自20世纪60年代进入微波领域后，经过几十年的发展，性能已接近理论极限，并且其理论和制造已非常成熟，这可为后继的第二代、第三代器件借鉴。HBT主要由化合物半导体或合金半导体构成，需要两种禁带宽度不同的材料分别作为发射区和基区，宽带隙材料作发射区，窄带隙材料作基区。当为DHBT(双异质结双极型晶体管)时，集电区与基区材料带隙也不相同。为更加有效地利用异质结晶体管的特性，其结构也不再是普通的平面结构，而是采用双平面结构。 2 MESFET功率微波器件的特性 在上个世纪70年代后期，GaAs单晶及外延技术获得突破，GaAs肖特基势垒栅场效应晶体管(MESFET)得以成功制成。GaAs材料的电子迁移率比Si的高7倍，且漂移速度快，所以GaAs比Si具有更好的高频特性，并具有电路损耗小、噪声低、频带宽、动态范围大、功率大、附加效率高等特点，而且GaAs是直接带隙，禁带宽度大，因而器件的抗电磁辐射能力强，工作温度范围宽，更适合在恶劣的环境下工作。由于GaAs器件具有以上优点，GaAs MESFET已几乎占领了微波应用的各个领域。 20世纪90年代中后期对于SiC材料的研究表明，它的性能指标比GaAs器件还要高一个数量级。SiC具有下列优异的物理特点：高的禁带宽度(4H-SiC，3.2eV)，高的饱和电子漂 （汽车行业）汽车车身新材料的应用及发展方向 汽车车身新材料的应用及发展趋势 现代汽车车身除满足强度和使用寿命的要求外，仍应满足性能、外观、安全、价格、环保、节能等方面的需要。在上世纪八十年代，轿车的整车质量中，钢铁占80％，铝占3％，树脂为4％。自1978年世界爆发石油危机以来，作为轻量化材料的高强度钢板、表面处理钢板逐年上升，有色金属材料总体有所增加，其中，铝的增加明显；非金属材料也逐步增长，近年来开发的高性能工程塑料，不仅替代了普通塑料，而且品种繁多，在汽车上的应用范围广泛。本文着重介绍国内外在新型材料应用方面的情况及发展趋势。 高强度钢板 从前的高强度钢板，拉延强度虽高于低碳钢板，但延伸率只有后者的50％，故只适用于形状简单、延伸深度不大的零件。当下的高强度钢板是在低碳钢内加入适当的微量元素，经各种处理轧制而成，其抗拉强度高达420N/mm2，是普通低碳钢板的2～3倍，深拉延性能极好，可轧制成很薄的钢板，是车身轻量化的重要材料。到2000年，其用量已上升到50%左右。中国奇瑞汽车X公司和宝钢合作，2001年在试制样车上使用的高强度钢用量为262kg，占车身钢板用量的46%，对减重和改进车身性能起到了良好的作用。低合金高强度钢板的品种主要有含磷冷轧钢板、烘烤硬化冷轧钢板、冷轧双相钢板和高强度1F冷轧钢板等，车身设计师可根据板制零件受力情况和形状复杂程度来选择钢板品种。含磷高强度冷轧钢板：含磷高强度冷轧钢板主要用于轿车外板、车门、顶盖和行李箱盖升板，也可用于载货汽车驾驶室的冲压件。主要特点为：具有较高强度，比普通冷轧钢板高15％～25％；良好的强度和塑性平衡，即随着强度的增加，伸长率和应变硬化指数下降甚微；具有良好的耐腐蚀性，比普通冷轧钢板提高20％；具有良好的点焊性能；烘烤硬化冷轧钢板：经过冲压、拉延变形及烤漆高温时效处理，屈服强度得以提高。这种简称为BH钢板的烘烤硬化钢板既薄又有足够的强度，是车身外板轻量化设计首选材料之壹；冷轧双向钢板：具有连续屈服、屈强比低和加工硬化高、兼备高强度及高塑性的特点，如经烤漆后其强度可进壹步提高。适用于形状复杂且要求强度高的车身零件。主要用于要求拉伸性能好的承力零部件，如车门加强板、保险杠等；超低碳高强度冷轧钢板：在超低碳钢（C≤0.005％）中加入适量的钛或铌，以保证钢板的深冲性能，再添加适量的磷以提高钢板的强度。实现了深冲性和高强度的结合，特别适用于壹些形状复杂而强度要求高的冲压零件。 轻量化迭层钢板 迭层钢板是在俩层超薄钢板之间压入塑料的复合材料，表层钢板厚度为0.2～0.3mm，塑料层的厚度占总厚度的25％～65％。和具有同样刚度的单层钢板相比，质量只有57％。隔热防振性能良好，主要用于发动机罩、行李箱盖、车身底板等部件。铝合金 和汽车钢板相比，铝合金具有密度小（2.7g/cm3）、比强度高、耐锈蚀、热稳定性好、易成形、可回收再生等优点，技术成熟。德国大众X公司的新型奥迪A2型轿车，由于采用了全铝车身骨架和外板结构，使其总质量减少了135kg，比传统钢材料车身减轻了43％，使平均油耗降至每百公里3升的水平。全新奥迪A8通过使用性能更好的大型铝铸件和液压成型部件，车身零件数量从50个减至29个，车身框架完全闭合。这种结构不仅使车身的扭转刚度提高了60%，仍比同类车型的钢制车身车重减少50%。由于所有的铝合金都能够回收再生利用，深受环保人士的欢迎。根据车身结构设计的需要，采用激光束压合成型工艺，将不同厚度的铝板或者用铝板和钢板复合成型，再在表面涂覆防具有良好的耐腐蚀性。 镁合金 镁的密度为1.8g/cm3，仅为钢材密度的35％，铝材密度的66％。此外它的比强度、比刚度高，阻尼性、导热性好，电磁屏蔽能力强，尺寸稳定性好，因此在航空工业和汽车工业中得到了广泛的应用。镁的储藏量十分丰富，镁可从石棉、白云石、滑石中提取，特别是海水的 微波武器 概述 高功率微波武器（high-power microwave weapon）又称为射频武器，是利用高功率微波束毁坏敌方的电子设备和杀伤作战人员的一种定向能武器。该武器的辐射频率通常在1～30吉赫范围内，输出脉冲功率在吉瓦级。（“吉”是数量级名称，10（U9）称为吉）高功率微波武器属“软杀伤”武器，可从远距离把电子器件“烧”坏，使整个武器失效，也能使人精神错乱、行为失常、眼睛失明、心肺功能衰竭甚至死亡。高功率微波武器的核心是微波振荡器，提高振荡器的输出功率是其中的一项关键技术。 1. 背景 微波武器高功率微波武器的研发，源于20世纪60年代的东西方技术竞赛。1962年7月，美国进行了当时最高当量，代号为“海星一号”的高空核试验。当天夜里11点零9秒(夏威夷时间)，一枚140万吨当量的热核弹头在太平洋中部400千米的高空被引爆。爆炸产生的大量高密度带电粒子沿着地球磁场向外迸发。它们的回旋运动产生了一束微波脉冲，导致测量仪器失准。爆炸所产生的极光带在洋面上空闪烁，照亮了整个夜空。在距离爆点1 300多千米外的檀香(Honolulu)，脉冲不仅导致防盗警报器此起彼伏，路灯也纷纷熄灭，最后连供电线路也跳闸瘫痪了。当时冷战双方的军事决策层，发现了这次实验中电磁脉冲的破坏潜能，并展开了一场利用这种潜力制造非核武器的竞赛。随后，美国、苏联、英国等都做了大量的微波武器研制工作。 2.机理 从杀伤机理上看，高功率微波武器具有电效应、病效应和热效应，既能杀伤人畜，又能破坏武器的电子设备，即具有软/硬杀伤能力。 2.1 对电子电气设备的破坏 高功率微波辐射效应从低到高可以大致划分为三级。第一级, 类似于超级干扰系统, 高于当前战场使用的干扰系统功率, 能完全压制敌方通信和雷达系统; 第二级, 功率达到足够破坏敌方电子系统中的微型电路; 第三级, 类似于家用微波炉,功率高到能够加热目标。 高功率微波脉冲对系统及器件的破坏机制主要有以下几种: 1）高压击穿。电磁能接收后转化成高电压或大电流, 由此引起结点、部件或回路间击穿; 2）器件烧毁。包括半导体器件的结烧蚀、连线熔断等; 3) 微波加温。微波可使金属、含水介质加温, 使器件不能正常工作; 4) 电涌冲击。脉冲高电压、大电流进入系统、设备, 电路像电涌一样烧毁器件、电路; 5) 瞬间干扰。当进入的功率较低,导致电路出现干扰, 不能正常工作。 表一电磁脉冲对各种电子器材的影响 MLCC：积层陶瓷晶片电容（Multiplayer Ceramic Chip Capacitors） 称雄电容器市场 MLCC(多层陶瓷电容器)是各种电子、通讯、信息、军事及航天等消费或工业用电子产品的重要组件。MLCC由于其小体积、结构紧凑、可靠性高及适于SMT技术等优点而迅猛发展。目前，电容器市场无论从数量上还是市场潜力上来看都以陶瓷电容器份额最大。 全球MLCC产量随着IT产业的发展而不断增长，国内产量占全球产量的比例近年来也有较大的增长，我国已经逐渐成为世界MLCC的制造大国。 目前MLCC的国际上的发展趋势是微型化、高比容、低成本、高频化、集成复合化、高可靠性的产品及工艺技术。 当前MLCC需求的热点主要集中在手机、P4主板、DVD、数码相机和PS2游戏机等。手机对MLCC的要求特点是：数量大、尺寸小、质量高。在手机应用领域里，日商凭借技术上的绝对优势基本垄断市场。国内企业在手机配套实力明显不足。 片式陶瓷电感器： 电感元件发展方向 多层片式电感类元件包括了一大类具有叠层式介质/线圈结构的新型电子元件，是电感类元件发展的方向，也是三大类无源片式元件中技术含量最高的一大类。目前，这类元件已形成了规模相当大的产业和近百亿美元的国际市场。片式电感器的主要应用领域包括移动通信、计算机、音像产品、家电、办公自动化等。大屏幕彩电等新型家电产品也是片式电感器的重要应用领域。预计在今后若干年中，随着第三代移动通信技术、数字电视、高速计算机、蓝牙产品等新一代数字化电子产品的推出和世界各国EMI控制标准的相继制定，对各种片式电感类元件，特别是抗EMI类片式电感元件的需求将急剧上升。因此从整体上看，片式电感器的市场前景将十分看好。 片式电感器的生产企业主要分布在日本、美国、欧洲、韩国、我国的台湾和珠江三角洲地区。日本是生产片式电感器最早的国家，TDK、村田、Tokin和太阳诱电都是具有大规模生产能力的厂商。其中TDK占全球片式电感市场的32%，村田的市场占有率是18%，太阳诱电为16%。 目前片式电感器元件发展的主要趋势是：抗电磁干扰成为片式电感类材料的主要应用领域； 高感量和大功率；高频化；集成化。 片式微波电容器： 快速渗透通信领域 陶瓷电容器除在技术上继续向小尺寸、大容量、介质薄层化方向发展外，高频化也是一个重要的发展方向。为了满足通信设备的高频化对电子元器件的强劲需求，高电流承载能力的 国内外焊接材料的应用 及发展趋势 集团标准化小组：[VVOPPT-JOPP28-JPPTL98-LOPPNN] 国内外焊接材料的应用及发展趋势 沈阳工业大学材料科学与工程学院 摘要：焊接材料是焊接行业中一个重要分支。随着焊接技术的发展，国内外焊接材料的生产和使用也得到了长足的进步。本文简单介绍国内外的钢材、焊接材料的应用状况，进而分析了焊接材料的应用领域，总结出我国焊接的材料发展中存在的问题及应对策略。 关键词：焊接材料；应用；发展趋势 1国内外钢材及焊接的应用现状 钢产量是衡量一个国家综合经济实力的重要指标，钢铁工业是中国工业进程中的支柱产业。表1为世界主要国家的钢产量数据。从表中数据可以发现，从2001年开始我国的钢产量已经跃居全球第一，从2001年到2008年钢产量已经提高了3倍多，这样的增速明显高于其他国家。这主要是由于中国的经济持续高速增长，拉动了钢铁工业的快速发展，带动了中国钢铁的生产和消耗。但与中国钢产量全球第一形成鲜明的对比的是中国也是钢材进口大国，尤其是特种性能、高强度钢材的大量进口，因此中国钢材巨大产量，并没有给中国带来巨大的经济效益。 （数据来源：中国钢材贸易网） 焊接是一种将材料永久性连接，并成为具有给定功能结构的制造技术。几乎所有的产品，从几十万吨巨轮到不足1克的微电子元件。在生产制造中都不同程度地应用焊接技术。焊接已经渗透到制造业的各个领域，直接影响到产品的质量、可靠性和寿命以及生产的成本、效率和市场反应速度。焊接技术包括焊接材料、设备和工艺等相关内容，而其中焊接材料是焊接技术发展的基础，所以焊接材料的应用和发展影响着焊接技术的发展。 钢材产量和快速升高又拉动了中国焊接材料产业的强劲发展，钢材的产量、品质及发展趋势直接决定了焊接行业的可持续发展及焊接技术的发展方向。2006年，按国际钢材协会统计，全世界钢产量12．39亿吨，按有 关资料综合测算，焊材的消费量应为钢材总量的0．6%--1．6%，全世界焊接材料约为600多万吨，因此，2006年中国钢产量占全世界钢产量的34%[2]，中国焊接材料产量占全世界焊接材料产量的50%左右。但是中国焊接材料的种类和分布不是很平衡[3，4]，见表2-表3。 高功率射频及微波无源器件中的考虑和限制 RF和微波无源元件承受许多设计约束和性能指标的负担。根据应用的功率要求，对材料和设计性能的要求可以显着提高。例如，在高功率电信和军用雷达/干扰应用中，需要高性能水平以及极高功率水平。许多材料和技术无法承受这些应用所需的功率水平，因此必须使用专门的组件，材料和技术来满足这些极端的应用要求。 高水平的射频和微波功率是不可见的，难以检测，并且能够在小范围内产生令人难以置信的热量。通常，只有在组件发生故障或完全系统故障后才能检测到过功率压力。这种情况在电信和航空/国防应用中经常遇到，因为高功率水平的使用和暴露是满足这些应用性能要求所必需的。 图1对于天气或军用雷达，高功率放大器通常会为雷达天线或天线阵列产生数百至数千瓦的 射频能量。 足够高的RF和微波功率水平会损坏信号路径中的元件，这可能是设计不良，材料老化/疲劳甚至是战略性电子攻击的产物。任何可能遇到高功率射频和微波能量的关键系统都必须仔细设计，并通过为最大潜在功率水平指定的组件进行支持。其他问题，例如RF泄漏，无源互调失真和谐波失真，在高功率水平下会加剧，因为必须更多地考虑组件的质量。 任何具有插入损耗的互连或组件都有可能吸收足够的RF和微波能量以造成损坏。这就是所有射频和微波元件具有最大额定功率的原因。通常，由于RF能量 有几种不同的工作模式，因此将为连续波（CW）或脉冲功率指定额定功率。另外，由于构成RF组件的各种材料可以改变不同功率，温度，电压，电流和年龄的行为，因此通常还指定这些参数。与往常一样，一些制造商对其组件的指定功能更加慷慨，因此建议在实际操作条件下测试特定组件以避免现场故障。这是RF和微波组件特别关注的问题，因为级联故障很常见。 图2可以使用磁环或电场探头分接波导，将TE或TM波导模式转换为TEM同轴传输模式。同轴或波导互连 根据频率，功率水平和物理要求，同轴或波导互连用于高功率RF和微波应用。这两种技术的尺寸随频率而变化，需要更高精度的材料和制造来处理更高的功率水平。通常，作为RF能量通过具有空气电介质的波导的方式的产物，波导倾向于能够处理比可比同轴技术更高的功率水平。另一方面，波导通常是比同轴技术更昂贵，定制安装和窄带解决方案。 这就是说，对于需要更低成本，更高灵活性安装，更高信号路由密度和中等功率水平的应用，同轴技术可能是首选。另外，由于降低了成本和尺寸，因此在波导互连上使用同轴互连的组件选择更多。虽然宽带和通常更直接的安装，在高性能，坚固性和可靠性方面，波导技术往往超过同轴。通常，这些互连技术串联使用，在可能的情况下，最高功率和保真度信号通过波导互连路由。 现代电力电子器件的发展与现状 解放军信息工程大学李现兵师宇杰王广州黄娟 电力电子器件的回顾 电力电子器件又称作开关器件，相当于信号电路中的A/D 采样，称之为功率采样，器件的工作过程就是能量过渡过程，其可靠性决定了系统的可靠性。根据可控程度可以把电力电子器件分成两类：半控型器件——第一代电力电子器件 上个世纪50 年代，美国通用电气公司发明的硅晶闸管的问世，标志着电力电子技术的开端。此后，晶闸 管(SCR) 的派生器件越来越多，到了70 年代，已经派生了快速晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、不对称晶闸管等半控型器件，功率越来越大，性能日益完善。但是由于晶闸管本身工作频率较低(一般低于 400Hz )，大大限制了它的应用。此外，关断这些器件，需要强迫换相电路，使得整体重量和体积增大、 效率和可靠性降低。目前，国内生产的电力电子器件仍以晶闸管为主。 全控型器件——第二代电力电子器件 随着关键技术的突破以及需求的发展，早期的小功率、低频、半控型器件发展到了现在的超大功率、高频、全控型器件。由于全控型器件可以控制开通和关断，大大提高了开关控制的灵活性。自70 年代后期以来， 可关断晶闸管(GTO) 、电力晶体管(GTR 或BJT) 及其模块相继实用化。此后各种高频全控型器件不断问世， 并得到迅速发展。这些器件主要有电力场控晶体管(即功率MOSFET) 、绝缘栅极双极晶体管(IGT 或IGBT) 、静电感应晶体管(SIT) 和静电感应晶闸管(SITH) 等。 电力电子器件的最新发展 现代电力电子器件仍然在向大功率、易驱动和高频化方向发展。电力电子模块化是其向高功率密度发展的重要一步。当前电力电子器件的主要发展成果如下： IGBT：绝缘栅双极晶体管 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 是一种N 沟道增强型场控(电压)复合器件，如图1 所示。它属于少子器件类，兼有功率MOSFET 和双极性器件的优点：输入阻抗高、开关速度快、安全工作区宽、饱和 电子信息材料发展趋势 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 2 电子信息材料发展趋势 电子信息材料发展趋势 电子信息材料及产品支撑着现代通信、计算机、信息网络技术、微机械智能系统、工业自动化和家电等现代高技术产业。电子信息材料产业的发展规模和技术水平，已经成为衡量一个国家经济发展、科技进步和国防实力的重要标志，在国民经济中具有重要战略地位，是科技创新和国际竞争最为激烈的材料领域。 随着电子学向光电子学、光子学迈进，微电子材料在未来10～15年仍是最基本的信息材料，光电子材料、光子材料将成为发展最快和最有前途的信息材料。电子、光电子功能单晶将向着大尺寸、高均匀性、晶格高完整性以及元器件向薄膜化、多功能化、片式化、超高集成度和低能耗方向发展。一、集成电路和半导体器件用材料由单片集成向系统集成发展。微电子技术发展的主要途径是通过不断缩小器件的特征尺寸，增加芯片面积以提高集成度和信息处理速度，由单片集成向系统集成发展。 1.Si、GaAs、InP等半导体单晶材料向着大尺寸、高均质、晶格高完整性方向发展。椎8英吋硅芯片是目前国际的主流产品，椎12英吋芯片已开始上市，GaAs芯片椎4英吋已进入大批量生产阶段，并且正在向椎6英吋生产线过渡；对单晶电阻率的均匀性、杂质含量、微缺陷、位错密度、芯片平整度、表面洁净度等都提出了更加苛刻的要求。 2.在以Si、GaAs为代表的第一代、第二代半导体材料继续发展的同时，加速发展第三代半导体材料———宽禁带半导体材料SiC、GaN、ZnSe、金刚石材料和用SiGe／Si、SOI等新型硅基材料大幅度提高原有硅集成电路的性能是未来半导体材料的重要发展方向。 3.继经典半导体的同质结、异质结之后，基于量子阱、量子线、量子点的器件设计、制造和集成技术在未来5～15年间，将在信息材料和元器件制造中占据主导地位，分子束外延MBE 和金属有机化合物化学汽相外延 MOCVD 技术将得到进一步发展和更加广泛的应用。 4.高纯化学试剂和特种电子气体的纯度要求将分别达到lppb～0．1ppb和6N级以上，0．5μm以上的杂质颗粒必须控制在5个／毫升以下，金属杂质含量控制在ppt级，并将开发替代有毒气体的新品种电子气体。 二、光电子材料向纳米结构、非均值、非线性和非平衡态发展。光电集成将是21世纪光电子技术发展的一个重要方向。光电子材料是发展光电信息技术的先导和基础。材料尺度逐步低维化———由体材料向薄层、超薄层和纳米结构材料的方向发展，材料系统由均质到非均质、工作特性由线性向非线性，由平衡态向非平衡态发展是其最明显的特征。发展重点将主要集中在激光材料、红外探测器材料、液晶显示材料、高亮度发光二极管材料、光纤材料。 1.激光晶体材料：向着大尺寸、高功率、LD泵浦、宽带可调谐以及新波长、多功能应用方向发展。 2.红外探测器材料：大面积高均匀性HgCdTe外延薄膜及大尺寸ZnCdTe衬底材料仍是2010年前红外探测器所用的主要材料。 3.液晶材料：研究发展超扭曲向列型 STN 和薄膜晶体管型 TFT 显示器所用混合液晶，提高性能，降低成本。 4.高亮度发光二极管材料：继规模生产发红、橙、黄色的GaAs基、GaP基外延材料之后，拓宽发光波段，开发发蓝光的GaN基、ZnSe基外延材料将成为研究热点。 金属材料的应用现状及发展趋势分析 在进行金属材料的应用现状及发展趋势分析之前，先简要介绍一下金属材料。金属材料是最重要的工程材料之一。按冶金工艺，金属材料可以分为铸锻材料、粉末冶金材料和金属基复合材料。铸锻材料又分为黑色金属材料和有色金属材料。黑色金属材料包括钢、铸铁和各种铁合金。有色金属是指除黑色金属以外的所有金属及其合金，如铝及铝合金、铜及铜合金等。工程结构中所用的金属材料90%以上是钢铁材料，其资源丰富、生产简单、价格便宜、性能优良、用途广泛。钢有分为碳钢和合金钢，铸铁又分为灰口铸铁和白口铸铁。 一、金属材料的应用现状 金属材料的结构及其性能决定了它的应用。而金属材料的性能包括工艺性能和使用性能。工艺性能是指在加工制造过程中材料适应加工的性能，如铸造性、锻造性、焊接性、淬透性、切削加工性等。使用性能是指材料在使用条件和使用环境下所表现出来的性能，包括力学性能（如强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等）、物理性能（如熔点、密度热容、电阻率、磁性强度等）和化学性能（如耐腐蚀性、抗氧化性等）。 金属材料具有许多优良性能，是目前国名经济各行业、各部门应用最广泛的工程材料之一，特别是在车辆、机床、热能、化工、航空航天、建筑等行业各种部件和零件的制造中，发挥了不可替代的作用。 （1）、在汽车中的应用。缸体和缸盖，需具有足够的强度和刚度，良好的铸造性能和切削加工性能以及低廉的价格等，目前主要用灰铸钢和铝合金；缸套和活塞，对活塞材料的性能要求是热强性高，导热性好，耐磨性和工艺性好，目前常用铝硅合金；冲压件，采用钢板和钢带制造，主要是热轧和冷轧钢板。热轧钢板主要用于制造承受一定载荷的结构件，冷轧钢板主要用于构型复杂、受力不大的机器外壳、驾驶室、轿车车身等。还有汽车的曲轴和连杆、齿轮、螺栓和弹簧等，都按其实用需要使用的了不同的金属材料 （2）、在机床方面的应用。机床的机身、底座、液压缸、导轨、齿轮箱体、轴承座等大型零件部，以及其他如牛头刨床的滑枕、带轮、导杆、摆杆、载物台、手轮、刀架等，首选材料为灰铸铁，球磨铸铁也可选用。随着对产品外观装饰效果的日益重视，不锈钢、黄铜的 1.微波管参量：带宽、功率等的基本概念、分类 带宽：是指微波振荡器或放大器在一定工作条件下，能满足一定技术指标要求的工作频率范围。分类：绝对带宽，相对带宽，增益带宽，功率带宽，效率带宽，瞬时带宽，调谐带宽，冷带宽，热带宽；功率：连续波状态的功率，脉冲状态的功率，平均功率 2.平板间隙中的感应电流，感应电流的产生过程，渡越角，耦合系数等概念，电子与场的能量交换过程。 0020112(1)()E a k a k x q q q x Q S E qk q d Q q S E x qa q Q q S E d E E d x d εεε-=???==-????+=?????=-=????+-=? 其中E 为当平板中没有从阴极飞向阳极的电子带只有外加电压c V 时的电场 (1)()x Qk Q qk Q q d x Qa Q qa Q q d ?=-+=-+-????=+=+??电流是由电荷的变化产生的，因而外电路中的电流：a dQ dQ q dx dQ q i v dt dt d dt dt d ==+=+c d dV dQ i C dt dt ∴==感应电流：ind v i q d =，所以二极管 电极外电路中流过的电流实际上是运动电荷q -在飞行过程中电极上感应电荷的变化引起的，成为感应电流。设注入间隙的密度调制电子流为0m I sin i I t ω=+，0I 为电流的直流分量，m I 为电流的交变分量。选择间隙中间为坐标原点，0t 为电子层通过0x =点的时刻，认为电子以直流速度0v 匀速通过间隙，则电子层到达x 处的时间为00x t t v =+，0dx dt v =，dx 层中的电荷为0dx dq idt i v ==，000ind v v dx dx di dq i i d v d d === 200m 00m 0022I sin sin I sin 2d ind ind d v d i di I t I M t d v ωωωω-∴==+=+? 全球新材料产业发展特征与趋势 内容来源：互联网浏览次数：1248 更新时间：2018-04-08 新材料是指新出现的具有优异性能或特殊功能的材料，或是传统材料改进后性能明显提高或具有新功能的材料。融入了当代众多学科先进成果的新材料产业是支撑国民经济发展的基础产业，是高技术产业的发展先导和重要内涵，逐渐成为促进经济快速增长和提升企业及地区竞争力的源动力。 我国新材料产业细分产业导向 作为《中国制造2025》制造强国战略提出的十大重点领域之一，新材料产业承担着引领材料工业升级换代，支撑战略性新兴产业发展，保障国民经济和国防军工建设等重要使命。 一、国外新材料产业发展特征与趋势 1、各国新材料产业发展现状 新材料产业的发展水平已成为衡量一个国家经济社会发展、科技进步和国防实力的重要标志，因此世界各国纷纷在新材料领域制定出台相应的规划，竭力抢占新材料产业的制高点。 目前，发达国家仍在国际新材料产业中占据领先地位，世界上新材料龙头企业主要集中在美国、欧洲和日本，其中，日、美、德6家企业占全球碳纤维产能70%以上，日、美5家企业占全球12寸晶圆产量的90%以上，日本3家企业占全球液晶背光源发光材料产量的90%以上。 世界各国新材料领域相关发展计划 2、各国新材料产业发展趋势 (1)、高新技术发展促使材料不断更新换代 高新技术的快速发展对关键基础材料提出新的挑战和需求，同时材料更新换代又促进了高技术成果的产业化。 如微电子芯片集成度及信息处理速度大幅提高，成本不断降低，硅材料发挥了重要作用;新兴产业如氮化镓等化合物半导体材料的发展，催生了半导体照明技术;LED灯的光效给照明工业带来革命性变化;太阳能电池转换效率不断提高，极大推动了新能源产业发展。镁钛合金等高性能结构材料的加工技术取得突破，成本不断降低，研究与应用重点由航空、航天以及军工扩展到高附加值民用领域。 (2)、绿色、低碳成为新材料发展的重要趋势 新能源产业崛起，拉动上游产业如风机制造、光伏组件、多晶硅等一系列制造业和资源加工业的发展，促进智能电网、电动汽车等输送与终端产品的开发和生产。 欧美等发达国家已经通过立法，促进节能建筑和光伏发电建筑的发展，功能材料向微型化、多功能化、模块集成化、智能化等方向发展以提升材料的性能;纳米技术与先进制造技术的融合将产生体积更小、集成度更高、更加智能化、功能更优异的产品。绿色、低碳的新材料技术及产业化将成为未来发展的主要方向。 (3)、跨国集团在新材料产业中仍占据主导地位 目前，世界著名企业集团凭借其技术研发、资金和人才等优势不断向新材料领域拓展，在高附加值新材料产品中占据主导地位。 尤尼明几乎垄断着国际市场上4N8及以上高端石英砂产品;信越、SUMCO、Siltronic、SunEdison等企业占据国际半导体硅材料市场份额的80%以上。半绝缘砷化镓市场90%以上被日本日立电工、住友电工、三菱化学和德国FCM所占有。 DuPont、Daikin、Hoechst、3M、Ausimont、ATO和ICI等7家公司拥有全球90%的有机氟材料生产能力。美国科锐(Cree)公司的碳化硅衬底制备技术具有很强市场竞争力，飞利浦(Philips)控股的美国Lumileds公司的功率型白光LED国际领先，美、日、德等国企业拥有70%LED外延生长和芯片制备核心专利。 小丝束碳纤维的制造基本被日本的东丽纤维公司、东邦公司、三菱公司和美国的Hexel 公司所垄断，而大丝束碳纤维市场则几乎由美国的Fortafil公司、Zoltek公司、Aldila公司和德国的SGL公司4家所占据。美铝、德铝、法铝等世界先进企业在高强高韧铝合金材料的研制生产领域居世界主导地位。美国的Timet、RMI和Allegen Teledyne等三大钛生产企业的总产量占美国钛加工总量的90%，是世界航空级钛材的主要供应商。 (4)、新材料研发模式变革成为关注的重点 21世纪以来，发达国家逐渐意识到依赖于直觉与试错的传统材料研究方法已跟不上工业快速发展的步伐，甚至可能成为制约技术进步的瓶颈。因此，亟需革新材料研发方法，加速材料从研发到应用的进程。 例如，美国政府“材料基因组计划”(MGI)，其新材料从发现到应用的速度至少提高一倍， 纳米材料的应用及发展前景 摘要 纳米技术的诞生将对人类社会产生深远的影响，可能许多问题的发展都与纳米材料的发展息息相关。本文概要的论述了纳米材料的发现发展过程，并简述了纳米材料在各方面的应用及其在涂料和力学性能材料方面的发展前景。 关键词：纳米材料、纳米技术、应用、发展前景 一、前言 从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在0.1微米以下（注1米=100厘米，1厘米=10000微米，1微米=1000纳米，1纳米=10埃），即100纳米以下。因此，颗粒尺寸在1～100纳米的微粒称为超微粒材料，也是一种纳米材料。纳米金属材料是20世纪80年代中期研制成功的，后来相继问世的有纳米半导体薄膜、纳米陶瓷、纳米瓷性材料和纳米生物医学材料等。 纳米级结构材料简称为纳米材料(nanometer material)，是指其结构单元的尺寸介于1 纳米～100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。 纳米技术的广义范围可包括纳米材料技术及纳米加工技术、纳米测量技术、纳米应用技术等方面。其中纳米材料技术着重于纳米功能性材料的生产（超微粉、镀膜、纳米改性材料等），性能检测技术（化学组成、微结构、表面形态、物、化、电、磁、热及光学等性能）。纳米加工技术包含精密加工技术（能量束加工等）及扫描探针技术。 纳米粒子异于大块物质的理由是在其表面积相对增大，也就是超微粒子的表面布满了阶梯状结构，此结构代表具有高表能的不安定原子。这类原子极易与外来原子吸附键结，同时因粒径缩小而提供了大表面的活性原子。 纳米技术在世界各国尚处于萌芽阶段，美、日、德等少数国家，虽然已经初具基础，但是尚在研究之中，新理论和技术的出现仍然方兴未艾。我国已努力赶上先进国家水平，研究队伍也在日渐壮大。 二、纳米材料的发现和发展 微波元器件常见单词/参数中英文对照表 元器件销售工程师必备手册 工作在微波波段（频率为300～300000兆赫）的器件，称为微波器件。微波器件按其功能可分为微波振荡器（微波源）、功率放大器、混频器、检波器、微波天线、微波传输线等。通过电路设计，可将这些器件组合成各种有特定功能的微波电路，例如，利用这些器件组装成发射机、接收机、天线系统、显示器等，用于雷达、电子战系统和通信系统等电子装备。微波器件按其工作原理和所用材料、工艺不同，又可分为微波电真空器件、微波半导体器件、微波集成电路（固态器件）和微波功率模块。微波电真空器件包括速调管、行波管、磁控管、返波管、回旋管、虚阴极振荡器等，利用电子在真空中运动及与外围电路相互作用产生振荡、放大、混频等各种功能。微波半导体器件包括微波晶体管和微波二极管，具有体积小、重量轻、可靠性好、耗电省等优点，但在高频、大功率情况下，不能完全取代电真空器件。微波集成电路是将具有微波功能的电路用半导体工艺制作在砷化镓或其他半导体材料芯片上，形成功能块，在固态相控阵雷达、电子对抗设备、导弹电子设备、微波通信系统和超高速计算机中，有着广阔的应用前景。 英文 中文 ACCURACY 精度 ACCURACY OVERALL 总体精度 ADAPTER 适配器 ANTENNA MOUNT 天线支架 ATTENUATION 衰减 ATTENUATION STEPS 衰减步进 Attenuators 衰减器 AVERAGE 平均值 AVERAGE POWER 平均功率 BANANA PLUG 香蕉插头 BASE STATIONS 基站 BIAS “TEE” 偏置T形器 BIAS PORT 偏置端口 BINDING POSTS 接线端子 BROADBAND 宽带 BULKHEAD 穿墙 BULLET 插塞式 Chain 链路 COAX ADAPTERS 同轴适配器 Coaxial Cable 同轴电缆 CODE 代码 CONNECTOR 连接器 COUPLED 耦合的 COUPLING 耦合 CW 连续波 CABLE ASSEMBLIES 电缆组件 D SUBMINIATUR E PLUG 超小型 D 插头新型功能材料发展趋势
高功率微波武器技术综述
全球通信天线及基站射频器件市场现状及未来发展分析(精)
玻璃材料的应用现状与发展趋势
微波功率器件及其材料的发展和应用前景
微波功率器件进展
(汽车行业)汽车车身新材料的应用及发展方向
高功率微波定向能武器
主要功能陶瓷器件现状及趋势
国内外焊接材料的应用及发展趋势
高功率射频及微波无源器件中的考虑和限制
现代电力电子器件的发展与现状
电子信息材料发展趋势
金属材料的应用现状及发展趋势分析
微波器件原理
全球新材料产业发展特征与趋势
纳米材料的应用及发展前景
微波元器件常见单词(参数)中英文对照表