2021年3月29日下午，星空体育官网第五期研究生学术沙龙在嘉定校区星空体育官网一楼多功能厅成功举办，同时通过腾讯会议线上直播。星空体育官网约60名研究生和本科生参加，邀请了胡挺、刘宇浩、姚镭、任开琳、梁洁五位老师作为点评嘉宾，学院党委副书记张桂杰、研究生辅导员朱沁一同参加。本期学术沙龙由许泽斌同学主持。

本期学术沙龙邀请到我院在读博士生孙迎庆学长和邹雅丽学姐做学术分享，孙迎庆学长就《芯片电路可靠性设计》做了主题报告、邹雅丽学姐就《射频声波滤波器研究与应用》做了主题报告。他们为同学们介绍了各自的科研工作，并就相关研究内容与参会教师进行了充分的交流和探讨。

首先由孙迎庆学长主讲，他的汇报主要从四个部分展开。第一部分是ASIC设计流程，他引入一张半导体技术蓝图来介绍了IC设计的高度集成化，集成度更高的IC器件对其效率、尺寸、成本以及可靠性提出更高的要求。IC按照生产目的、实现方法、有源器件及工艺和规模可以分为不同种类。介绍了完整的ASIC设计流程从制定规范开始，整个流程包括结构与电路设计，版图设计与验证，输出GDS数据送到工厂流片，最后对IC产品进行封装测试及功能验证。第二部分是ESD设计与简介，他介绍到静电损伤/过电损伤（ESD / EOS）是导致半导体器件失效的主要原因，占40%左右。半导体芯片电路大都包含ESD保护电路，按照JEDEC标准要求，需要进行多种可靠性测试以使产品达到指标。芯片电路ESD测试有三种主要测试模型：人体模型（HBM），充电设备模型（CDM）和机器模型（MM）。ESD导致的失效形式有结击穿、氧化层击穿、金属/通孔的损坏等，其对芯片电路的损坏形式可分为电压型损伤和电流型损伤。一些传统的ESD防护器件有Diode、SCR、NMOS、Field-Oxide Device等。之后介绍了全芯片ESD防护和设计窗口、电路结构，并用仿真波形图来描述ESD信号监测电路，最后展示了芯片电路的ESD测试过程。第三部分是EOS失效与预防，EOS (Electrical Over Stress)指过电应力，当外界电流或电压超过器件的最大规范条件时，器件性能会减弱甚至损坏，在这部分，他介绍了预防EOS的一些方法。第四部分是Latch-Up原理与预防，他为我们解释了闩锁效应（Latch-up），这是指CMOS电路中在电源VDD和地线GND之间由于寄生的PNP和NPN相互影响可能会产生的一个低阻抗通路，使VDD和GND之间会产生大电流，并介绍了Latch-Up测试标准与流程。为防止闩锁效应或隔绝噪声的考虑，在版图设计中需要用到保护环，保护环分为多数载流子保护环和少数载流子保护环两种。最后介绍了其他的可靠性设计，如金属距离和密度设计、天线效应处理、可制造性设计等。

随后，由邹雅丽学姐主讲，她的研究聚焦于射频声波滤波器研究与应用。她首先介绍了RFFE典型模式，其包括电源放大器，LNA，天线调谐器，滤波器和开关。随着数据指数型的增长，需要支持的网络频段越来越多，目前无线网络中有大约100个频段，射频前端模块成了移动设备中不可缺少的一部分。因声波滤波器具有良好的性能和易于集成的尺寸，之前所使用的陶瓷滤波器迅速被其替代。滤波器是一种选频装置，通过耦合基本元件或谐振器来实现，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其它频率成分。声波滤波器分为声表面波滤波器（SAW）、体声波滤波器（BAW）两种。SAW滤波器的基本结构是在具有压电特性的基片材料抛光面上制作叉指换能器(IDT)，用作谐振器。为降低频率温度依赖性，实现零温漂，温度补偿型声表面波滤波器(TC-SAW)得到广泛的应用。与以往的SAW相比，高性能声表面波滤波器（I.H.P.SAW）采用了能将声表面波的能量集中在基板表面的构造，具有高Q值、低TCF、高散热性以及优异的机电耦合系数。再阐述完SAW之后，她介绍了BAW的两种：FBAR和SMR-BAW。接着，她对两种声波滤波器进行了比较，BAW滤波器的关键性能在于低插入损耗和高Q值等优点。不过，与SAW滤波器相比，BAW滤波器仍面临着成本过高、量产工艺不够成熟等问题。对于未来的射频滤波器发展，她提到高Q值、高机电耦合系数、杂波和寄生模态抑制是非常重要的方面。

问答环节：

任开琳老师：目前市场上常用的ESD防护器件是哪种？

孙迎庆：FOD原理与NMOS类同，都是利用寄生BJT释放ESD电流，FOD是一种厚氧化物的MOS结构，一般很少使用。目前应用比较广泛的NMOS，PMOS,SCR结构的ESD器件。

梁洁老师：有关SCR的内容，可以具体介绍一下吗？

孙迎庆：SCR是可控硅整流器（Silicon Controlled Rectifier）的缩写。SCR与Latch-Up的结构很相似，其主要利用了Latch-Up的原理，在版图设计中为避免发生Latch-Up，要将NMOS和PMOS保持一定的距离。而SCR也是利用寄生的NPN-PNP结构，来触发导通释放ESD电流，其缺点就是触发电压比较高，维持电压低，容易发生Latch-Up，一般情况下需要添加其它结构来降低SCR结构的触发电压。

任开琳老师：在设计仿真时，对于声波在表面传输的情形，是采用怎样的模型？

邹雅丽：首先有一维的简单电路模型，目前采用COMSOL去做二维模型的仿真，为进一步得到精确的结果，三维模型的仿真也是十分必要的。

梁洁老师：SAW和BAW是同时应用在手机的射频前端模块里吗，手机中集成的滤波器大概有多少个?

邹雅丽：目前手机厂商出于平衡成本和性能的综合考虑，都是采用SAW/BAW混合的方案。例如LTE中Band40频段和WiFi 2.4G频段相邻，在同时通讯的情况下它们需要共存，在解决共存干扰的问题时，就是采用一颗BAW和一颗SAW的方案。目前，手机上集成了将近100个声波滤波器，它们集成在模组上应用在手机里。

白萍萍：在进行COMSOL仿真时，如何去定义IDT电极的尺寸?

邹雅丽：根据它的频率和材料的声速去定义叉指电极的周期尺寸参数。

余希：在你具体的研究过程中，是如何实现声波滤波器的高Q值和大带宽?

邹雅丽：在我的研究过程中，目前是寻找一种新的振动模态的声波，例如兰姆波、板波等，来制造具有优异性能的器件。

“研芯微讲堂”主题学术沙龙，是上海星空体育官网发起、自发组织与管理的常态化学术交流研讨活动，旨在加强学院的学术氛围建设，激发学术热情。期待各位同学积极参与、展现自我！

（撰稿：高云飞，审核：朱沁）