2024年, 第44卷, 第02期　
刊出日期：2025-06-18

  

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  WS₂场效应晶体管的表面电子掺杂

  李海鸥, 冯天旸, 刘兴鹏

  桂林电子科技大学学报. 2024, 44(02): 111-117. https://doi.org/10.16725/j.1673-808X.2022132

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  二硫化钨（WS₂）属于过渡金属硫族化合物（TMDs）材料，具有较宽的可调带隙（1.3～2.1 e V），缺陷密度相对较低，且有超高的表面积比，可通过外界掺杂或相变处理来改善载流子传输性能，在低功耗场效应晶体管和超灵敏光电探测器等领域有广阔的应用前景。采用微机械剥离的方法将多层WS₂薄膜转移到氧化铪（HfO₂）介质层上，制备出具有高栅控、低功耗的WS2背栅场效应晶体管，通过注入三乙胺（TEA）实现WS₂薄膜的表面电子掺杂。实验结果表明，修饰后的多层WS₂薄膜的面内振动模式有轻微位移，拉曼特征峰强度变弱，证明三乙胺溶液能有效增加WS₂薄膜内的电子浓度；薄膜与金属电极之间的欧姆接触良好，器件的电子迁移率由10.87 cm²·V^-1·s^-1提升到24.89 cm²·V^-1·s^-1，室温下的电流开关比保持在106，亚阈值摆幅为190.11 m V/dec。结合理论分析TEA对WS₂原子薄层的掺杂机理，TEA通过表面电荷转移的方式来增加WS₂半导体内的电子浓度，完成WS₂背栅场效应晶体管的n型掺杂。器件较高的电流开关比及电子迁移率的提升证明了TEA的表面修饰能有效调控多层WS₂晶体管器件的电子传输特性。
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  融合早期时钟流程与CCOpt的时钟树优化

  林孔成, 孙希延, 纪元法, 肖有军, 赵超峰

  桂林电子科技大学学报. 2024, 44(02): 118-126. https://doi.org/10.16725/j.1673-808X.2023199

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  随着集成电路工艺节点的演进，芯片集成规模的不断扩大以及工作频率的提高，传统时钟树综合策略无法满足目前芯片设计的时序要求。时钟协同优化（CCOpt）技术不能有效解决时钟树综合后的绕线拥塞和时钟门控路径的时序优化不佳问题。为此，提出一种融合早期时钟流程和CCOpt技术的时钟树优化方法，通过在标准单元布局阶段提前构建时钟树，对时钟树绕线、时钟单元驱动和间距进行约束，并运用和调控CCOpt的有用偏差技术，对数据和时钟路径同时进行优化来完成时钟树综合。将该方法应用到6 nm工艺下的PCIe模块进行验证，实验结果表明，该方法能有效缓解时钟树综合后的绕线拥塞，最差时序违例值降低了63.6%，时钟门控路径时序优化了20.3%，时钟网络功耗降低了1.54%，整体面积减小1.8%，有效提高了芯片的性能。
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  基于干扰辅助MMSE检测的去蜂窝大规模MIMO中D2D通信干扰协调算法

  陈玉萍, 赵峰, 李春海, 周慧怡

  桂林电子科技大学学报. 2024, 44(02): 127-135. https://doi.org/10.16725/j.1673-808X.202441

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  针对D2D通信复用去蜂窝大规模MIMO网络资源所带来的干扰问题，研究了与D2D通信共存的去蜂窝大规模多输入多输出系统的联合导频分配和功率优化问题。首先，为了抑制D2D用户（DUEs）对去蜂窝用户（CFUEs）的干扰，提出了一种干扰辅助最小均方误差（MMSE）检测器，并推导了DUE和基于干扰辅助MMSE检测的CFUEs在不完美信道状态条件下的上行链路闭合频谱效率表达式。其次，为了减少导频污染，针对导频分配问题，提出了以最小化系统归一化信道估计误差（NMSE）之和为优化目标的导频复用方式给DUEs分配导频，并结合基于禁忌搜索的粒子群算法给CFUEs分配导频的方案。针对数据功率优化问题，提出了在保证DUEs服务质量下最大化CFUEs中最小频谱效率的方案，并采用二分法进行求解。仿真结果表明，所提出的基于干扰辅助MMSE检测的联合导频分配和功率控制方案有效提高了系统总和频谱效率，且导频开销不会随着D2D数量增加而增加。
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  基于无线互联控制的电磁波成像及测量系统

  黄盈盈, 莫航, 姜湖, 陈萌宇, 李海鸥, 傅涛

  桂林电子科技大学学报. 2024, 44(02): 136-141. https://doi.org/10.16725/j.1673-808X.2022303

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  电磁波成像及测量设备具有价格昂贵、体积大、针对性强的特点。为了给教学和科研提供易用、廉价的便携式电磁波测量成像系统，设计了一种以矢量网络分析仪（VNA）为平台，基于无线互联控制的电磁波成像及测量系统。本系统使用手机或平板等移动设备作为信息显示客户端，以ESP8266物联模组为无线程控硬件基础，实时操作系统FreeRTos作为无线程控转发软件载体，实现全无线模式下数据及机电平台的互联控制测量。客户端通过无线网络与矢量网络分析仪、电机驱动控制电路相连，并进行参数设置与数据采集，再通过相应算法对采集的数据进行图像及滤波处理，实现电磁波成像及测量。系统以无线交互的方式使用户环境与精密仪器隔离，既保护了仪器，也降低了仪器的使用成本。实测结果表明，该测量系统能够准确地表征样品的表面波电场特性，测试结果与仿真结果相符。
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  基于V-UPF的GNSS芯片低功耗物理设计与验证

  曹荀, 邓洪高, 孙少帅, 肖有军, 白杨, 江富荣

  桂林电子科技大学学报. 2024, 44(02): 142-147. https://doi.org/10.16725/j.1673-808X.2023165

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  导航GNSS芯片作为导航产品发展的核心部件，伴随其工艺制程越来越先进，功耗问题已成为影响其发展的关键因素，同时传统UPF(unified power format)低功耗物理设计流程存在纠错成本高，验证困难等缺点。以TSMC 22 nm工艺下GNSS芯片的DMAREQ＿2模块为例，提出一种V-UPF(Verfiery-UPF)流程，在物理设计前后应用VC LP对设计文件全面静态低功耗验证。设计中通过规划多电压域、插入多种特殊低功耗单元，同时对电源开关单元采用daisy chain连接和交叉布局来降低系统功耗，使用Blockage技术降低电压域之间电平信号转化带来的泄露功耗与峰值功耗。最后，通过Prime timePX进行功耗分析。结果表明，在不同的工作环境下，总体功耗最多降低37.4%，静态功耗最多降低45.2%，动态功耗最多降低23.2%，本设计功耗优化效果显著。
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  堤坝管涌水下测距定位系统

  席宙, 陈真诚, 蒋奇云

  桂林电子科技大学学报. 2024, 44(02): 148-152. https://doi.org/10.16725/j.1673-808X.202273

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  当前堤坝管涌定位系统在堤坝渗漏检测方面表现优异，但无法测量水位深度。在原有堤坝管涌设备的基础上，采用STM32F4为控制核心的水声换能器作为接收端，设计了一个堤坝管涌水下定向测距定位系统。以设计中配置了STM32F4的TIM2发出的方波作为激励信号源，然后经过调理电路进行电压放大和功率放大，驱动发射端水声换能器向水中发射信号。发射信号经过一定距离的传播后，接收端换能器接收信号并进行幅值比较，确定峰值时刻的采样地址，最后根据采样点个数与点数之间的间隔实现对堤坝管涌仪的水下定向测距定位。在测量不同距离方面，提出了一种自适应脉冲算法，解决了单个脉冲测量不同距离误差较大的问题。现场测试结果表明，本系统在水下的定位误差范围在4%以内，可用于小型水库大坝管涌定位探测，为大坝管涌定位提供了一种新方法。
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  基于非凸log模型的脑电时-频-空特征选择方法

  王棋辉, 莫云, 梁国富, 许川佩, 张本鑫

  桂林电子科技大学学报. 2024, 44(02): 153-161. https://doi.org/10.16725/j.1673-808X.2022298

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  针对运动想象脑电时-频-空特征选择问题，提出了基于非凸log模型的稀疏特征选择方法（LOG方法）。首先，对原始脑电信号进行时-频分解，得到多个时-频段；其次，针对每个时-频段使用共空域模式（CSP）提取特征，得到时-频-空特征集合；最后，通过提出的基于log函数的非凸稀疏优化模型进行特征选择和分类，该模型可有效缓解L1范数正则化的有偏估计。为验证本方法的有效性，用3个公开的运动想象脑电数据集进行实验，相比现有的凸稀疏优化模型，非凸log模型取得了82.5%的平均分类准确率。实验结果表明，LOG方法不仅分类准确率高，且模型具有较好的稳定性和鲁棒性。
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  基于边缘化高斯厄密特卡尔曼滤波的有偏量测下机动目标跟踪方法

  余润华, 孙少帅, 邓洪高

  桂林电子科技大学学报. 2024, 44(02): 162-166. https://doi.org/10.16725/j.1673-808X.2023228

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  针对传感器存在测量偏差情况下的机动目标跟踪问题，提出一种基于边缘化高斯厄密特卡尔曼滤波的有偏量测下机动目标跟踪方法。首先，通过相邻时刻的量测差分构建差分量测方程，从而消除测量偏差，将相邻时刻的目标状态扩维形成增广状态向量以匹配差分量测方程，实现实时滤波估计，同时对增广状态向量进行边缘化处理以降低高斯厄密特滤波的采样维度，减小滤波负担；然后，将交互式多模型方法融入边缘化高斯厄密特卡尔曼滤波以解决机动目标运动模型不确定的问题，在此基础上利用差分量测方程和增广状态向量推导出相应的滤波方程。实验结果表明，本方法能有效消除传感器测量偏差，目标跟踪精度远高于传统的交互式多模型高斯厄密特卡尔曼滤波方法。
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  双通道解码的端到端连续语音识别

  朱洋, 曾庆宁, 赵学军

  桂林电子科技大学学报. 2024, 44(02): 167-173. https://doi.org/10.16725/j.1673-808X.2023223

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  在端到端连续语音识别系统中，完全基于自注意力机制的Transformer模型相比传统的混合模型提高了准确率。Conformer模型是在Transformer模型基础上增加一个擅长提取局部特征的卷积模块，将该模型作为整个识别系统的编码器，解码器使用注意力机制，注意力模型只适合短句子识别，并且在数据集存在噪声时会导致网络训练不稳定，添加CTC模型的序列对齐特性辅助训练来帮助模型收敛更快。针对单通道解码可在识别准确率上进一步优化的问题，提出了CTC与Attention双通道解码模型，将双通道解码与单一的CTC解码和单一的Attention解码进行对比验证，结果表明双通道解码在识别性能上提升了1%。针对在噪声环境下识别效果降低的问题，提出对端到端网络添加语言模型的方法。将N-gram语言模型加入网络中进行验证，结果表明在信噪比为10 dB的高噪声环境下，语言模型能够使字错率下降3.5%，提高了语音识别系统的鲁棒性。
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  一种针对TI-ADC的采样时钟相位失配数字校准技术

  黄尚恩, 施娟, 蒋丽, 韦雪明

  桂林电子科技大学学报. 2024, 44(02): 174-180. https://doi.org/10.16725/j.1673-808X.202470

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  针对采样时钟偏移失配对多相时间交织采样模数转换器(TI-ADC)性能影响很大的问题，将采样通道输出进行互相关，并利用一阶泰勒展开式进行自适应补偿校准的相位误差提取技术，有效补偿了多通道时序失配。基于65 nm CMOS工艺设计了一种12 bit 1.6 GS/s八相TI-ADC的采样相位失配校准电路。当输入信号频率为626.562 5 MHz时，校准后的TIADC有效位数提升了6.29 bit，信噪失真比提升38.1 dB，无杂散动态范围提升44.44 dB。设计结果表明，本技术结构简单，硬件资源消耗少，能够显著提高TI-ADC系统采样性能。
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  具有AlN钝化层的AlGaN/GaN HEMT热性能

  程识, 李琦, 崔现文, 叶健, 管理

  桂林电子科技大学学报. 2024, 44(02): 181-189. https://doi.org/10.16725/j.1673-808X.2024147

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  在现代电力电子和射频应用领域，AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMTs）因其卓越的电性能和高功率密度而备受关注。然而，随着这些应用对功率密度的要求日益增长，AlGaN/GaN HEMT器件的热管理问题逐渐凸显，成为限制器件性能进一步提升的关键因素，尤其是在高功率条件下，自热效应会导致器件结温升高，从而影响器件的可靠性和寿命。因此，开发新的结构以优化AlGaN/GaN HEMT的热性能，对于推动这一技术的商业化应用具有重要意义。为提高AlGaN/GaN HEMT的热性能，描述了具有AlN/SiN钝化层的AlGaN/GaN HEMT器件的自热效应，使用半导体器件模拟工具TCAD进行模拟。由于在器件顶部引入了额外的AlN钝化层，因此比传统的只有SiN钝化的器件表现出更优异的热性能。讨论了不同的AlN厚度（0～10μm）对GaN HEMT性能的影响，结果表明，AlN厚度为5μm的器件表现出较好的性能。提出的AlN/SiN堆叠钝化HEMT晶格温度为477 K，而传统的SiN钝化HEMT晶格温度为578 K。并且分别对比了具有AlN/SiN钝化层的AlGaN/GaN HEMT器件与传统AlGaN/GaN HEMT器件的输出特性曲线、转移特性曲线、瞬态漏电流响应曲线以及增益-频率特性曲线。
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  基于向量法近似的圆弧SAR成像方法

  蒋留兵, 姚思呈, 车俐

  桂林电子科技大学学报. 2024, 44(02): 190-195. https://doi.org/10.16725/j.1673-808X.2023158

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  Arc SAR是一种能够在短时间内可重复扫描360°的雷达成像技术，具有重访周期短，观测范围广等优点，在边坡检测、山体滑坡等场景中有着广泛的应用前景。在Arc SAR模式下雷达随着机械臂进行圆周运动来形成合成孔径，因其运动轨迹不是直线，所以不能直接运用传统直线导轨的成像方法，需为Arc SAR设计新的成像算法，然而现有的成像方法不能很好地平衡精度和复杂度。在距离多普勒算法中，由于采用泰勒展开来近似斜距，导致成像质量不佳，或是需采取分割策略进行成像。因此，提出了一种新的距离多普勒算法，利用目标与雷达的向量关系进行近似，求得了近似斜距表达式，继而得到了距离多普勒域的信号表达式。基于这一表达式，提出了相应的相位误差补偿方法，完成了图像聚焦。最后通过点目标仿真验证了该算法的有效性。
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  自适应灰狼算法优化的RSSI加权质心定位算法

  王磊杨, 王改云, 李林, 董建, 秦娟娟

  桂林电子科技大学学报. 2024, 44(02): 196-202. https://doi.org/10.16725/j.1673-808X.2023221

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  无线传感器网络节点的定位过程中未知节点的邻居锚节点数量会严重影响定位精度。为解决该问题，提出一种自适应灰狼算法优化的RSSI加权质心定位（AD-GWO-RSSI）算法。该算法首先根据传感器网络的连通关系，计算出所有未知节点的平均锚节点数量和每个未知节点的邻居锚节点数量，然后取两者的平均值作为GWO算法优化每个未知节点RSSI加权质心定位过程的阈值，最后将优化后的高精度定位节点作为伪锚节点对其他未知节点进行定位。实验结果表明，通过邻居锚节点数量关系获得自适应阈值的GWO算法去优化RSSI加权质心定位算法，不仅能达到较高的定位精度，还具有较强的泛化性和稳定性。
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  具有高击穿电压和低关断态电流的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管

  马旺, 陈永和, 刘子玉, 杨叶, 孙远远

  桂林电子科技大学学报. 2024, 44(02): 203-209. https://doi.org/10.16725/j.1673-808X.202291

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  为了能够完全发挥GaN基器件的优势，提高AlGaN/GaN HEMT器件的耐压值，通过在传统AlGaN/GaN HEMT的栅极和漏极之间加入一层Al组份为0～0.25线性渐变的AlGaN极化诱导层（PIL），形成Al极化梯度，进而诱导出三维空穴气（3DHG）。3DHG可起到辅助HEMT沟道耗尽的作用，其通过电荷的电场调制抬高了沟道处的整体电场值，使得栅漏之间的沟道电场分布更加均匀。使用Sentaurus TCAD对AlGaN/GaN HEMT器件进行仿真实验，并对物理模型参数进行校正。仿真结果表明，Al组份极化梯度越大，3DHG浓度峰值越大，最大浓度为1.05×10¹⁸ cm^-3，且3DHG浓度与PIL-HEMT击穿电压正相关；PIL-HEMT的电学特性得到了提高，击穿电压由常规AlGaN/GaN HEMT器件的66.7 V提高到975 V，有效长度平均耐压提高到162.5 V·μm^-1，比导通电阻Ron,sp=1.09 m?·cm²，相较于常规HEMT的比导通电阻增大了0.36 m?·cm²;FOM为1.23 GW·cm^-2，且在饱和电流(0.23 A·mm^-1)不变的前提下使关断电流从常规的1.6×10^-7 A·mm^-1减小到6.2×10^-8 A·mm^-1，降低了PIL-HEMT的静态功耗。
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  广义延拓外推多普勒的改进周跳探测方法

  戴远流, 符强

  桂林电子科技大学学报. 2024, 44(02): 210-215. https://doi.org/10.16725/j.1673-808X.2023190

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  针对多普勒积分法和多项式拟合法在周跳探测与修复时受观测误差和采样率的影响，无法准确地探测出周跳的大小，提出一种广义延拓外推多普勒的改进周跳探测方法。该方法通过挖掘最新多普勒数据的先验信息以及最新数据的影响力，利用广义延拓外推模型获得稳定且精度高的多普勒外推值，进而利用高精度的多普勒外推值与载波相位进行周跳探测，最后通过一次差的方式得到探测值。对实测数据进行周跳探测，结果表明，广义延拓外推多普勒的改进周跳探测方法能够准确探测1周及1周以上的周跳，性能优于多普勒积分法以及多项式拟合法。
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  基于超材料的宽带红外吸波器

  王淦, 王娇

  桂林电子科技大学学报. 2024, 44(02): 216-220. https://doi.org/10.16725/j.1673-808X.2022302

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  为了解决红外领域对高性能吸波器的需求问题，设计了一种基于超材料的宽带红外吸波器。此吸波器在“金属-介质-金属”三层结构基础上，通过设计印刷在介质基板上层的金属图案，实现了红外（10.0～12.7 THz）频段范围的宽带吸收，吸收率在90%以上的相对带宽达到了23%。分析了吸波器不同尺寸参数对吸收率的影响，并通过S参数反演法得到了吸波器的等效介电常数和等效磁导率，同时采用等效媒质理论、干涉相消理论分析了吸波器的吸波机理。此外，设计的吸波器还具备极化不敏感、高吸收率、剖面低的优点，并在一定入射角范围内保持稳定的工作带宽。