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　　电子开关的散热设计与可靠性提升

　　大电流电子开关面临严峻的散热挑战，TO-247封装MOSFET需配合散热器使用，热阻需控制在1.5℃/W以下。水冷散热方案可将功率密度提升至30W/cm³，适用于大功率变频器。某型号固态继电器采用铝基板直接键合(DBC)技术，结温降低20℃。寿命测试显示，结温每降低10℃，器件寿命延长1倍。最新研发的相变材料散热片，能在高温时吸收大量热量，特别适用于间歇性大电流冲击场景。

　　大需量表(负荷监控仪) PM

　　功率因数表 PPF

　　有功功率表 PW

　　无功功率表 PR

　　无功电流表 PAR

　　电线,电缆,母线 W

　　直流母线 WB

　　插接式(馈电)母线 WIB

　　电力分支线 WP

　　照明分支线 WL应急照明分支线 WE

　　图4. 混合型热光移相器。（a）由金属与掺杂波导并联形成的加热器结构示意图。（b）输出光功率随加热器功耗的变化曲线。（c）光学相位随驱动功率的变化曲线。（d）与金属加热器的热光移相器响应曲线对比进展3. 悬臂梁波导热光移相器

　　前文所述的热光移相器都是通过结构优化来提高移相器的性能，不能解决热量从硅衬底耗散的问题。解决该问题有效的办法是刻蚀硅波导附近区域的二氧化硅与硅衬底，利用空气热导率低的特性将热量集中于波导附近，减少热量耗散，提高移相器移相效率。其中，比较典型的工作有，2011年新加坡IME的研究人员设计并实现了悬臂梁波导结构，如图5所示，采用干法刻蚀将硅波导附近的二氧化硅和下方120 μm厚的硅衬底去除，保留部分二氧化硅，形成波导几何支撑结构，克服了硅波导可能面临的断裂与塌陷问题。这种结构可以将热光移相器移相效率提升至0.49 mW/π，但是由于空气热导率低，移相器的上升时间和下降时间大约是144 μs和122 μs。因此，这种结构的移相器一般用于光模块等只需要进行工作点单次调节而不用反复调节的器件。

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　　压敏电阻 RPS

　　接地电阻 RG

　　放电电阻 RD

　　启动变阻器 RS

　　频敏变阻器 RF

　　限流电阻器 RC

　　光电池,热电传感器 B压力变换器 BP

　　温度变换器 BT

　　速度变换器 BV

　　时间测量传感器 BT1,BK

　　液位测量传感器 BL

　　热光移相器是基于硅材料的热光效应实现的，由于硅材料具有较高的热光系数，通过硅材料温度改变完成硅波导光学性质调节的热光调制在硅基光器件中发挥着重要的作用，尤其是在低成本和低频调制领域，具有很高的吸引力。本文主要对国内外报道的热光移相器基本原理、器件结构与性能参数等进行了梳理，并对CUMEC热光移相器优化设计进行了详细介绍，对不同结构热光移相器的性能进行了分析与展望。2022年4月12日，联合微电子中心硅基光电子团队在Frontiers of Optoelectronics 期刊上发表了一篇以“Thermo optic phase shifters based on silicon on insulator platform: state of the art and a review”为题的综述文章。