面向100GHz+数模混合电路的0.5μm InP DHBT工艺

本文报道了一种高性能的3英寸磷化铟双异质结双极型晶体管工艺。发射极尺寸为0.5×5μm2的磷化铟双异质结双极型晶体管,电流增益截止频率以及最高振荡频率分别达到350GHz以及532GHz,击穿电压4.8V。基于该工艺研制了114GHz静态分频器以及170GHz动态分频器两款工艺验证电路,这两款电路的工作频率处于国内领先水平。     

基于0.5μm InP DHBT工艺的100GHz+静态及动态分频器

<正>针对超高速数模混合电路方面的应用,南京电子器件研究所开发了76.2 mm(3英寸)0.5μm InP DHBT工艺,器件截止频率达到500 GHz以上,可实现3层布线,工艺剖面图及器件性能如图1所示。采用该工艺研制出114 GHz静态分频器以及170 GHz动态分频器。图2为静态分频器及动态分频器实测结果。     

A 220 GHz dynamic frequency divider in 0.5 μm InP DHBT technology

A high performance 3 inch 0.5 μ m InP DHBT technology with three interconnecting layers has been developed. The epitaxial layer structure and geometry parameters of the device were carefully studied to get the required performances. The 0.5×5 μm² InP DHBTs demonstrated f_t=350 GHz, f_max=532 GHz and BV_CEO=4.8 V, which were modeled using Agilent-HBT large signal model. As a benchmark circuit, a dynamic frequency divider operating from 110 to 220 GHz has been designed, fabricated and measured with this technology. The ultra-high-speed 0.5 μm InP DHBT technology offers a combination of ultra-high-speed and high breakdown voltage, which makes it an ideal candidate for next generation 100 GHz+mixed signal integrated circuits.     

4 英寸fmax=620 GHz 的 0.25 μm InP DHBT

报道了一款在101.6 mm(4英寸)InP晶圆上制备的特征尺寸为0.25μm的磷化铟双异质结双极型晶体管。采用发射极自对准技术和介质钝化工艺,器件的发射极典型尺寸为0.25μm×3.00μm,最大电流增益为25,当发射极电流密度为10μA/μm^(2)时,器件的击穿电压达到了4.2 V,电流增益截止频率为390 GHz,最高振荡频率为620 GHz。建立了用于提取器件寄生参数的小信号等效电路模型,模型的仿真结果与高频实测数据具有很好的拟合精度。     

最高振荡频率为620 GHz的0.25 μm InP DHBT器件

磷化铟双异质结双极型晶体管(InP DHBT)具有非常高的截止频率以及较高的击穿电压(相对Si/SiGe而言),适合于太赫兹单片集成电路的研制.图1和图2分别展示了南京电子器件研究所研制的101.6mm(4英寸)0.25 μm InP DHBT器件剖面图和高频性能,器件电流增益(β)为25,击穿电压(BVCEO)为4....     

基于0.25μm InP DHBT工艺的340 GHz放大器

基于南京电子器件研究所0.25μm InP DHBT工艺设计并实现了一款340 GHz放大器,采用多层金属堆栈互联的薄膜微带传输线结构,实现了太赫兹低损耗传输线和MIM电容。放大器为六级共发射极拓扑,采用整体匹配方法,通过降低损耗的方式提高增益。通过在片小信号测试系统和功率测试系统测试芯片,测量结果表明该放大器在340 GHz的小信号增益达到10.43 dB,300～340 GHz频率范围内的小信号增益大于10 dB,在340 GHz的输出功率为3.24 dBm。     

基于InP DHBT工艺的33～170 GHz共源共栅放大器（英文）

基于500 nm磷化铟双异质结双极晶体管（InP DHBT）工艺,设计了一种工作在33～170 GHz频段的超宽带共源共栅功率放大器。输入端和输出端的平行短截线起到变换阻抗和拓展带宽的作用,输出端紧密相邻的耦合传输线补偿了一部分高频传输损耗。测试结果表明,该放大器的最大增益在115 GHz达到11.98 dB,相对带宽为134.98%,增益平坦度为±2 dB,工作频段内增益均好于10 dB,输出功率均好于1 dBm。     

基于InP DHBT工艺的32.2GHz超高速全加器

介绍了一种基于0.7μm磷化铟(InP)双异质结双极型晶体管(DHBT)工艺的超高速全加器,将加法运算与数据同步锁存融合设计来提高计算速度,采用多数决定运算法则设计单层晶体管并联型进位电路来降低功耗。测试结果表明,全加器的最高时钟频率达32.2 GHz,包含锁存器的全加器整体电路功耗为350 mW。     

基于InP DHBT工艺的13 GHz 1:8量化降速电路

<正>磷化铟双异质结双极型晶体管(InP DHBT)具有高截止频率、高击穿电压(相对Si及SiGe而言)及高器件一致性等优点,适合于超高速、大动态范围数模混合电路的研制,例如美国Keysight公司采样率高达160 GSa/s的数字示波器即采用InP DHBT超高速数模混合电路进行数据的采集与转换。     

基于InP DHBT工艺的140 GHz单片功率放大器

<正>磷化铟双异质结双极型晶体管(InP DHBT)具有超高频、高击穿等优点,在亚毫米波/太赫兹单片集成功率放大器应用方面具有独特优势。南京电子器件研究所基于76.2 mm InP DHBT圆片工艺,在国内首次研制出140 GHz单片集成功率放大器,该电路使用多层布线工艺以实现低损耗的薄膜介质微带线。电路拓扑方面,采用4级放大结构,末级采用4个发射极宽度0.5μm的单指InP DHBT器件进行功率合成,芯片面积约为2.0 mm×1.9mm。图1展示了     

W波段InP DHBT宽带高功率压控振荡器（英文）

成功实现了一款具有高输出功率和宽频率调谐范围的基波压控振荡器.其制作工艺为0. 8μm InP DH-BT工艺,晶体管的最大fT和fmax分别为170和250 GHz.电路核心部分采用了为高频应用改进的平衡式考毕兹拓扑,在后面添加一级缓冲放大器来抑制负载牵引效应,并提升了输出功率. DHBT的反偏CB结作为变容二极管来实现频率调谐.芯片测试结果表明,压控振荡器的频率调谐范围为81～97. 3 GHz,相对带宽为18. 3%.在调谐频率范围内最大输出功率为10. 2 dBm,输出功率起伏在3. 5 dB以内.在该压控振荡器的最大调谐频率97. 3 GHz处相位噪声为-88 dBc/Hz@1MHz.     

数模混合电路的工艺开发

本文简要说明了数模混合电路工艺平台的建立过程中，单项工艺的开发和工艺集成的建立。     

基于InP DHBT工艺的140～220GHz单片集成放大器

<正>磷化铟双异质结双极型晶体管(InP DHBT)具有超高频、高击穿等优点,在亚毫米波/太赫兹单片集成功率放大器应用方面具有独特优势。国外已研制出基于InP DHBT工艺的220 GHz、200 mW单片集成功率放大器以及700 mW功率放大模块。南京电子器件研究所基于76.2 mm InP DHBT圆片工艺研制出140~220 GHz单片集成放大器,该电路采用了功率增益截止频率(f_(max))超过500 GHz的InP DHBT器件,如图1所示。测试结果表明,该电路在140 GHz、200 GHz以及220 GHz的小信号     

最高振荡频率为620GHz的0.25μm InP DHBT器件北大核心

磷化铟双异质结双极型晶体管(InP DHBT)具有非常高的截止频率以及较高的击穿电压(相对Si/SiGe而言),适合于太赫兹单片集成电路的研制。图1和图2分别展示了南京电子器件研究所研制的101.6mm(4英寸)0.25 μm InP DHBT器件剖面图和高频性能,器件电流增益(β)为25,击穿电压(BVCEO)为4.2 V(Je=10 μA/μm2),电流增益截止频率(ft)和最高振荡频率(fmax)分别达到390 GHz和620 GHz。基于0.25 μm InP DHBT工艺,研制了340GHz单片集成放大器,该放大器小信号S参数测试结果如图3所示,300 GHz 增益为 15 dB,340 GHz 增益为 7.5 dB。     

基于0.13 μm SiGe BJT工艺的25 GHz超宽带采样/保持电路

提出了一种基于0.13μm SiGe BJT工艺的超宽带采样/保持电路.采用辅助开关电路,优先对信号进行提前处理,提高了电路的线性度.采用全差分开环结构和多级级联输出缓冲器,有效减少了下垂率.在5 V电源电压和100 fF负载电容下,采用Cadence Spectre进行仿真分析.结果表明,在相干采样下,时钟频率为4 ...     

中心距10 μm截止波长2.6 μm的延伸波长InGaAs焦平面探测器（英文）

采用ICP(inductively coupled plasma etching)刻蚀与湿法腐蚀相结合的方式,研制了像元中心距为10μm、截止波长2. 6μm的p-i-n型10×10元延伸波长In Ga As探测器.不同温度下的电流—电压特性研究和激活能分析,显示了器件优异的暗电流特性.在室温下,-10 mV偏压时器件的暗电流和优质因子R0A分别为0. 45 nA和14. 7Ω·cm~2,量子效率可达到63%.为了证实像元中心距减小并未影响器件性能,与同种材料中心距30μm的InGaAs焦平面阵列进行了对比分析.相似的实验结果进一步证明了工艺的可行性,对今后实现高密度、大面阵延伸波长InGaAs探测器具有重要的指导意义.     

基于InP HBT工艺的100 GHz静态及动态分频器

<正>南京电子器件研究所基于76.2 mm(3英寸)InP HBT圆片工艺,研制出最高工作频率达100 GHz的静态分频器以及动态分频器。图1为静态分频器测试结果,此电路可在2~100 GHz范围内实现二分频。图2为动态分频器测试结果,此电路可在75~100 GHz范围内实现二分频。     

基于InP DHBT工艺的DC～45 GHz 1∶8低相噪静态分频器

采用0.7μm InP DHBT工艺设计并实现了一款超宽带1∶8静态分频器芯片,内部分频采用电流模式逻辑结构实现,针对InP DHBT器件的高频特点对内部各电路进行了合理优化,实现了整个工作带宽内的宽输入功率范围和高输出信号平坦度。测试结果显示,正弦波输入时芯片可工作在0.2～45.0 GHz超宽带范围内,输入功率覆盖-10～+7 dBm,输出功率大于3.9 dBm,38 GHz输入时相位噪声优于-140 dBc/Hz,总功耗0.29 W。     

一种基于0.13 μm SiGe工艺的77 GHz功率放大器

提出了一种采用0.13 μm SiGe工艺制作的77 GHz功率放大器。该放大器采用两路合成结构提高输出功率,采用两级差分放大结构提高增益。功率级选择Cascode结构,提升功率级输出阻抗,便于匹配。驱动级选择共射极加中和电容的结构,便于提升增益。在输入端,通过两路耦合线巴伦结构进行功率分配,得到两对差分信号,经过两路放大之后再通过两路耦合线巴伦结构进行功率合成,最后输出信号,级间匹配采用变压器匹配。该功率放大器采用ADS软件仿真。结果表明,在77 GHz的工作频点处,小信号增益为19.6 dB,峰值功率附加效率为11%,饱和输出功率为18.5 dBm。