太赫兹InP DHBT 器件研究

InP DHBT 器件具有优异的高频特性、良好的散热、击穿和噪声性能,是实现超高频、低噪声功率放大 电路设计的最具性能优势的器件之一。文中简要介绍和分析了影响高频器件电性能参数的主要因素,优化了材料 结构和版图设计,最终采用三台面湿法化学腐蚀工艺、自终止工艺、自对准光刻工艺和空气桥工艺等加工工艺研制 得到发射极线宽0. 7 μm 的InP DHBT 器件,并配套集成了平行板电容和金属薄膜电阻,片内器件一致性良好。不断 缩小器件基区台面面积,器件电性能最终实现:最大直流增益β 为30,10 μA 下的集电极-发射极击穿电压BVCEO 为 3. 2 V,截止频率fT 为358 GHz,最大振荡频率fmax 为407 GHz。测试结果表明,该器件可应用于220 GHz 放大器、 100 GHz 以下压控振荡器等数模混合集成电路。     

InP DHBT技术的最新进展

阐述了目前InP DHBT器件技术的研究进展,介绍了I型InP/InGaAs DHBT技术的研究水平和Ⅱ型InP/GaAsSb DHBT技术的开发现状。综述了InP DHBT在功率放大器、分布放大器、静态分频器和压控振荡器领域的应用,指出了其在高速数据传输系统中的重要性。为了适应高速数据传输系统的飞速发展,满足10/40/100Gbit/s高速系统的技术需求,对我国研发InPDHBT技术提出初步建议。     

InP DHBT技术的最新进展

阐述了目前InP DHBT器件技术的研究进展,介绍了I型InP/InGaAs DHBT技术的研究水平和Ⅱ型InP/GaAsSb DHBT技术的开发现状。综述了InP DHBT在功率放大器、分布放大器、静态分频器和压控振荡器领域的应用,指出了其在高速数据传输系统中的重要性。为了适应高速数据传输系统的飞速发展,满足10/40/100Gbit/s高速系统的技术需求,对我国研发InPDHBT技术提出初步建议。     

MBE生长的InP DHBT的性能

报道了一种自对准InP/InGaAs 双异质结双极晶体管的器件性能.成功制作了U型发射极尺寸为2μm×12μm的器件,其峰值共射直流增益超过300,残余电压约为0.16V,膝点电压仅为0.6V,而击穿电压约为6V.器件的截至频率达到80GHz,最大震荡频率为40GHz.这些特性使此类器件更适合于低压、低功耗及高频方面的应用.     

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。     

InP异质结晶体管

提出了准平面构成的InP HBT新结构，用Si离子注入在半绝缘InP：Fe上形成隐埋n型区来代替通常采用的外延n型收集区，可有效降低器件的高度，减小寄生参数，提高器件的可靠性，测量结果表明，晶体管的hfe=100,VCE=3-4V,fT=10GHz。     

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。     

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。     

多晶发射极双台面微波功率SiGe HBT

研制成功了可商业化的75mm单片超高真空化学气相淀积锗硅外延设备SGE500,并生长了器件级SiGe HBT材料.研制了具有优良小电流特性的多晶发射极双台面微波功率SiGe HBT器件,其性能为:β=60@VCE/IC=9V/300μA,β=100@5V/50mA,BVCBO=22V,ft/fmax=5.4GHz/7.7GHz@10指,3V/10mA.多晶发射极可进一步提供直流和射频性能的折衷,该工艺总共只有6步光刻,与CMOS工艺兼容且(因多晶发射极)无需发射极外延层的生长,这些优点使其适合于商业化生产.利用60指和120指的SiGe HBT制作了微波锗硅功率放大器.60指功放在900MHz和3.5V/0.2A偏置时在1dB压缩点给出P1dB/Gp/PAE＝22dBm/11dB/26.1%.120指功放900MHz工作时给出了Pout/Gp/PAE＝33.3dBm (2.1W)/10.3dB/33.9%@11V/0.52A.     

多晶发射极双台面微波功率SiGe HBT

研制成功了可商业化的75mm单片超高真空化学气相淀积锗硅外延设备SGE50 0 ,并生长了器件级SiGeHBT材料.研制了具有优良小电流特性的多晶发射极双台面微波功率SiGeHBT器件,其性能为:β=60 @VCE/IC=9V/ 30 0 μA ,β=1 0 0 @5V/ 50mA ,BVCBO=2 2V ,ft/ fmax=5 4GHz/ 7 7GHz @1 0指,3V/ 1 0mA .多晶发射极可进一步提供直流和射频性能的折衷,该工艺总共只有6步光刻,与CMOS工艺兼容且(因多晶发射极)无需发射极外延层的生长,这些优点使其适合于商业化生产.利用60指和1 2 0指的SiGeHBT制作了微波锗硅功率放大器.60指功放在90 0MHz和3 5V/ 0 2A偏置时在1dB压缩     

发射区底切对倒置结构InP/GaAsSb/InP DHBT性能的影响

基于考虑载流子弹道输运等非局域传输瞬态效应的流体动力学模型,数值模拟计算了集电区在上面发射区在下面的倒置InP/GaAsSb/InP双异质结双极晶体管(DHBT)器件的直流输出特性和高频性能.计算结果表明:由于集电区台面面积小,集电区在上的倒置InP/GaAsSb/InP双异质结双极晶体管有较高的高频性能;对于发射区在下面与基区接触面积大导致较多的基区载流子复合而使器件的增益偏低问题,可以考虑掩埋侧边腐蚀工艺底切发射区的技术来减少发射区和基区的接触面积,从而减少复合改善器件的增益特性.     

Ultra high-speed InP/InGaAs DHBTs with ft of 203 GHz

InP/InGaAs/InP double heterojunction bipolar transistors (DHBTs) were designed for wide band digital and analog circuits, and fabricated using a conventional mesa structure with benzocyclobutene (BCB) passivation and planarization process techniques. Our devices exhibit a maximum ft of 203 GHz, which is the highest ft for DHBTs in mainland China. The emitter size is 1.0×20 μm2. The DC current gain β is 166, and BVCEO=4.34 V. The devices reported here employ a 40 nm highly doped InGaAs base region and a 203 nm InGaAsP composite structure. They are suitable for high speed and intermediate power applications.     

ft =203GHz的超高速InP/InGaAs双异质结晶体管

为了适应数字及模拟电路带宽的不断增加,我们在传统的台面结构基础上利用BCB钝化平坦化工艺技术,设计并研制了InP/InGaAs/InP双异质结双极型晶体管。我们研制的晶体管ft达到203GHz,是目前国内InP基DHBT的最高水平,发射极尺寸为1.0μm×20μm,电流增益β为166,击穿电压为4.34V,我们的器件采用了40nm高掺杂InGaAs基区,以及203nm含有InGaAsP复合式结构的集电区。该器件非常适合高速中功耗方面的应用。     

功率为16.9 dBm增益大于20 dB的InP DHBT W波段功率放大器

A two-stage MMIC power amplifier has been realized by use of a l-μm InP double heterojunction bipolar transistor(DHBT).The cascode structure,low-loss matching networks,and low-parasite cell units enhance the power gain.The optimum load impedance is determined from load-pull simulation.A coplanar waveguide transmission line is adopted for its ease of fabrication.The chip size is 1.5×1.7 mm~2 with the emitter area of 16×1μm×15μm in the output stage.Measurements show that small signal gain is more than 20 dB over 75.5-84.5 GHz and the saturated power is 16.9 dBm @ 79 GHz with gain of 15.2 dB.The high power gain makes it very suitable for medium power amplification.     

75 GHz 13.92 dBm InP DHBT 共射共基功率放大器

报道了基于InP基双屏质结双板晶体管(DHBT)工艺的四指共射共基75 GHz微波单片集成(MMIC)功率放大器,器件的最高振荡频率fmax为150 GHz.放大器的输出极发射极面积为15μm×4μm.功率放大器在75 GHz时功率增益为12.3 dB,饱和输出功率为13.92 dBm.放大器在72.5 GHz处输入为2 dBm时达到最大输出功率14.53 dBm.整个芯片传输连接采用共面波导结构,芯片面积为1.06 mm×0.75 mm.     

一种基于InP DHBT的CB Stack功率放大器设计北大核心

设计了一种中心频率为75 GHz的单级MMIC功率放大器，基于0.8μm InP DHBT器件制造，该器件ft/fmax为171/250 GHz。电路采用两层共基堆叠(CB Stack)结构，其中下层共基偏置采用基极直接接地，输入端发射极采用-0.96 V负压供电的方式，偏置电压Vc2为4 V。为了提高输出功率，上下两层器件进行了四指并联设计。此外，采用同样器件设计了另外一款下层共射的传统Stack结构电路。通过大信号仿真对CB Stack与国际上部分先进工艺下InP基的传统Stack结构电路性能进行对比，CB Stack结构在增益和峰值PAE上都比传统Stack有更好的表现。     

0.1～325GHz频段InP DHBT器件在片测试结构建模

给出了InP DHBT器件在片测试用到的开路和短路结构的等效电路模型.模型拓扑结构基于物理结构建立,并对其在亚毫米波段的高频寄生进行相对完整的考虑.模型的容性和阻性寄生采用解析提取技术,从开路结构低频测试数据中获取.模型的高频趋肤效应采用传统物理公式计算初值,并结合短路测试结构的低频解析提取结果对计算公式进行修正,使其适用于实际测试结构建模.模型拓扑结构和参数提取方法,采用0. 5μm InP DHBT工艺上设计所得开路、短路测试结构进行验证.模型仿真和测试所得S参数在0. 1～325 GHz频段内吻合地很好.     

基于InP衬底的GaAsSb/InP异质结晶体管

采用金属有机化学气相沉积生长了InP/GaAs0.5Sb0.5/InP 双异质结晶体三极管(DHBT)材料,研究了材料质量对器件性能的影响.制备的器件不但具有非常好的直流特性,而且还表现出良好的微波特性,其结果与能带理论的预言一致,DHBT集电结和发射结的电流理想因子分别为1.00和1.06,击穿电压高达15V,电流放大增益截止频率超过100GHz.     

基于InP衬底的GaAsSb/InP异质结晶体管

采用金属有机化学气相沉积生长了InP/GaAs0.5Sb0.5/InP 双异质结晶体三极管(DHBT)材料,研究了材料质量对器件性能的影响.制备的器件不但具有非常好的直流特性,而且还表现出良好的微波特性,其结果与能带理论的预言一致,DHBT集电结和发射结的电流理想因子分别为1.00和1.06,击穿电压高达15V,电流放大增益截止频率超过100GHz.