基于电源调制的L波段高性能GaAsHBT功率放大器

介绍了一种基于GaInP/GaAs异质结双极晶体管(HBT)工艺、电源调制的高峰均比、高功率附加效率L波段功率放大器芯片,可满足多载波聚合、大容量通信系统的要求。从器件层面控制基极表面复合、寄生电阻和电容,实现低膝点电压、跨导均匀的晶体管;在电路层面采用自适应偏置电路和谐波调谐等提升线性和功率附加效率。该放大器采用前级驱动加末级输出、驱动比为1∶6的两级晶体管架构和高低通搭配的匹配电路。测试结果表明,在5 V偏置电压下,该功率放大器的饱和输出功率大于35 dBm;在大功率回退时(8 dBm),增益变化小于2 dB,功率附加效率指标达到50%;对于调制带宽为25 kHz的16进制正交振幅调制(16QAM)通信系统,邻道功率比小于-38 dBc@27 dBm。

基于GaAsHBT的C波段RLC负反馈功率放大器设计

提出了一款基于GaAs HBT C波段的线性负反馈功率放大器(power amplifier,PA).本设计采用三级共发射极(common emitter,CE)结构,使用两种不同的有源线性偏置来提升PA的线性度,同时使用RLC负反馈网络来提高稳定性和拓展工作带宽.针对传统的负反馈网络结构PA的增益下降问题,RLC负反馈网络可以通过调整负反馈网络中的电感值来有效减小负反馈带来的增益下降的影响.测试结果表明:室温下,在5.1~7.4 GHz范围内,实现增益大于28 dB.在5.9~7.1 GHz的线性工作频段内,平均增益大约为29.5 dB,S11和S22均小于-10 dB;在满足无线局域网标准802.11a,采用20 MHz 64-QAM信号,EVM达到-30 dB的输出功率为18.9~22.5 dBm.在5.9~6.2 GHz时,饱和输出功率大于30 dBm,最大的附加功率效率大于35%.

晶圆级柔性高性能GaN HEMT及InP HBT器件

通过研究基于临时键合与解键合工艺的GaN、InP等材料无损剥离和晶圆级柔性集成等关键技术,提出了解决当前柔性化合物半导体器件普遍存在的转移后器件性能退化严重和大面积批量制造困难等问题的方案,制备出100 mm(4英寸)柔性GaN HEMT器件和75 mm(3英寸)InP HBT器件。其中,柔性GaN HEMT器件的饱和电流衰减仅为8.6%,柔性InP HBT器件的电流增益截止频率和最高振荡频率分别达到了358 GHz和530 GHz。表明采用本文介绍的柔性化方法制备的柔性电子器件在高频大功率等领域具有较好的应用前景。

SiGe HBT瞬时剂量率效应实验及仿真研究

锗硅异质结双极晶体管(SiGe Heterojunction Bipolar Transistor,SiGe HBT)由于其优异的温度和频率特性,在航空航天等极端环境中具有良好的使用前景,其辐射效应得到了广泛关注。针对KT9041 SiGe HBT进行了瞬时γ射线及脉冲激光辐照实验,获得其瞬时剂量率效应(Transient Dose Rate Effect,TDRE)响应。实验结果表明,SiGe HBT收集极在辐照下会产生明显的光电流脉冲,并且存在着饱和阈值的现象。此外,在脉冲激光辐照实验中还进行了SiGe HBT总剂量效应与瞬时剂量率效应的协同效应研究。发现SiGe HBT在经过总剂量辐照后其产生的光电流幅值会变大。为了分析实验中观察到的现象,应用TCAD建立了KT9041 SiGe HBT的仿真模型,并进行了瞬时γ射线辐照以及总剂量效应仿真研究。仿真发现,SiGe HBT收集极光电流出现的饱和现象是由示波器端口50Ω匹配电阻所造成的。而总剂量效应导致的光电流幅值变大则是由于总剂量效应会在SiGe HBT收集极电极处的Si/SiO2界面引入正电荷缺陷,正电荷缺陷产生的局部电场会对自由电子产生吸引作用,导致更多的自由电子被收集极收集,从而产生幅值更大的光电流。

基于HBT工艺的低三阶交调失真射频放大器优化设计

针对宽带大信号容量无线系统对低三阶交调失真射频放大器的迫切需求,从放大器偏置点优化和片上散热优化两个方面研究了基于HBT工艺的低三阶交调失真射频放大器优化设计方法。分析了达林顿复合结构射频放大器交调特性与直流偏置点的关系,给出了放大器最佳三阶交调直流偏置点。提出了一种优化散热的输出级分散布局电路结构,减小了片上温升带来的三阶交调性能恶化。应用提出的优化设计理论方法,基于2μm AlGaAs/GaAs HBT工艺,设计了一款工作于0.05~1 GHz的低三阶交调失真射频放大器。测试结果表明,该放大器实现了42.1 dBm的输出三阶交调点,三阶交调与1 dB压缩点之比达到了21.2 dB。

应用于WLAN的GaAs HBT功率放大器设计

提出了一款基于GaAs HBT工艺的高功率功率放大器(Power Amplifier,PA).设计采用三级放大器级联的结构以提高功率放大器的功率增益,在功率晶体管的基极处串联RC有耗稳定网络来提高稳定性及改善增益平坦度,采用电流镜有源偏置的方式提升大信号输出时的功率、效率及线性度表现,同时在输出级放大器处添加功率检测电路以得到随输出功率变化的直流电压信号.EM仿真结果表明:PA的输出频率范围为5.1~6.5 GHz,增益为33~33.7dB,S11、S22<-9.8 dB,饱和输出功率为32.8~34.9 dBm,峰值效率为38.7%~42%,在满足无线局域网标准802.11ax、调制策略为MCS7的情况下,EVM达到-30 dB时输出功率为20~21 dBm,芯片面积为1.69 mm×0.73 mm.测试结果表明:S参数测试结果与仿真结果表现出较好的一致性,PA在满足前述无线局域网标准时输出功率为13.6~19.8 dBm.

HBT晶体高压下结构、电子及光学性质的密度泛函理论研究

基于密度泛函理论研究富氮含能材料HBT晶体在高压下的几何结构、电子和光学性质.结果表明在考虑范德瓦尔斯色散修正的情况下,分子晶体和单分子几何结构数据与实验符合很好,误差在5%以内.零压下HBT晶体的能带带隙为4.03 eV,随着压强增大,带隙减小,高压下属于宽禁带半导体.带隙变窄,吸收系数达到2.3×10^(6)cm^(-1).研究结果为进一步分析高压下HBT晶体特征提供理论参考.

极端温度下功率SiGe HBTs辐照特性研究

为研究不同发射极面积的SiGe HBTs在极端温度下的辐照特性,本文系统地表征了质子辐照前后功率硅锗异质结双极晶体管(SiGe HBTs)在不同温下的辐照特性;揭示发射极面积与功率SiGe HBTs的辐照损伤相关性;对功率SiGe HBTs器件进行建模研究,提取辐照影响器件内部的主要参数;表征了不同条件下辐照前后电子密度变化量(Δedensity)、载流子复合率变化量(ΔSRH recombination)以及载流子迁移率变化量(Δemobility),对辐照影响功率SiGe HBTs的内部物理机制进行系统的分析。研究结果表明,功率SiGe HBTs的发射极面积与质子辐照损伤成正比,性能退化严重;在极端温度下,具有更好的抗质子辐照能力;在抗辐照领域和空间应用等领域有巨大的潜力。

一种抑制单粒子瞬态响应的SiGe HBT工艺加固技术仿真

基于0.13μm SiGe BiCMOS工艺,开展了无深槽NPN SiGe HBT工艺和器件仿真。模拟了带深P阱SiGe HBT的制备过程、常规电学特性和重离子单粒子效应。该器件与常规器件相比表现出更优的单粒子瞬态(SET)特性,在关态的SET响应峰值下降了80%,在最大特征频率工作点的SET响应峰值下降了27%,瞬态保持时间也大幅减小。使用深N阱和深P阱隔离同时抑制了集电区-衬底结的漂移载流子收集和衬底扩散载流子收集的过程,极大地提高了器件的SET性能。

高温下HBT晶体热分解过程的理论模拟

基于自洽电荷密度泛函紧束缚(SCC-DFTB)方法研究了富氮含能材料5,5'-双四唑肼(C_(2)H_(4)N_(10),HBT)晶体在高温下的热分解反应过程.结果表明,结构优化参数与实验误差在5%以内.在2000 K,2500 K,和3000 K不同温度下,HBT晶体热分解路径和产物表现出相似性.通过过渡态理论和分子动力学两种方法,研究了分解反应C_(2)H_(4)N_(10)→C_(2)H_(3)N_(7)+HN_(3),发现HBT晶体分解产物中存在叠氮酸(HN_(3))分子,化学反应势垒高度为222.85 kJ·mol^(-1).研究结果为进一步理解高温下HBT晶体热分解特征提供理论参考.

SiGe HBT器件低温S参数计算方法

针对锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT)器件的S参数是用于射频前端电路匹配设计的关键参数,提出一种测量SiGe HBT器件在多个不同温度下的S参数获取该器件低温S参数的计算方法。首先建立SiGe HBT器件在已知直流偏置下的T型小信号电路模型,然后采用常温下测量的器件S参数提取模型中与温度相关性极小的非本征部分元件值作为常量,再测量多个不同温度下的器件S参数构建器件所有本征部分元件参数与温度的近似线性表达式,逐个计算指定低温下所有本征部分元件参数,最后在已知全部参数的T型小信号模型中计算SiGe HBT器件在该低温下的S参数。实验显示该方法计算的低温S参数与测试值有良好的一致性。理论上该计算方法适用的最低温度达到-73℃。

基于0.18μm SiGe BiCMOS工艺的4GS/s、14 bit数模转换器

基于0.18μm SiGe BiCMOS工艺,设计了超高速高精度数模转换器(DAC),其时钟采样率为4 GS/s、精度为14 bit。为满足4 GHz处理速度,该DAC中所有电路均采用异质结晶体管(HBTs)搭建。为了降低功耗和节约面积,本设计采用10+4分段译码的方式,其中低10位电流舵使用R-2R梯形电阻网络,而高4位使用温度计码结构。仿真结果表明,所设计DAC的DNL、INL分别为0.54 LSB和0.39 LSB,全奈奎斯特频域内的无杂散动态范围均大于82 dBc。在3.3 V和5 V混合电源供电下,整个DAC的平均功耗为2.39 W。芯片总面积为11.22 mm^(2)。

电子辐照SiGe HBT和SiBJT的直流特性分析

研究了 1 MeV 不同剂量电子辐照前后 SiGe 异质结晶体管(HBT)的直流特性,并与 Si 双极晶体管(BJT)进行了比较。结果表明辐照后 SiGe HBT 的 IB基本不变,IC和β 都下降;随电子辐照剂量的增加,Ic和β 都减小。对 Si BJT 而言,IB和 IC与在相同辐照剂量辐照后的 SiGe HBT 相比都增大很多,β 下降幅度也很大。这说明 SiGe HBT 具有比 Si BJT 更好的抗辐照性能。对电子辐照后器件电学性能的变化机制进行了初步分析。

微波HBT建模技术研究综述

本文对微波异质结双极型晶体管 (HBT)发展及其应用现状、用于HBT器件的等效电路模型 ,以及HBT器件大、小信号建模技术、模型参数提取方法及研究进展进行述评 .

SiGe HBT基区渡越时间模型

建立了SiGeHBT基区渡越时间模型 .该模型考虑了电流密度及基区掺杂和Ge组分所引起的各种物理效应 ,适用于基区掺杂和Ge组分为均匀和非均匀分布 ,以及器件在小电流到大电流密度下的应用 .模拟结果表明 ,基区集电结边界处载流子浓度引起的基区附加延时对基区渡越时间有较大的影响 .

InGaP/GaAs HBT器件的制备及其特性

采用在发射区台面腐蚀时保留InGaP钝化层和去除InGaP钝化层的方法制备了两种InGaP/Ga As异质结双极晶体管(HBT)器件,研究了InGaP钝化层对HBT器件基区表面电流复合以及器件直流和射频微波特性的影响。对制备的两种器件进行了对比测试后得到:保留InGaP钝化层的HBT器件最大直流增益(β)为130,最高振荡频率(fmax)大于53 GHz,功率附加效率达到61%,线性功率增益为23 dB;而去除InGaP钝化层的器件最大β为50,f_(max)大于43 GHz,功率附加效率为57%,线性功率增益为18 dB。测试结果表明,InGaP钝化层作为一种耗尽型的钝化层能有效抑制基区表面电流的复合,提高器件直流增益,改善器件的射频微波特性。

漆酶/HBT介质系统对靛蓝染料及废水脱色的初步研究

以云芝(Trametes versicolor)1126发酵所得漆酶粗酶液与1-羟基苯并三唑(HBT)组成的漆酶/HBT介质系统对靛蓝染料进行脱色实验,分别考察了温度、转速、pH和HBT与漆酶的加入量等条件对靛蓝染料脱色的影响。最终确定的优化脱色条件为:温度60℃,转速200r/min,pH4.5,100mL靛蓝染料"溶液"中粗酶液和HBT溶液分别加入2mL。以上述脱色条件对靛蓝印染废水进行脱色实验,反应80min,脱色率可达90.1%。

SiGe HBT基区渡越时间与基区Ge组分剖面优化

建立了SiGeHBT基区渡越时间与基区Ge组分任意剖面分布的分析模型 ,模拟分析了它们之间的关系 ,得到了获得最小基区渡越时间的基区Ge组分剖面函数 .结果表明 ,优化的Ge组分剖面在基区从发射结处正比于 xα 增加 ,到x0 点时 ,Ge组分达峰值 ,并保持到收集结处 .α是大于 1的数 ,随基区中收集结侧相对发射结侧禁带变化量的增加而减小 ,x0

SiGe HBT大电流密度下的基区渡越时间模型

在考虑基区扩展效应及载流子浓度分布的基础上,建立了SiGeHBT的基区渡越时间模型。该模型既适合产生基区扩展的大电流密度,又适合未产生基区扩展的小电流密度。模拟分析结果表明,与SiBJT相比,SiGeHBT基区渡越时间显著减小,同时表明,载流子浓度分布对基区渡越时间有较大影响。

自对准GaInP/GaAs HBT器件

利用发射极金属掩蔽进行内切腐蚀的方法研制成自对准 In Ga P/Ga As异质结双极晶体管 ( HBT) ,其特征频率 ( ft)达到 5 4 GHz,最高振荡频率 ( fmax)达到 71GHz,并且 ,这种方法工艺简单 ,成品率高 .文中还对该结果进行了分析 。