SiGe BiCMOS低噪声放大器激光单粒子效应研究

随着CMOS工艺的日益成熟和SiGe外延技术水平的不断提高,SiGe BiCMOS低噪声放大器(LNA)广泛应用于空间射频收发系统的第一级模块.SiGe HBT作为SiGe BiCMOS LNA的核心器件,天然具有优异的低温特性、抗总剂量效应和抗位移损伤效应的能力,然而,其瞬态电荷收集引起的空间单粒子效应是制约其空间应用的瓶颈问题.本文基于SiGe BiCMOS工艺低噪声放大器开展了单粒子效应激光微束实验,并定位了激光单粒子效应敏感区域.实验结果表明,SiGe HBT瞬态电荷收集是引起SiGe BiCMOS LNA单粒子效应的主要原因.TCAD模拟表明,离子在CMOS区域入射时,电离径迹会越过深沟槽隔离结构,进入SiGe HBT区域产生电子空穴对并引起瞬态电荷收集.ADS电路模拟分析表明,单粒子脉冲瞬态电压在越过第1级与第2级之间的电容时,瞬态电压峰值骤降,这表明电容在传递单粒子效应产生的瞬态脉冲过程中起着重要作用.本文实验和模拟工作为SiGe BiCMOS LNA单粒子效应抗辐射设计加固提供了技术支持.

基于SiGe BiCMOS工艺的8 GS/s采样保持电路

为实现数字通信对高速模数转换器的要求,基于0.18μm SiGe BiCMOS工艺提出了一款8 GS/s采样率、6 bit的采样保持电路。电路采用全差分开环结构,利用射极跟随型采样开关实现了电路高采样率。采样开关中采用晶体管线性补偿技术,有效地提高了采样保持电路的线性度。输出缓冲电路采用级联结构实现高线性度,并提高了电路的驱动能力。测试结果发现,在采样模式下单端输入信号频率4 GHz、采样时钟频率8 GHz条件下,有效位数为5.4 bit,无杂散动态范围为37.6 dB,总谐波失真为37.5 dB,总功耗为450 mW,芯片尺寸为0.68 mm×0.68 mm。

新一代超高速SiGe BiCMOS工艺研究进展

综述了近年来国际上SiGe BiCMOS工艺的最新研究成果和工艺量产情况,具体展现和讨论了不同机构所研发的器件结构、工艺流程及其性能,并且展望了器件及工艺进一步优化的方向。虽然目前传统的双多晶自对准选择性外延基区结构实现了最佳的量产性能,但受限于内外基区连接电阻和选择性外延基区薄膜的不均匀性,其器件性能很难再有进一步提高。非选择性外延基区结构在实验室获得了极高的性能,但其自对准特性较低,这妨碍了其工业量产和更大规模集成。维持HBT器件与更小尺寸基线CMOS的工艺兼容性变得越来越困难。对高性能、工业量产和低成本进行综合,仍然是一项具有较大挑战性的任务。

BiCMOS多晶硅栅的光刻和刻蚀工艺分析

阐述在0.5μm BiCMOS工艺中的多晶硅栅制备工艺关键试验。试验表面旋涂转速会显著影响涂胶厚度,该参数的变化会影响到多晶硅栅的形貌和物理性能。同时,通过调节曝光量和焦深,可以有效地控制光刻过程的精度,从而确保多晶硅栅结构的准确复现。LAM9400用于刻蚀工艺,在特定刻蚀厚度范围内,多晶硅表现出良好的均匀性。

一种基于0.18μm SiGe BiCMOS工艺的高线性混频器

设计了一种低本振驱动的高线性混频器,重点关注混频器的线性度性能和本振驱动功率问题.混频器的核心电路结构包含比较器,本振驱动器,双平衡无源混频器和带隙基准电路.为了提供本振信号通路的单端转差分功能,以及减小混频器对本振驱动功率的要求,引入比较器和本振驱动器,并采用双平衡无源混频器提供良好的线性度.采用0.18µm的SiGe双极兼容互补金属氧化物半导体(BiCMOS)工艺,同时支持上变频和下变频功能.实测结果表明,射频端口可覆盖6~18 GHz频段的信号,中频端口可覆盖0~6 GHz频段的信号;下变频时和上变频时的变频损耗典型值分别为-10.0 dB和-9.8 dB;IIP3在工作频段内的最大值分别为23.0 dBm和23.4 dBm;功耗为500 mW.在实现高线性度混频器的基础上,减小了输入本振功率的需求,提高了高线性混频器的实用性.

高可靠数字集成电路的BiCMOS工艺设计

阐述一种基于5V BiCMOS高可靠数字集成电路的器件结构、工艺设计和工艺开发,并对该器件的电参数进行测试,与试验仿真值进行比对分析,结果相符合。

基于BiCMOS抗辐照加固技术的工艺研究

阐述BiCMOS抗辐照加固技术,包括材料选择、设计优化与布局、加固工艺流程,探讨低界面态栅氧化制备工艺和复合层钝化工艺等关键技术,对工艺参数优化和流程改进进行探索,对技术进行评估和测试。最终实现符合设计要求的抗辐照总剂量≥300Krad(Si)的产品。

BiCMOS三态输出门电路的设计、制备及应用

设计了几种BiCMOS三态输出门电路,提出了采用先进的0.5mm BiCMOS工艺,制备所设计的三态输出门的技术要点和器件参数,并分析了它们既具有双极型(Bipolar)门电路快速、大电流驱动能力,又具备CMOS逻辑门低压、低功耗和高集成度的特性,因而它们特别适用于高速缓冲数字信息系统和其它便携式数字设备中。

一种低压低功耗Flash BiCMOS SRAM的设计

设计了一种静态随机读写存储器(SRAM)的BiCMOS存储单元及其外围电路。HSpice仿真结果表明,所设计的SRAM电路的电源电压可低于3V以下,它既保留了CMOSSRAM低功耗、高集成度的特征,又获得了双极型电路快速、大电流驱动能力的长处,因而特别适用于高速缓冲静态存储器和便携式数字电子设备的存储系统中。

一种新型的BiCMOS带隙基准电压源

在分析传统带隙基准结构的基础上,根据当前集成电路设计中对基准电源的低压、低功耗、高电源抑制比的要求,设计了一种结构比较新颖的基准电压源电路。该电路工作在电流模式,带有启动电路和电流补偿电路,静态电流约为10μA,具有较低的温度系数和较高的电源抑制比。

基于0.18μm SiGe BiCMOS工艺的高线性射频功率放大器

采用0.18μm SiGe BiCMOS工艺,设计应用于无线局域网(WLAN)802.11b/g 2.4GHz频段的Class AB射频功率放大器。该放大器采用两级放大结构,具有带温度补偿的线性化偏置电路。仿真结果显示:电路的输入匹配S11小于-13 dB,输出匹配S22小-于20 dB,功率增益达27.3 dB,输出1 dB压缩点为23 dBm,最大功率附加效率(PAE)为21.3%;实现了匹配电路、放大电路和偏置电路的片上全集成,芯片面积为1 148μm×1 140μm。

一种高速低耗全摆幅BiCMOS集成施密特触发器

通过分析国外流行的一种 Bi CMOS集成施密特触发门 ,提出了一种高速、低功耗、全摆幅输出的Bi CMOS施密特触发器。该器件中单、双极型电路优势互补 ,电源电压为 1 .5 V,实现了优于同类产品的全摆幅输出 ,且其开关速度高于同类 CMOS产品的 1 3倍以上 。

一种2.4GHz全集成SiGe BiCMOS功率放大器

针对2.4 GHz 802.11 b/g无线局域网(WLAN)的应用,该文设计了一种单片全集成的射频功率放大器(PA)。由于在自适应偏置电路中采用异质结晶体管(HBT)和电容构成的简单结构提高PA的线性度,因此不增加PA的直流功耗、插损和芯片面积。在基极偏置的DC通路中采用电阻负反馈实现温度稳定功能,有效避免热崩溃的同时不引起射频损耗。采用了GRACE 0.18μm SiGe BiCMOS工艺流片,芯片面积为1.56 mm2,实现了包括所有偏置电路和匹配电路的片上全集成。测试结果表明,在2.4-2.5 GHz工作频段,PA的小信号增益S 21达23 dB,输入回波损耗S 11小于-15 dB。PA的1 dB输出压缩点的线性输出功率为19.6 dBm,功率附加效率为20%,功率增益为22 dB。

多端I/O系统用BiCMOS连线逻辑电路

为了满足数字通信和信息处理系统多端输入/输出(I/O)、高速、低耗的性能要求,笔者设计了几例BiCMOS连线逻辑电路,并提出了采用0.5 ?m BiCMOS工艺,制备所设计的连线逻辑电路的技术要点和元器件参数.所做实验表明了设计的连线逻辑电路既具有双极型逻辑门电路快速、大电流驱动能力的特点,又具备CMOS逻辑门低压、低功耗的长处,而且其扇入数可达3~16,扇出数可达1~18,因而它们特别适用于多端I/O高速数字通信和信息处理系统中.

BiCMOS器件应用前景及其发展趋势

为拓宽混合微电子技术研发思路和加大其工程应用力度,综述了BiCMOS器件的发展概况、基本结构、技术特点和应用领域以及目前达到的技术水平,并简述了BiCMOS技术的典型工艺和已获得的研究成果,讨论了BiCMOS电路未来的发展趋势和市场前景。

一种1.8ppm/℃曲率补偿BiCMOS带隙基准源

介绍了一种基于BiCMOS工艺的新型温度补偿技术。该技术充分利用了PN结反向饱和电流是温度敏感函数的特性，使用简单的电路结构，达到了很好的温度特性和电源抑制性能。该电路结构产生的带隙基准电压在-40～125℃范围内使用HSPICE进行仿真，得到的温度系数仅有1．8ppm／℃。

采用输入信号适配技术的BiCMOS运放

为了满足高性能开关电源中集成运放的应用需要,设计了一种结构简单且具有轨对轨输出的运算放大器。该运放基于0.5μm BiCMOS工艺,采用浮动输出的输入信号适配器(ISAFO),将输入信号放大至差分输入级的工作区域,从而实现了轨对轨的运行。对所设计的运放进行了仿真分析,结果表明在工作电源电压为±0.75 V、外接100 kΩ电阻的条件下,该运放的直流开环增益达到了102 dB,单位增益-带宽为6.35 MHz,相位裕度为62.5°,而功耗仅约为150μW。所设计的运放具有很宽的共模输入范围及较高的增益,所以特别适用于开关电源的误差放大器、过流、过压和过热保护模块中。

一种基于0.18μm SiGe BiCMOS工艺的X/Ku波段数字有源移相器

提出了一种用于X／Ku波段相控阵天线系统、带数字控制电路的4位有源移相器。该移相器采用两个相位正交的输入信号的相位内插技术来合成所需要的相位。基于JAZZO．18μmSiGeBiCMOS工艺技术，采用CadenceSpectreRF，对电路系统进行仿真分析。仿真结果为：S11小于-10dB，S2z小于-11dB，S12小于-90dB，在12GHz处，所有4位相位状态的电压增益范围都是20．80~23．57dB，在整个频段内，电压增益误差的RMS小于1．1dB，噪声系数为2．82～4．45dB。在7～18GHz内，相位误差的RMS小于4°。

SiGe BiCMOS线性器件脉冲激光单粒子瞬态效应研究

验证SiGe BiCMOS工艺线性器件的单粒子瞬态(Single Event Transient, SET)效应敏感性,选取典型运算放大器THS4304和稳压器TPS760进行了脉冲激光试验研究。试验中,通过能量逐渐逼近方法确定了其诱发SET效应的激光阈值能量,并通过逐点扫描的办法分析了器件内部单粒子效应敏感区域,并在此基础上分析了脉冲激光能量与SET脉冲的相互关系,获得了单粒子效应截面,为SiGe BiCMOS工艺器件在卫星电子系统的筛选应用以及抗辐射加固设计提供数据参考。

用0.8μm工艺技术设计的65-kb BiCMOS SRAM

设计了一种65-kb BiCMOS静态随机存取存储器(SRAM)的存储单元及其外围电路,提出了采用先进的0.8mm BiCMOS工艺,制作所设计SRAM的一些技术要点。实验结果表明,所设计的BiCMOSSRAM,其电源电压可低于3V,它既保留了CMOS SRAM低功耗、高集成密度的长处,又获得了双极型(Bipolar)电路快速、大电流驱动能力的优点,因此,特别适用于高速缓冲静态存储系统和便携式数字电子设备中。