5 GHz无线局域网的锗硅异质结晶体管功率放大器

采用IBM 0.35μm SiGe BiCMOS工艺设计了一种应用于5 GHz无线局域网的射频功率放大器。功率放大器工作在A类状态,由两级共发射极放大电路组成,并利用自适应偏置技术改善了功放的线性度。输入输出和级间匹配网络都采用片内元件实现。在3.3 V的电源电压下,模拟得到的功率增益为32.7 dB;1 dB压缩点输出功率为25.7 dBm;最大功率附加效率(PAE)为15%。

SiGeC异质结功率二极管通态特性研究

研究了一种大功率低功耗p+(SiGeC)-n--n+异质结二极管结构,分析了Ge、C含量对器件正向通态特性的影响。结果表明:与常规的Si p-i-n二极管相比,在正向电流密度不超过1000 A/cm2情况下,p+(SiGeC)-n--n+二极管的正向压降有明显的降低。当电流密度为10 A/cm2时,Si p-i-n二极管的压降为0.655 V,而SiGeC异质结二极管的压降只有0.525 V,大大降低了器件的通态功耗。在相同正向电流密度的条件下,SiGeC异质结二极管在n-区存储的载流子比Si二极管的减少了1个数量级以上,这导致前者的关断时间远小于后者。

高性能锗硅异质结器件击穿特性的研究

对高频下的SiGe HBT器件击穿特性进行了研究。借助TCAD仿真工具,分析了影响器件击穿特性的基区Ge分布与集电区掺杂浓度超结结构。在3种不同Ge分布下,仿真结果表明,基区Ge的均匀分布有利于提高击穿电压;同时将超结结构引入集电区后,SiGe HBT器件的击穿电压提高了36%,由2.5V提高到3.4V。

一种偏置电流可调节的高效率2.4GHz锗硅功率放大器

基于IBM0.35μm SiGe BiCMOS工艺BiCMOS5PAe实现了一种偏置电流可调节的高效率2.4GHz锗硅功率放大器。该功率放大器采用两级单端结构和一种新型偏置电路,除射频扼流电感外,其它元件均片内集成。采用的新型偏置电路用于调节功率放大器的静态偏置电流,使功率放大器工作在高功率模式状态或低功率模式状态。在3.5V电源条件下,功率放大器在低功率模式下工作时,与工作在高功率模式下相比,其功率附加效率在输出0dBm时提高了56.7%,在输出20dBm时提高了19.2%。芯片的尺寸为1.32mm×1.37mm。

温度对SiGe/Si异质结功率二极管电学特性的影响(英文)

在考虑到各种物理机制如载流子-载流子散射、俄歇复合、禁带窄化效应及结温效应等的基础上,数值模拟分析了SiGe/Si功率开关二极管的各种温度依赖特性。对Si和SiGe/Si功率二极管而言,温度对器件的正向压降VF、反向击穿电压VB以及反向漏电流JR的影响规律基本相似,即随着温度的升高,正向压降降低,击穿电压增加,反向漏电流迅速提高。然而在相同的温度下,与Si功率开关二极管相比,SiGe/Si二极管(20%Ge含量)的正向压降降低了近0.1V(在正向电流密度10A/cm2的情况下),反向恢复时间缩短了一半以上,反向峰值电流密度也下降了约三分之一,软度因子S提高了2倍多。SiGe二极管的另外一个重要优点是其反向恢复特性受温度影响很小。当温度从300K增加到400K时,Si功率二极管的反向恢复时间增加了近1倍,而SiGe/Si二极管(20%Ge含量)的反向恢复时间基本保持不变。SiGe/Si功率开关二极管的一个缺点是在高温下产生较大的漏电流,但这可以通过适当降低Ge含量来改善。Ge的引入为器件设计提供了更大的自由度,其含量对器件特性有重要影响。为了获得低的正向压降和短的反向恢复时间,应该提高Ge的含量,但Ge含量增加将导致大的漏电流,因此Ge含量的大小应该优化折衷考虑。

锗硅HBT BiCMOS工艺中的p-i-n开关二极管设计

介绍了一种集成在BiCMOS工艺的p-i-n开关二极管的器件。它由在STI下面的n型赝埋层作为p-i-n的n区,锗硅npn异质结双极型晶体管的重掺杂外基区作为p-i-n的p区。同时新开发了穿过场氧的深接触孔工艺用于赝埋层的直接引出,并采用p-i-n注入用于对i区进行轻掺杂。借助半导体工艺与器件仿真软件,得到了有源区尺寸、赝埋层到有源区的距离、p-i-n注入条件等关键工艺参数对p-i-n性能的影响。最后优化设计的p-i-n二极管,其在2.4 GHz频率下的指标参数,如插入损耗为-0.56 dB,隔离度为-22.26 dB,击穿电压大于15 V,它达到了WiFi电路中的开关器件的性能要求。

SiGeC/Si异质结二极管特性分析与优化设计

基于异质结理论,提出了一种新型p+(SiGeC)-n--n+异质结功率二极管结构。分析了C对SiGe合金的应变补偿作用的物理机理。利用MEDICI模拟、对比分析了C的引入对器件电特性的影响,并针对不同Ge/C组分比进行优化设计。结果表明:在SiGe/Si功率二极管中加入少量的C,在基本不影响器件正向I-V特性和反向恢复特性的前提下,大大减少了器件的反向漏电流,提高了器件稳定性,而且对于一定的Ge含量存在一个C的临界值,使得二极管具有最小的反向漏电流,该临界值的提出,对研究其它结构SiGeC/Si异质结半导体器件有一定的参考意义。

两种新结构SiGe/Si功率二极管特性模拟

提出了在 n- 区中采用掺杂浓度三层渐变式结构 Si Ge/Si功率二极管及台面结构的 Si Ge/Si功率二极管。由 Medici模拟所得的特性表明 ,在采用 n- 区渐变掺杂结构的 p+ ( Si Ge) -n- -n+ 功率二极管中 ,在正向特性基本不发生变化的前提下 ,与 n-区固定掺杂结构相比反向恢复过程加快 ,二极管下降时间 t A 缩短近 1 /2 ;在采用台面结构的 p+ ( Si Gi) -n- -n+功率二极管中 ,反向恢复特性也有明显改进 ,电流反向恢复时间缩短近 1 /3 ,而电压反向恢复时间缩短近 1 /2。

基于SiGe BiCMOS的全集成射频功率放大器设计

提出了一种基于SiGe BiCMOS工艺的适用于移动设备的紧凑全集成功率放大器.设计采用cascode驱动级与共发射极功率级级联以提高放大器的功率增益,片上集成CMOS电源以提供偏置电流,采用分布式的镇流电阻和具有热负反馈效果的偏置电路补偿结温以防止放大器在高温工作时失效,并且采用一种紧凑的电路级的热耦合模型对所提出的热稳定措施进行仿真验证.后仿结果表明:PA在3.3 V供电下、2.4~2.5 GHz的工作范围内输出增益为32.5 dB,S11&S22<-10 dB,1 dB压缩点处的输出功率为25.4 dBm,在25℃的环境温度下最高结温小于65℃(饱和).芯片面积仅为1.25×0.76 mm^(2).测试结果表明:在-45~85℃的工作环境下,可以在增益要求为26.5~32.9 dB的应用中正常工作.1 dB压缩点处的输出功率为24.3 dBm.采用20 MHz 64-QAM OFDM信号测试,DEVM达到-30 dB的输出功率为18.1 dBm.

超结硅锗碳异质结双极晶体管机理研究与特性分析优化

提出一种超结硅锗碳异质结双极晶体管(SiGeC HBT)新结构.详细分析了新结构中SiGeC基区和超结结构的引入对器件性能的影响,并对其电流输运机制进行研究.基于SiGeC/Si异质结技术,新结构器件的高频特性优良;同时超结结构的存在,在集电区内部水平方向和垂直方向都建立了电场,二维方向上的电场分布相互作用大大提高了新结构器件的耐压能力.结果表明:超结SiGeC HBT与普通结构SiGeC HBT相比,击穿电压提高了48.8%;更重要的是SiGeC HBT器件中超结结构的引入,不会改变器件高电流增益、高频率特性的优点;新结构器件与相同结构参数的Si双极晶体管相比,电流增益提高了10.7倍,截止频率和最高震荡频率也得到了大幅度改善,很好地实现了高电流增益、高频率特性和高击穿电压三者之间的折中.对超结区域的柱区层数和宽度进行优化设计,随着柱区层数的增多,击穿电压显著增大,电流增益有所提高,截止频率和最高震荡频率减低,但幅度很小.综合考虑认为超结区域采用pnpn四层结构是合理的.

新型SiGe开关功率二极管的特性分析

提出了一种新型SiGe/Si异质结P i N开关功率二极管结构 ,在分析器件结构机理的基础上 ,用Medici模拟了该器件的特性。结果表明 ,该功率二极管具有低的正向压降 ,较少的存贮电荷 。

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。

采用PIN二极管反馈的射频可变增益放大器

射频可变增益放大器大多基于CMOS工艺和砷化镓工艺,通过改变晶体管的偏置电压或建立衰减器增益控制结构实现增益可调.本文采用高性能的射频锗硅异质结双极晶体管,设计并制作了一款射频可变增益放大器.放大器的增益可控性通过改变负反馈支路中PIN二极管的正向偏压来实现.基于带有PIN二极管反馈的可变增益放大器的高频小信号等效电路,本文详细分析了增益可控机制,设计并制作完成了1.8GHz的可变增益放大器.测试结果表明在频率为1.8GHz时,控制电压从0.6V到3.0V的变化范围内,增益可调范围达到15d B;噪声系数低于5.5d B,最小噪声系数达到2.6d B.整个控制电压变化范围内输入输出匹配均保持良好,线性度也在可接受范围内.

应用于WCDMA的双频单片SiGe BiCMOS功率放大器

采用0.18μm SiGe BiCMOS工艺设计实现了一款用于3GPP WCDMA 850/2100(band-I/band-V)的双频单芯片功率放大器(PA)。PA采用单端共射级3级级联的结构,具有带模拟开关的片上偏置电路,通过控制偏置电流对两个PA工作状态进行切换。制造的芯片面积为1.82 mm×2.83 mm,片上集成了开关电路、偏置电路和输入匹配、级间匹配电路。在3.3 V电源电压下测试结果表明,对于band-V(CLR)频段,PA的线性输出功率P1 dB为28.6 dBm,5 dBm输入时,功率附加效率PAE,为34%。对于band-I(IMT)频段,PA的P1 dB为26.3 dBm,PAE为31%。

基于IBM SiGe BiCMOS工艺5PAe的中功率放大器

采用IBM公司刚刚推出试用的0.35μm SiGe BiCMOS开发性工艺5PAe设计并实现了一个C波段功率放大器。该放大器采用两级单端结构,除集电极扼流电感外,其余元件全部片上实现,具有集成度高、结构简单的特点。通过在管子基极和匹配电感中串联电阻实现了全频段稳定。键合测试表明,在所有电源电压下电路均能稳定工作。在VC=3.5V,VB=7V,f=4.1GHz时,小信号增益为17.7dB,输入输出反射系数分别为-16.9dB和-13.9dB,而在输出功率为22.8dBm时,二次和三次谐波分别小于-36dBc和-45dBc。

一种新型自适应偏置线性功率放大器

为了改善常用电压偏置功率放大器对偏置电压、温度和工艺的敏感影响,提出了一种新型的低耦合自适应偏置电路结构,并采用改进的负载牵引仿真方法,通过在Jazz SiGe BiCMOS0.35μm工艺上的设计实现表明,最大线性功率可以有效地提高2dB,效率可以提高12.5%.工作在2.4GHz频段上的此功率放大器可以适用于蓝牙增强数据率模式和无线局域网802.11b/g等采用线性调制的发送端.

一种改进LC匹配电路的Class-F射频功率放大器

为了改善传统F类射频功放LC输出匹配电路二阶阻抗不为零而造成的效率损害,提出了一种更加理想的新型LC输出匹配电路.根据双极型功放的特点,提出的新型LC输入匹配电路可以进一步提高输出效率.通过在Jazz SiGe BiCMOS 0.35μm工艺上的电路仿真设计表明,效率可以由63%增加到73%.工作在2.4 GHz频段上的此F类功率放大器可以适用于采用非线性调制的射频发送端.

SiGe HBT及高速电路的发展

详细讨论了SiGeHBT的直流交流特性、噪声特性,SiGeHBT的结构、制作工艺、与工艺相关的寄生效应、SOI衬底上的SiGeHBT等,以及它在高速电路中的应用,包括低噪声放大器(LNA)、功率放大器(PA),电压控制振荡器(VCO)以及涉及到的无源器件等。