基于InP DHBT工艺的33~170 GHz共源共栅放大器

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。

一种基于InP DHBT的CB Stack功率放大器设计

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f_(t)/f_(max)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V_(c2)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。

0.25μm发射极InP DHBT材料生长与器件性能研究

采用固态源分子束外延系统(SSMBE),研究InP双异质结双极晶体管(DHBT)的结构设计及外延生长技术。通过采用碳掺杂浓度和InGaAs组分双缓变的基区生长工艺,提高基区的内建电场,加速载流子的渡越,提高基于0.25μm发射极工艺InP DHBT器件的频率性能。此外,InGaAs帽层材料通过双Si源掺杂以及调控生长条件,实现高N型掺杂,材料表面粗糙度为0.42 nm。利用该双缓变基区以及高N型掺杂帽层生长工艺,制备0.25μm发射极InP DHBT器件,其增益为29,击穿电压为3.8 V,在工作电流密度为5.7 mA/μm2时,电流增益截止频率为403 GHz,最大振荡频率达到660 GHz。

f_T=140GHz,f_(max)=200GHz的超高速InP DHBT

InP/InGaAs/InP DHBT具有频带宽、电流驱动能力强、线性好、相位噪声低和阈值电压一致性好等优点成为研究热点。通过优化外延材料结构设计和采用四元InGaAsP缓变层消除集电结电流阻塞效应;改进发射极-基极自对准工艺和集电区台面侧向腐蚀工艺,降低Rb和Cbc乘积;优化PI钝化工艺和空气桥互联等工艺,实现了发射极面积为2μm×10μm的自对准InP/InGaAs/InP DHBT器件,其直流增益β约为25,击穿电压BVCEO≥7 V@10μA,在VCE=4 V,Ic=10 mA下,截止频率fT=140 GHz,最高振荡频率fmax=200 GHz,优于同一外延片上的非自对准InP DHB器件,该器件将可应用于高速光通信和微波毫米波通信。

75GHz 13.92dBm InP DHBT共射共基功率放大器(英文)

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.

基于InP DHBT工艺的140～220GHz单片集成放大器

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140220 GHz单片集成放大器,该电路采用了功率增益截止频率(fmax)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

最高振荡频率416GHz的太赫兹InGaAs/InP DHBT

太赫兹技术（300GHz～3THz）在射电天文、成像雷达以及高速通信等领域具有广阔的应用前景。磷化钢双异质结双极型晶体管（InP DHBT）具有高截止频率、高击穿电压、高器件一致性、低l／f噪声等优点，非常适合于太赫兹单片集成功率放大器和频率源的研制。

220 GHz InP DHBT单片集成功率放大器

南京电子器件研究所开发了0．5μm InP DHBT工艺，器件截止频率达到500 GHz以上，击穿电压大干4V。基于该工艺，研制出220 GHz单片集成功率放大器，饱和输出功率20mW，功率增益大1：10dB。图1和图2分别展示了220 GHz功放的实物图和测试结果。

300GHz InP DHBT单片集成放大器

太赫兹技术在成像雷达以及宽带通信等领域具有广阔应用前景。太赫兹功率放大器是太赫兹系统的核心单元。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），适合于太赫兹功率放大器的研制，例如美国Teledyne公司利用InP DHBT工艺研制T220GHz200mW的功率MMIC。

W波段InP DHBT功率放大器的设计与仿真

介绍了基于中国科学院微电子研究所研制的InP DHBT器件的W波段功率放大器MMIC的设计和仿真。对流片制作完成的4指InGaAs/InP DHBT器件进行在片测试及参数提取,建立了器件的大信号模型。设计的W波段功率放大器中心频率为94GHz,采用共发射极和共基极的Cascode结构,并且工作在Class A状态,以获得较大的功率增益和线性度。输入和输出匹配网络设计为共轭匹配,并且针对功率放大器的热稳定性和电稳定性进行优化设计。传输线结构采用在InP衬底上的CPW结构,原理图及电磁场仿真结果显示,功率放大器在94GHz工作频率下增益为6.1dB,3dB带宽为DC^103GHz,饱和输出功率大于16dBm,同时输入输出回波损耗小于-20dB,隔离度大于30dB。目前电路正在流片制作当中。

InP DHBT器件与电路的研究进展

介绍了磷化铟(InP)基异质结双极晶体管制作技术的发展动向,对近几年InP双异质结双极晶体管(DHBT)的制作技术与电路的研究成果进行了归纳总结。介绍了InP DHBT在微波、超高速集成电路、微系统异质集成等领域的应用,以及InP DHBT应用于功率放大器、倍频器、太赫兹单片电路、数模转换器等取得的进展,显示出InP DHBT在高频、高速和微系统集成三个方面的巨大应用价值。

改进了渡越时间方程的InP DHBT模型

建立了一个改进了渡越时间方程的InP DHBT大信号模型。从HBT电荷方程出发,首先给出了InP DHBT的耗尽电荷方程,接着分析了InP DHBT集电极复合结构对载流子速度的影响,测试了集电极复合结构的InP DHBT的渡越时间,提出了一个简单准确的渡越时间方程,进而得到了扩散电荷方程。最后,建立了一个基于改进的电荷方程的新的InP DHBT大信号模型。新的模型的直流,S参数在很宽的偏置范围下均与实际测试结果拟合完好,准确地预测了器件的特性。

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。

基于InP DHBT工艺的140 GHz单片功率放大器

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。

基于InP DHBT工艺的13 GHz 1:8量化降速电路

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0.5μm InP DHBT工艺的100GHz+静态及动态分频器

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。

共基极与共发射极结构的InP DHBT器件功率特性

制作了发射极面积为1μm×15μm×4指的InP DHBT器件,器件拓扑使用了共基极和共发射极两种结构,通过负载牵引测试系统对器件功率特性进行测试。在功率优化匹配条件下,所测得最大输出功率密度和相应的功率附加效率(PAE)在10GHz下为1.24W/mm和50%,在18GHz下的数据为0.82W/mm和26%。测试同时表明,共发射极结构相对稳定和易于匹配,共基极模式具有更大的输出功率潜力,但需要进一步解决难于匹配、容易振荡和寄生参量影响等问题。在功放电路设计中,可以根据不同需求选择合适的电路拓扑结构。

用于InP基DHBT制备的GaAs_(0.51)Sb_(0.49)湿法腐蚀研究(英文)

介绍了采用基于柠檬酸、硫酸和磷酸的腐蚀溶液对气态分子束外延生长的InP衬底上GaAs0.51Sb0.49湿法腐蚀研究工作。对不同体积比的腐蚀溶液的腐蚀速率和表面粗糙度进行了研究。和硫酸及磷酸基腐蚀液相比,柠檬酸/双氧水腐蚀液的腐蚀速率较慢但具有很好的表面粗糙度。作为验证,采用最优体积比5:1的柠檬酸/双氧水腐蚀溶液,工艺制备出InP/GaAsSbDHBT器件。

不同偏置条件下InP DHBT电离总剂量效应与退火效应

对InP DHBT进行了钴源辐射试验,研究了InP DHBT在不同偏置条件下的电离总剂量效应。使用Keysight B1500半导体参数分析仪,测试了InP DHBT的Gummel和输出I-V参数,分析了辐射敏感参数在辐射过程中的变化规律,研究了器件功能失效和参数退化的原因。研究表明:将InP DHBT置于不同的偏置条件下,产生数量不同的氧化物陷阱电荷和界面态陷阱电荷,导致器件的功能失效阈值也不同。

基于InP DHBT工艺的32.2 GHz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。