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。

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。

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。

基于0.25μm InP DHBT工艺的340 GHz放大器

基于南京电子器件研究所0.25μm InP DHBT工艺设计并实现了一款340 GHz放大器,采用多层金属堆栈互联的薄膜微带传输线结构,实现了太赫兹低损耗传输线和MIM电容。放大器为六级共发射极拓扑,采用整体匹配方法,通过降低损耗的方式提高增益。通过在片小信号测试系统和功率测试系统测试芯片,测量结果表明该放大器在340 GHz的小信号增益达到10.43 dB,300~340 GHz频率范围内的小信号增益大于10 dB,在340 GHz的输出功率为3.24 dBm。

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.

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。

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。

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。

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。

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的宽带高带宽利用率的ECL静态分频器

本文提出了一种由0.8μm的InPDHBT工艺制作的宽带2:1静态ECL分频器电路,提出的分频器电路依据双发射极ECL电路结构进行搭建。经过对电路参数的理论分析和相关计算,该电路中关键开关器件的最大截止频率(ft)的利用率提高到了0.967。该电路的测试结果表明,在输入正弦波的射频信号下,电路输入频率的操作频率范围是1GHz到62GHz。该电路搭建利用器件的最大截止频率ft为150GHz,因此电路的带宽利用率BW/ft为0.413,这在相同尺寸器件所制作的分频器电路中,是一个相当良好的结果。

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。

W波段InP DHBT宽带高功率压控振荡器（英文）

成功实现了一款具有高输出功率和宽频率调谐范围的基波压控振荡器.其制作工艺为0. 8μm InP DH-BT工艺,晶体管的最大fT和fmax分别为170和250 GHz.电路核心部分采用了为高频应用改进的平衡式考毕兹拓扑,在后面添加一级缓冲放大器来抑制负载牵引效应,并提升了输出功率. DHBT的反偏CB结作为变容二极管来实现频率调谐.芯片测试结果表明,压控振荡器的频率调谐范围为81～97. 3 GHz,相对带宽为18. 3%.在调谐频率范围内最大输出功率为10. 2 dBm,输出功率起伏在3. 5 dB以内.在该压控振荡器的最大调谐频率97. 3 GHz处相位噪声为-88 dBc/Hz@1MHz.

InP DHBT 准单片压控振荡器的设计

设计了一款K波段准单片压控振荡器.其中负阻电路部分采用1.6μm InP DHBT工艺,以单片形式制作,谐振电路及变容管外置,键合引线形式连接负阻单片.当电源电压4V、调谐电压0~15V时,该电路输出频率为17.97~20.13GHz,输出功率大于2dBm,工作电流18mA.当调谐电压13V、输出频率19.95GHz时,相位噪声达到-90.1dBc/Hz@100kHz.

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。

基于InP DHBT 220 GHz高增益功率放大器TMIC设计

基于0.5μmInPDHBT工艺设计了一款工作在220GHz的两级太赫兹单片集成电路。该电路采用共发射极共基级结构与薄膜微带线工艺,保证了该功率放大器具有紧凑的结构的同时又具有较高的增益,该功率放大器芯片面积为1400μm×1400μm,在215～225 GHz频率范围内增益大于20 dB,在215 GHz处小信号增益达到最大值为23.3 dB,此外,在220 GHz处的饱和输出功率为3.45 dBm。该功率放大器芯片的成功研制将对构建一个220 GHz发射前端具有重要的意义,目前电路正在流片制作当中。

4英寸f_(max)=620 GHz的0.25μm 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。

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0.7μm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30,10μA下的集电极-发射极击穿电压BV_(CEO)为3.2 V,截止频率f(fr)为358 GHz,最大振荡频率f(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。