InP-HEMT中复合沟道的设计与生长

设计并生长了带有复合沟道的InP基HEMT材料,该材料具有较高的二维电子气浓度和迁移率。在使用In_xGa_(1-x)As/In_(0.53)Ga_(0.47)As复合沟道时,当In组分等于0.7时得到较好的沟道输运性能;在使用InAs复合沟道时,得到了二维电子气浓度为2.3×10^(12)/cm^2、室温迁移率高达13600 cm^2/V·s的性能优良的HEMT材料。

电流增益截止频率为441 GHz的InGaAs/InAlAs InP HEMT

本文设计并制作了fT>400 GHz的In_(0.53)Ga_(0.47)As/In_(0.52)Al_(0.48)As铟磷高电子迁移率晶体管(InP HEMT)。采用窄栅槽技术优化了寄生电阻。器件栅长为54.4 nm,栅宽为2×50μm。最大漏极电流IDS.max为957 mA/mm,最大跨导gm.max为1265 mS/mm。即使在相对较小的VDS=0.7 V下,电流增益截止频率fT达到了441 GHz,最大振荡频率fmax达到了299 GHz。该器件可应用于太赫兹单片集成放大器和其他电路中。

基于101.6 mm晶圆35 nm InP HEMT工艺的340 GHz低噪声放大器芯片研制

实现了在101.6 mm InP晶圆上制备35 nm的增强型InP高电子迁移率晶体管。通过InAs复合沟道外延结构设计,使得室温二维电子气迁移率面密度乘积达到4.2×10^(16)/(V·s)。采用了铂钛铂金埋栅工艺技术,典型器件最大跨导达到2900 mS/mm,电流增益截止频率达到460 GHz,最高振荡频率为720 GHz。同时研制出340 GHz低噪声放大器芯片,在310~350 GHz内小信号增益22~27 dB,噪声系数在8 dB以下。建立了340 GHz InP低噪声放大器芯片技术平台,为太赫兹低噪声单片微波集成电路的发展奠定基础。

一种改进的基于110 GHz在片S参数测试的HEMT器件寄生电阻提取方法

提出了一种改进的高电子迁移率晶体管寄生电阻提取方法,该方法利用了特殊偏置点(V_(gs)>V_(th),V_(ds)=0V)的等效电路模型,推导了寄生电阻的表达式,采用半分析法对寄生电阻进行了优化。1~110 GHz S参数实测结果和仿真的S参数一致,证明该方法是有效的。

基于InP HEMT的太赫兹分谐波混频器芯片设计

基于70 nm InP高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺,研制了一款175~205 GHz分谐波混频器太赫兹单片集成电路(TMIC)。使用三线耦合Marchand巴伦实现本振信号的平衡-不平衡转换。在射频端口设计了紧凑型耦合线结构的带通滤波器,实现对射频信号低损耗带通传输的同时缩小了芯片尺寸。测试结果表明混频器在175~205 GHz频率范围内,单边带(SSB)变频损耗小于15 dB,典型值14 dB。混频器中频频带为DC~25 GHz,射频端口对本振二次谐波信号的隔离度大于20 dB。芯片尺寸为1.40 mm×0.97 mm,能够与相同工艺的功率放大器、低噪声放大器实现片上集成,从而满足太赫兹通信等不同领域的应用需求。

基于70 nm InP HEMT工艺的230~250 GHz低噪声放大器设计

基于70 nm InP HEMT工艺,设计了一款五级共源放大级联结构230~250 GHz低噪声太赫兹单片集成电路(TMIC)。该放大器采用扇形线和微带线构成栅极和源极直流偏置网络,用以隔离射频信号和直流偏置信号;基于噪声匹配技术设计了放大器的第一级和第二级,基于功率匹配技术设计了中间两级,最后一级重点完成输出匹配。在片测试结果表明,230~250 GHz频率范围内,低噪声放大器的小信号增益大于20 dB。采用Y因子法对封装后的低噪声放大器模块完成了噪声测试,频率为243~248 GHz时该MMIC放大器噪声系数优于7.5 dB,与HBT和CMOS工艺相比,基于HEMT工艺的低噪声放大器具有3 dB以上的噪声系数优势。

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。

化合物半导体器件与电路的研究进展

介绍了GaAs,InP和GaN等几种重要化合物半导体电子器件的特点、应用和发展前景。回顾了GaAs,InP和GaN材料的材料特性及其器件发展历程与现状。分别讨论了GaAs基HEMT由PHEMT渐变为MHEMT结构和性能的变化,GaAs基HBT在不同电路应用中器件的特性,InP基HEMT与HBT的器件结构及工作特性,GaN基HEMT与HBT的器件特性参数。总体而言,化合物半导体器件与电路在高功率和高频电子器件方面发展较快,GaAs,InP和GaN材料所制得的各种器件电路工作在不同的频率波段,其在相关领域发展潜力巨大。

W波段InP HEMT MMIC功率放大器

基于InGaAs/InAlAs/InPHEMT设计制作了一款W波段功率放大器芯片。采用分子束外延技术生长了材料结构经过优化设计的InPHEMT外延材料,采用电子束光刻和三层胶工艺制作有源器件的超深亚微米T型栅,并采用神经网络模型对器件进行精确建模。电路采用4级级联提高电路的增益,末级采用4胞并联器件有效地分散热源。采用全波电磁场仿真技术设计电路版图有效降低芯片内部的电磁耦合。芯片采用在片脉冲测试,测试结果显示,在脉宽为10μs、占空比为10%、栅压为-0.15V和漏极电压为2V条件下,92~97GHz频率内功率放大器的小信号增益大于15dB,频率为94GHz时的输出功率达到300mW。

磷化铟基高电子迁移率晶体管欧姆接触工艺

针对磷化铟（InP）基高电子迁移率晶体管（HEMT），进行了Ni／Ge／Au和Ni／Ge／Au／Ge／Ni／Au两种金属结构快速退火（10～40s）和长时间合金（10min）的实验．通过研究比较，得到了更适用于InP基HEMT器件制作的合金方法．利用Ni／Ge／Au／Ge／Ni／Au结构，在270℃下合金10min形成了典型值．0.068Ω·mm的接触电阻．

宽带W波段低噪声放大器的设计与制作

基于未来低功耗毫米波接收前端的应用,采用InP HEMT工艺实现了一种W波段宽带低噪声放大器。该放大器采用边缘耦合线用于级间的隔离,扇形短截线用于RF旁路,偏置网络采用薄膜电阻和扇形短截线以保持放大器的稳定性。采用3mm噪声测试系统对单片进行在片测试,测试结果显示在80～102GHz,噪声系数小于5dB,相关增益大于19dB。五级电路的栅、漏分别连在一起方便使用,芯片面积3.6mm×1.7mm,功耗30mW。

有效跨导为1052mS/mm的高性能InP基In_(0.52)Al_(0.48)As/In_(0.53)Ga_(0.47)As HEMTs(英文)

成功研制了栅长为0.15μm、栅宽为2×50μm、源漏间距为2μm的InP基In0.52Al0.48As/In0.53Ga0.47As高电子迁移率器件.室温下,当器件VDS为1.7 V、VGS为0.1 V时,其有效跨导达到了1 052 mS/mm.传输线方法(TLM)测试显示器件的接触电阻为0.032Ω.mm,器件欧姆接触电阻率为1.03×10-7Ω.cm-2.正是良好的欧姆接触及其短的源漏间距减小了源电阻,进而使得有效跨导比较大.器件有比较好的射频特性.从100 MHz到40 GHz,S参数外推出来的fT和fmax分别为151 GHz和303 GHz.所报道的HEMT器件非常适合毫米波段集成电路的研制.

固态微波电子学的新进展

固态微波电子学是现代电子学的重要分支之一,其基础材料已由第一代半导体Si和Ge、第二代半导体GaAs和InP,发展到第三代半导体GaN和SiC,石墨烯和金刚石等C基新材料正在进行探索性的研究,其加工工艺的尺寸也已进入纳米尺度,其工作频率已达到1 THz,应用的频率可覆盖微波毫米波到太赫兹。目前固态微波电子学呈多代半导体材料和器件共同发展的格局。综述了具有代表性的11类固态器件（RF CMOS,SiGe BiCMOS,RF LDMOS,RF MEMS,GaAs PHEMT,GaAs MHEMT,InP HEMT,InP HBT,GaN/SiC HEMT,GFET和金刚石FET）近几年的最新研究进展,详细介绍了有关固态微波电子学的应用需求、技术特点、设计拓扑、关键技术突破和测试结果,分析了当前固态微波电子学总的发展趋势和11类固态微波器件的发展特点和定位。最后介绍了采用3D异构集成技术的射频微系统的最新进展,指出射频微系统是发展下一代射频系统的关键技术。

InP基HEMTs器件16参数小信号模型（英文）

针对InAlAs/InGaAsInP基HEMTs提出了一种16参数小信号拓扑结构.拓扑结构中引入栅源电阻(R_(gs))表征短栅沟间距引起的栅泄漏电流效应.另外还引入输出跨导(gds)和漏延迟(τ_(ds))描述漏端电压对沟道电流的影响以及漏源电容(C_(ds))引起的相位变化,从而提高了S_(22)参数拟合精度.外围寄生参数通过open和short拓扑结构计算得出,本征部分利用去除外围寄生参数后的Y参数计算得出,最终模型参数值经过优化以达到最佳拟合状态而确定.结果表明,s参数和频率特性的仿真值与测试数据拟合程度很好,R_(gs)和τ_(ds)的引入降低了模型误差.准确合适的InP基HEMTs小信号模型对于高频电路设计非常重要.

基于InP基HEMTs的W波段高增益低噪声放大MMIC（英文）

基于自主研发的InP基高电子迁移率晶体管工艺设计并制作了一款W波段单级低噪声放大单片毫米波集成电路.共源共栅拓扑结构和共面波导工艺保证了该低噪声放大器紧凑的面积和高的增益,其芯片面积为900μm×975μm,84~100 GHz频率范围内增益大于10 dB,95 GHz处小信号增益达到最大值为15.2dB.根据调查对比,该单级放大电路芯片具有最高的单级增益和相对高的增益面积比.另外,该放大电路芯片在87.5 GHz处噪声系数为4.3 dB,88.8 GHz处饱和输出功率为8.03 dBm.该低噪声放大器芯片的成功研制对于构建一个W波段信号接收前端具有重要的借鉴意义.

W及以上波段MMIC放大器的研究进展

在阐述W及以上波段MMIC放大器性能的基础上,回顾了以InP HEMT MMIC放大器为主流技术的W及以上波段MMIC放大器的研究进展,介绍了基于InP HBT、GaAs MHEMT和Sb HEMT的MMIC放大器的研制水平,指出目前研制的W及以上波段MMIC放大器的应用领域,突显其在MMIC高端技术领域的重要性。针对欧美国家在该领域飞速发展而我国处于相对劣势的现状,对我国研发W及以上波段MMIC放大器提出初步建议。

一款130～140 GHz MMIC低噪声放大器

基于90 nm栅长的InP高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺,研制了一款工作于130~140 GHz的MMIC低噪声放大器(LNA)。该款放大器采用三级级联的双电源拓扑结构,第一级电路在确保较低的输入回波损耗的同时优化了放大器的噪声,后两级则采用最大增益的匹配方式,保证了放大器具有良好的增益平坦度和较小的输出回波损耗。在片测试结果表明,在栅、漏极偏置电压分别为-0.25 V和3 V的工作条件下,该放大器在130~140 GHz工作频带内噪声系数小于6.5 dB,增益为18 dB±1.5 dB,输入电压驻波比小于2∶1,输出电压驻波比小于3∶1。芯片面积为1.70 mm×1.10 mm。该低噪声放大器有望应用于D波段的收发系统中。

基于Ti/Pt/Au欧姆接触金属系统的InP基HEMT器件

应用钛/铂/金(Ti/Pt/Au)金属系统在InP基HEMT制备工艺中形成了良好的欧姆接触,通过优化合金条件,获得了较低的欧姆接触电阻,并在此基础上对钛/铂/金欧姆接触形成机理进行了深入讨论。实验结果表明:在氮气气氛下进行温度300℃/30 s快速热退火后,得到欧姆接触最小电阻值为0.025Ω·mm。同时合金界面形态良好。制备出栅长1.0μm的InP基HEMT器件,测试结果表明器件具有良好的DC和RF特性,器件最大跨导(Gmmax)为672 mS/mm。饱和源漏电流IDSS为900 mA/mm,阈值电压为-0.8 V,单一的电流增益截止频率(fT)为40 GHz,最大晶振fmax为45 GHz。

THz InP HEMT和HBT技术的最新研究进展

概述了太赫兹（THz）InP技术的优势、应用前景及美国的发展规划。重点对国外THzInP高电子迁移率晶体管（HEMT）和异质结双极晶体管（HBT）的技术进展和突破进行了详细阐述，其中国外HEMT和HBT器件的工作频率都达到了1THZ以上，国外报道的650GHz以上的InP太赫兹单片集成电路（TMIC）很多，包括低噪声放大器和功率放大器等，并且性能优异。介绍了我国THzInP技术的研究现状，国内InPHEMT和HBT器件的工作频率最高可达600GHz，电路的工作频率在300GHZ左右。最后，对国内外的最新技术水平进行了对比，并在对比的基础上针对存在的问题提出了我国在THzInP领域的发展建议。

A High Performance InP HEMT with Saw Toothed Source and Drain

Millimeter wave transistor technology is very important for MMIC design and fabrication.An InP HEMT with saw toothed source and drain is described.The pattern distortion due to the proximity effect of lithography is a voided.High yield InP HEMT with good DC and RF performances is obtained. The device transconductance is 1050mS/mm,threshold voltage is -1 0V,and current gain cut off frequency is 120GHz.