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InP HBT具有非常突出的频率特性、良好的器件一致性以及击穿特性,是实现超高速数字/数模混合电路的最佳选择。论文对InP HBT器件及超高速数字电路进行了研究,所取得的主要研究成果如下:
1、基于能带工程理论,对含InGaAsP的复合式集电区结构进行了深入地研究,设计出无导带势垒尖峰的复合式集电区结构,分析了器件关键参数与集电区厚度和掺杂浓度之间的关系,并针对毫米波功率放大器和超高速数字电路的不同需求,设计了两种InP DHBT材料结构:DHBT-I和DHBT-II。
2、开发了基于Polyimide/BCB的平坦化工艺,此工艺不仅解决了传统微空气桥工艺在小尺寸发射极下引出的难题,而且提高了器件的散热性能。
3、开展了InP HBT关键工艺的研究,建立了具有自主知识产权的2英寸InPHBT工艺流程,制作了高性能的InP HBT器件,器件性能如下:发射极面积为1μm×15μm的DHBT-I,其f为170 GHz,fmax为253 GH,Kirk电流密度为1mA/μm2,BVCEO>6V;发射极面积为1.6μm×15μm的DHBT-II,其f为242GHz,fmax为106 GH,Kirk电流密度为2.1mA/μm2,BVCEO>5V;发射极面积为0.8μm×15μm的InP SHBT,其f为238 GHz,fmax为76 GH,BVCEO>3V。InP SHBT和InP DHBT的器件性能均达到国内领先水平。
4、设计并实现了基于InP DHBT工艺的静态分频器电路,此电路可在500MHz~40 GHz范围内工作,这是国内第一款基于InP DHBT工艺的可工作在毫米波频段的超高速数字电路。此电路的研制成功,验证了我们的工艺和设计水平,为今后向更复杂的超高速数字电路迈进,打下了坚实的基础。
综上所述,本文对InP HBT器件及超高速数字电路进行了研究,和以往的工作相比,大幅度改进了器件性能,研制的InP SHBT及InP DHBT器件性能均达到国内领先水平,另外在器件研究的基础上,研制成功40 GHz静态分频器电路,从材料设计到工艺开发,从器件到电路,完成了一整套的研究工作。