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在众多Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体器件中,InP HBT凭借其材料和结构上的优势,有着非常突出的器件特性,是实现超高速电路的最佳选择。本论文对InP HBT器件及超高速电路进行了研究,所取得的主要研究成果如下:
1.根据InP DHBT外延层设计理论,对集电结厚度、基极掺杂浓度及厚度进行深入而系统的研究与设计,提出了满足不同电路需求的HBT晶体管集电区设计方法,研制出针对毫米波功率放大器设计的高击穿电压、高fmax的InPDHBT晶体管,器件的击穿电压大于7V,fmax达到284GHz。同时研制了针对超高速数字电路设计的高Kirk电流密度(jkirk)和高电流增益截止频率(ft)的InP DHBT晶体管,器件的Kirk电流密度达到11.5mA/μm2,ft为274GHz。
2.在国内建立了具有独立知识产权的3英寸InP HBT MMIC整套工艺流程,其中关键工艺包括发射极基极金属自对准、ICP干法刻蚀、BCB平坦化、TaN电阻薄膜溅射、CVD生长SiN介质,MMIC整套工艺中集成了InP HBT晶体管、TaN电阻、SiN MIM电容、螺旋电感、CPW传输线,完全满足毫米波集成电路与超高速数字电路的设计与制作。
3.设计了三款超高速分频器电路,并利用所开发的InP DHBT MMIC工艺流程进行了流片,实现了工作频率范围500MHz~33GHz的CMI结构静态二分频器和ECI-CML结构静态四分频器,同时还实现了工作频率范围由62GHz到高于83GHz的T触发器结构的动态二分频器。这些分频器电路的研制成功,将电路的工作频率由几GHz推进到近百GHz,并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。