刘亮[1]2004年在《改善微波功率SiGe HBTs线性度的仿真研究》文中提出锗硅技术因其良好的集成功能以及优越的高频性能而在微波功率器件领域和射频集成电路领域中得到了广泛的应用，而制造高线性度的微波功率锗硅异质结晶体管（SiGe HBT）也成为一个非常有实际意义的课题。已有实验通过研究SiGe HBTs中锗的分布和建立器件模型来分析应用于射频集成电路或微波功率器件中的SiGe HBTs的线性问题，使现有SiGe HBTs的叁阶截取点（IP3）能达到25dBm左右。但是还缺少全面的从器件设计角度来进一步提高微波功率SiGeHBT线性度的方法。论文通过建立非线性模型分析SiGe HBT的高频线性特性，并利用该模型推导出各种非线性因素（如非线性基区电阻RB、非线性基区-集电区电容CBC、非线性跨导gm）产生的各次谐波电流的计算公式。结合Volterra级数以及复合改进节点法（CMNA）法来求解模型端点处的各次谐波电压的大小，利用计算结果解释SiGe HBT的非线性相消现象并总结出可以提高微波功率SiGeHBT线性度的方法。 根据现有的SiGe HBT制造工艺设计出合理的仿真结构，结合交流小信号仿真和瞬态仿真来计算器件的高频性能参数：器件工作在VCE为 2.5 伏的低压下其? ，? T max分别超过 20Ghz和 100Ghz；工作在 1Ghz的高频信号下，器件的IP3能达到 28dBm。通过大量的计算机仿真和对不同尺寸和杂质掺杂浓度的SiGe HBTs的IP3进行比较发现：①、增大发射区电阻RE能增加电路的负反馈从而降低跨导gm的非线性，并因此改善器件的线性度（RE为 0.7?比RE为 0.2?的器件IP3提高1~1.5dBm）。②、基区电阻RB产生的叁次谐波电流与RB的高次项成反比，因此减小基区的掺杂浓度或基区宽度会提高IP3。③、当注入到集电区中的电子浓度和集电区的掺杂浓度相比不可忽略时， CBC成为器件主要的非线性因素，这时空间电荷区的分布会随电流密度变化而改变，而且空间电荷区边界变化越明显线性度越差，仿真结果表明集电区掺杂浓度为 5×1016cm-3的 SiGe HBT其IP3要比掺杂浓度为 4×1016cm-3的SiGe HBT高 2~3dBm。④、增加集电区宽度会使电流横向扩展现象更加明显，从而延长空间电荷区，并使器件的线性性能下降。⑤、用挖槽减小外基区-集电区电容（Cbcx）的方法在小电流密度工作时能改善器件的线性度，但是当电流密度增加时，因集电区中的电流无法横向扩展而使器件的线性性能明显下降。 论文中的仿真始终与理论分析相结合，这些仿真数据和分析结果将有助于今后设计应用于现代无线通信中的高线性度的微波功率 SiGe HBTs。
黄伟[2]2008年在《SiGe HBT RF功率放大器器件级线性度研究》文中研究说明随着3G无线通信的迅速发展,越来越多的无线用户,越来越多的无线服务以及越来越高的数据流量要求,与有限的频谱资源之间的矛盾越来越突出。为了在有限的频谱范围内为更多的用户提供更高质量的服务,必须采用频谱利用率更高的传输技术,这就不可避免的要求具有很高线性度的电路的支持。功率放大器是无线射频前端最重要的模块,它的线性性能很大程度上决定了整个系统的线性性能。传统的线性化技术主要集中在电路层次,例如前馈、反馈或者预失真等。这些方法能在一定程度上改善系统的线性度,但随之而来的是更复杂的系统,更大的面积以及更高的能量消耗。本文从PA的核心器件-HBT出发,研究器件内部参数制约电路线性性能的机理,以期从器件层次改善PA的线性性能,从而达到精简电路,提高效率的目的。RF功率HBT为了达到系统对输出功率的要求,一般是由很多相同的小单元按一定的方式由金属层连线连接而成。小单元的性能很大程度上决定大功率HBT的性能,而RF条件下,金属层连线上的寄生参数对器件性能也有重要影响。文章以SiGe HBT为研究对象,在对小单元的非线性分析中,采用Volterra级数理论分析与ADS仿真验证相结合的方式。分析发现:小信号条件下,rπ,gm以及Cπ是SiGe HBT中最重要的非线性因素,但是他们之间的非线性相消使得器件整体对外表现出较好的线性特性;电阻RE和RBi对电路的反馈作用,使得它们能够在一定程度上减小总跨导Gm的非线性;输入输出匹配会对器件的线性性能产生重要影响。为了研究由这些小单元构成的大功率HBT的性能,文章首先建立了能反映金属层连线分布效应的全分布式大信号模型,该模型对指导器件设计和电路设计具有重要的意义。仿真发现,由于分布参数的作用,功率器件内部各单元的静态工作点分散较大,工作状态很不均匀,导致其各种性能的恶化。作为论文的研究成果,提出了大功率器件的层次式非对称的设计方案,它能够在很大程度上改善器件的线性性能,功率容量以及频率特性。
张滨[3]2013年在《SiGe HBT器件及其在LNA电路中的应用研究》文中进行了进一步梳理低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA)作为接收机前端的重要组成部分,其增益、噪声系数和线性度等指标直接影响着接收机的接收性能和灵敏度。随着现代无线通信技术的发展,对数据传输速率和频带的要求也越来越高,因此对超宽带低噪声放大器的性能指标提出更高的要求。锗硅异质结双极型晶体管(Silicongermanium Heterojunction bipolar transistor, SiGe HBT)作为一种新型射频器件,具有与GaAs器件可媲美的噪声、增益和频率特性,并且与现有的Si工艺兼容,兼有高频、低功耗和低成本的优点,因此成为近年来的研究热点。本文对SiGe HBT电学性能和结构工艺参数、SiGe HBT噪声模型和SiGe HBT LNA电路进行了较为深入的研究。其主要的创新性成果有：(1)对SiGe HBT进行理论研究。分析讨论了半导体异质结的基本原理、SiGe HBT的直流特性和频率特性以及SiGe HBT的各种结构参数对晶体管性能的影响。分析结果表明异质结在噪声和频率特性等方面优于同质结,通过合理优化晶体管的结构参数能使晶体管得到最大电流密度和击穿电压,并具有足够高的电流增益和特征频率。建立了SiGe HBT结构和工艺参数与晶体管的增益、噪声和特征频率之间的关系,据此实现了晶体管的噪声、增益和特征频率的优化。(2)对双极型晶体管的Ebers-Moll模型、Gummel-Poon模型、SPICE模型以及噪声模型进行分析研究。研究结果表明,为使SiGe HBT电路噪声系数降低,应该基区高掺杂,发射区低掺杂,减小基区宽度,从而减少基区渡越时间以提高晶体管截止频率。建立了SiGe HBT简化SPICE噪声模型,得到了晶体管最小噪声系数与工作频率和集电极电流之间的关系,为电路设计提供参考依据。用ADS软件仿真出SiGe HBT的最小噪声系数与工作频率之间的关系。结果表明,双极型晶体管最小噪声系数随工作频率增大而呈现非线性增长。(3)讨论了低噪声放大器电路的各种指标参数以及常用的超宽带放大器的电路拓扑结构,并对低噪声放大器的偏置电路以及匹配理论进行理论分析。低噪声放大器的指标参数是设计的依据和目标。设计电路前首先要确定电路的拓扑结构,差分式放大器的噪声系数和成本比较高,平衡式放大器稳定性和线性度好,但是噪声不理想,负反馈式放大器稳定性高,牺牲增益换取更优异的增益平坦度。而偏置电路为晶体管提供合适的偏置电压和偏置电流。电感偏置电路噪声性能和线性度好,但其面积较大且带有损耗。电阻偏置电路相比电感偏置电路可以减少电路面积,但是在噪声和线性等参数方面不如电感偏置电路。双偏置电路在噪声、功率损耗、线性度等各方面参数表现最为出色。(4)基于JAZZ0.35μm SiGe工艺,采用ADS软件设计并仿真一个工作在3.1-10.6GHz的低噪声放大器。该低噪声放大器电路的输入极采用共发射极结构,利用发射极反馈电感来进行输入匹配,第二级采用达林顿结构对信号提供合适的增益。使用ADS2006软件进行设计、优化和仿真。仿真结果显示,在3.1-10.6GHz带宽内,放大器的电源电压在5V时,噪声系数低于3.3dB,增益大于25.1dB,输入输出回波损耗低于-10dB,输入输出驻波比小于1.9,功率损耗为32mW。整体电路的性能指标受器件的增益、噪声等特性和电路的设计影响。对器件而言,影响因素包括结构和工艺等因素；对电路而言,影响因素包括电路拓扑结构、偏置电路、匹配电路等。本文首先对SiGe HBT模型和噪声理论进行分析研究,为电路设计提供理论指导。然后对SiGe HBT LNA电路进行理论分析,并仿真了一款应用在UWB频段内的LNA电路。本文为SiGe HBT LNA电路设计提供重要的理论指导和设计思路。
沈佩[4]2012年在《SiGe HBT超宽带低噪声放大器的研究》文中研究表明射频SiGe异质结双极晶体管(Hetrojunction bipolar transistor, HBT)作为新型射频器件，因为具有与III-V族器件可媲美的增益特性和频率特性、与现有的Si工艺可兼容的高集成能力，所以逐渐被运用在超宽带(Ultra-wideband, UWB)低噪声放大器(Low noise amplifier, LNA)设计中。SiGe HBT UWB LNA的2个核心研究内容是器件与电路。优异的器件性能是获得良好电路性能的基础。对器件而言，对影响包括噪声在内的器件性能的工作频率、偏置条件、几何参数、制备工艺等因素的研究一直十分活跃，同时，对器件噪声模型与噪声参数提取方法的研究也备受关注。另一方面，市场对高增益、小面积的UWB LNA的需求，使得不采用电感仍能同时实现优异的噪声特性与阻抗特性、以及获得良好的高频增益与宽带增益平坦度性能的技术研究成为研究热点。本论文围绕着射频SiGe HBT与SiGe HBT UWB LNA开展研究，主要工作有：首先，针对目前在SPICE设计工具中使用的SiGe HBT噪声模型(SPICEnoise model)未考虑射频关联的情况，首次提出了涵括射频关联噪声的新噪声模型。新噪声模型考虑了集电结空间电荷区(Collector-base junction space chargeregion, CB SCR)延迟效应对基极噪声电流源与集电极噪声电流源的影响。新模型采用了广泛使用的HICUM模型的表征形式，并使用Verilog-A编译设计，可以内嵌至任意标准CAD设计工具中，与已存在的晶体管直流、交流和频率等模型相兼容。将新噪声模型与SPICE噪声模型一起与SiGe HBT实测结果进行比较，表明新噪声模型与器件实测结果吻合得更好。其次，本文首次提出了Z参数噪声参量提取法。与传统Y参数提取法相比，新方法显着优点是不需要Y-Z参数转化，直接在器件噪声参量与电路的端口阻抗参量之间建立了联系，更方便同步实现电路噪声匹配与阻抗匹配。第叁，从理论和实验上全面研究了频率(f)、集电极电流(IC)和几何参数对射频SiGe HBT最小噪声系数(NFmin)的影响。发现，NFmin随f的增大呈上抛物线增长，通过抛物线切线斜率，给出了优化NFmin的叁个关键条件---高电流增益(β)、低基极电阻(RB)和高特征频率(fT)；在一定频率下，存在一个最优IC，使晶体管获得最低NFmin；适度地增大发射极长宽比、减小发射极-基极条间距和增多基极条数，均有益于降低NFmin。第四，改进了同步实现噪声匹配与输入单端阻抗匹配技术，提出了采用L-C与R-L-C复用网络的同步实现噪声匹配与输入输出双端阻抗匹配(Simultaneousnoise and both input and output ports matching, SNBIOM)技术。对比SPICE噪声模型，研究了新噪声模型对C波段射频低噪声放大器噪声匹配、输入共轭阻抗匹配、SNBIOM等设计的影响。研究表明，与SPICE噪声模型相比，新噪声模型使射频低噪声放大器更易于实现噪声匹配、输入共轭阻抗匹配和SNBIOM，其中，当对采用电压偏置、电流偏置的放大器进行SNBIOM设计时，新噪声模型在不影响高增益和高稳定性的条件下，还改善了IIP3，尤其是对采用电流偏置的放大器的IIP3改善更明显。第五，本文首次对采用新型复合反馈电阻、不采用电感的高增益、小面积SiGe HBT超宽带低噪声放大器的设计技术进行了研究。首先，为了实现电路高增益，分析了达林顿对(Darlington pairs, DP)的增益改善技术；其次，为了保障增益的平坦性，比较研究了旁路电感补偿与旁路电容补偿的增益平坦度改善技术，研究发现旁路电容补偿技术更佳；最后，首次提出了新型复合电阻反馈技术，结合DP技术与旁路电容补偿技术，使得不采用电感设计的小面积UWBLNA仍然能够获得良好的SNBIOM、高频增益与增益平坦度。完成的新型SiGe HBT UWB LNA，在3-10GHz内， S21高达24.33dB，增益平坦度为±0.7dB，S11低至-21dB，S22低至-14dB，NF与NFmin非常接近，低于3.7dB，Mul_l恒大于1。由于没有引入螺旋电感，所以电路总体版图尺寸仅为0.18mm2(0.45×0.40mm~2)。最后，立足国内现有工艺和材料生长条件，摸索出了一套适合SiGe HBTUWB LNA单片微波集成电路(Monolithic microwave integrated circuit, MMIC)的制作工艺流程，并对射频SiGe HBT的平面集成工艺流程进行了单步研发实验。单步实验中，成功制备了具有优良直流特性、fT/fMAX=7/6.93GHz、在1.2GHz内NF低至2.5dB、适合做L、S和C波段射频放大器有源器件的SiGeHBT。采用MMIC工艺流程，成功制备了新型复合电阻反馈的SiGe HBT UWBLNA MMIC，为了对比，同时也制备了单一电阻反馈的SiGe HBT DP LNAMMIC。因为没有采用占片面积大的螺旋电感，所以芯片面积仅为0.2mm2(0.5×0.4mm~2)。初步在片测试结果显示，两款LNA MMICs中，新型复合电阻反馈的UWB LNA MMIC的增益更高，噪声系数更低，阻抗匹配更佳，0.2-1.2GHz内，GA高达24.7dB，NF低至2.8dB；0.5-3.5GHz内，S21高达25.5dB，S11和S22均低于-10dB。
肖波[5]2003年在《新结构微波功率SiGe HBT的仿真研究》文中认为SiGe异质结晶体管提高了硅基晶体管的性能，而且某些方面的性能达到了GaAs材料器件才能取得的水平。目前，大量关于SiGe HBT的研究工作都着眼于更大限度的发挥SiGe HBT的性能优势。为了提高微波功率SiGe HBT的性能，本研究提出了一种新结构的微波功率SiGe HBT。 异质结晶体管，特别是现代高速异质结晶体管，集电结电容是限制频率特性的主要因素之一。外基区下的集电结电容占整个集电结电容的大部分，减小此部分的电容将提高晶体管的频率性能。本研究的新结构微波功率SiGe HBT提出的思想就在于降低外集电区的电容以达到提高SiGe HBT性能的目的。新结构的特点是外基区下的集电区采用SiO_2槽的结构，由于SiO_2较低的介电常数值，降低了集电结电容，从而提高频率性能。针对新结构微波功率SiGe HBT的结构特点和工艺条件，我们设计了切实可行的工艺流程，并且解决了SiO_2填埋后的平坦化工艺。 本论文重点是通过二维器件仿真来分析新结构微波功率SiGe HBT的性能特点，为器件的优化提供充足的条件。仿真器件的结构有两种，主要的不同在于集电区的厚度(0.5μm和4.5μm)，工作电压分别为V_(CE)=4.5V和28V。仿真的结果表明，随着集电结电容的减小，新结构的微波功率SiGe HBT性能有显着的提高，功率增益普遍提高2-3dB，最高振荡频率提高近10％-25％。 新结构提高了微波功率SiGe HBT的性能，但仿真结果发现对于集电区厚度较大的晶体管，槽对器件的性能也有负面的影响。因为SiO_2槽的存在，限制了集电区电流，Current Spreading效应对Kirk效应的延迟作用减弱，导致了Kirk效应的提前发生。
井凯[6]2016年在《SiGe HBT低噪声放大器的研究》文中研究指明作为在CMOS工艺与Ga As上价格与性能折衷的工艺,SiGe HBT(Hetrojunction bipolar transistor,HBT)工艺具有非常优良的应用前景。该工艺结合射频应用,依靠高性能的器件可设计出多种射频通信电路,其中以低噪声放大器电路(Low noise amplifier,LNA)最具代表性。作为接收机最前端的核心电路,低噪声放大器需要在增益、匹配、噪声系数和线性性能之间进行多种折衷,该电路性能的优良与否决定了接收机的整体性能。而针对目前热门研究的X,Ku波段接收机和更高频率的微波级电路,该电路的研发难度更大。本文对SiGe HBT晶体管的模型和LNA电路做了较为深入的研究,其中的主要创新有:分析了SiGe HBT的工艺特性以及双极型晶体管小信号模型,提出SiGe Hicum器件主要噪声贡献源,并在此基础上分析双端口网络在电路噪声方面的应用,同时针对电路级网络提出噪声优化方法。针对SiGe HBT工艺,在双极型晶体管小信号基础上提出了SiGe工艺下的小信号模型,并结合物理模型应用Hicum模型提出SiGe晶体管的噪声模型,基于对双端口网络分析基础提出多端口噪声网络分析理论,该理论可应用在电路级分析上,不局限于单器件晶体管分析,为低噪声放大器设计提出扎实的理论指导。分析了SiGe低噪声放大器的几个重要指标:输入匹配、增益平坦度以及线性特性。设计出一四阶片上滤波匹配网络,对该结构的电路优化使得输入匹配和噪声性能达到最佳折中。在增益平坦方面,分析了匹配与网络噪声相关问题,并采用片上电感补偿以及零极点方法,设计出一四阶6~14GHz低噪声放大器,该电路增益仅有0.4dB的波动。根据增益分配原理分配优化了各级增益,避免了单级增益过冲效应以及线性性能恶化,同时电路在输入端还采用了并联-并联负反馈结构,确保输入匹配,该电路在第叁级通过电感引入一个额外的零点,来补偿极点滚降,同时采用的局部负反馈和整体负反馈这一思想实现通带噪声平坦,增益平坦、频带展宽等特性。针对SiGe器件线性度差这一问题,根据晶体管弱非线性模型,提出利用双极型晶体管的非线性模型,结合Volterra级数进行单级SiGe低噪声放大器线性性能优化的方法,并根据维塔里序列提出线性度的分析方法,并量化出各个参数在线性度方面的贡献,使得双极LNA在超宽频下具有-7.7dBm的IIP3性能。设计UWB频带和X,Ku波段的超宽带SiGe低噪声放大器。对UWB系统的LNA在噪声平坦方面做了研究,提出基于品质因子优化方式的噪声平坦化方法。而对X,Ku波段低噪声放大器的电路设计工作中则更侧重于完整的设计流程,对相应电路的输入匹配、增益以及线性度和噪声分别提出分析和优化方法,同时提出射频版图的常见问题及优化方法,在电路设计、优化的基础上提出高频电路的测试方法,对射频电路的测试方法流程加以详述,对结果进行分析讨论,着重论述S参数测量,噪声测量以及线性度测量。该LNA在应用频带可实现16dB的增益以及4dB以下的噪声系数,而1dB压缩点也实现了-18dBm。针对镜频抑制型接收机,设计两款适用于不同应用频带的SiGe具有镜频抑制功能的低噪声放大器结构。其中,K频带的低噪声放大器采用的无源滤波结构实现了33.6dB的镜频抑制比和19d B的增益;第二款低噪声放大器则通过片上有源镜频滤波器实现了33dB的镜频抑制比,具有很好的实用性和理论指导意义。本文较为详细和完备地讲述了SiGe HBT低噪声放大器的设计流程与设计方法,通过多种实例详细地从理论和设计方面阐述了电路设计工作。在增益、匹配、线性度和噪声等指标方面均通过实例加以分析和说明,为LNA电路设计提供重要的理论指导和设计思路。
胡辉勇[7]2006年在《微波功率SiGe HBT关键技术研究》文中指出微波功率晶体管对军事电子系统中固态发射机的功能、性能及应用范围起到了重要的推动和支撑作用。对L及其以下波段的固态发射机,Si BJT(双极晶体管)是首选器件,但是Si BJT的微波功率、增益及效率随工作频率的升高而急剧下降,使其频率应用范围受到限制。GaAs器件频率特性好,增益和效率高,在S波段以上被采用,然而它的功率密度较低,成本较高,限制了应用。SiGe HBT(异质结双极晶体管)功率特性与Si BJT相当,频率特性远优于SiBJT。不但可以在S及其以下波段替代Si BJT,而且可以其优良的功率增益和效率等特性替代GaAs HBT应用到Si BJT难以胜任的S以上波段。同时,SiGe HBT应用于固态发射机,还可以提高其性能,使雷达等系统的设计和应用更加灵活。S波段功率晶体管研制和生产的难度是国内外所公认的。目前,国外S波段100W级Si BJT已经商品化,SiGe HBT还处于探索阶段。国内S波段100W级Si BJT技术尚待成熟,SiGe HBT尚未涉足。本论文对S波段功率SiGe HBT理论和技术进行了开拓和探索性的研究工作,设计并研制出了S波段100W SiGe HBT。论文主要开展了以下研究工作：1) SiGe材料的物理参数模型基于SiGe HBT器件结构设计和电学特性研究,建立了表征SiGe HBT交、直流特性所需的SiGe材料物理参数模型,其中包括SiGe材料禁带宽度模型、有效态密度模型、本征载流子浓度模型、重掺杂禁带变窄模型、迁移率模型以及基区中Ge和杂质分布模型等。2)微波功率SiGe HBT直流参数模型基于Si/SiGe异质发射结,建立了发射结电流注入比模型。基于SiGe HBT结构及其物理参数,建立了影响电流增益的基区空穴反注入电流模型,中性基区复合电流模型,空间电荷区俄歇复合电流模型以及空间电荷区SRH(肖克莱-里德-霍尔)复合电流模型,在此基础上建立了电流增益模型。同时在建立了SiGe HBT集电极电流密度模型基础上,建立了基区扩展临界电流密度模型。对电流增益和基区空穴反注入电流、集电极电流及基区扩展临界电流密度等进行了模拟分析。3)微波功率SiGe HBT交流参数模型建立了SiGe HBT特征频率和功率增益模型。频率特性主要由发射极延迟时间、基区渡越时间、集电结耗尽层延迟时间和集电极延迟时间决定。为此,在研究分析可动电荷对势垒电容影响的基础上,建立了SiGe HBT发射结势垒电容和集电结势垒电容模型,并据此建立了包括基区扩展效应在内的发射极延迟时间模型。建立了SiGe HBT基区渡越时间模型,该模型考虑了电流密度及基区掺杂和Ge组分所引起的各种物理效应,适于基区掺杂和Ge组分为均匀和非均匀分布,以及器件在小电流到大电流密度下的应用。建立了适于Ge组分不同剖面分布的SiGe HBT基区渡越时间模型,通过模拟分析获得了最小基区渡越时间的Ge组分剖面分布函数。建立了不同集电极电流密度、包括基区扩展效应条件下的集电结耗尽层延迟时间模型。基于集电区有效宽度,建立了集电极延迟时间模型。并对以上模型进行了模拟分析。4)微波功率SiGe HBT等效电路模型SiGe HBT等效电路更能够体现器件微观结构对器件的电学特性的影响。基于SiGe HBT的器件物理,在分析研究SiGe HBT微观结构、工作机理和载流子分布及输运的基础上,建立了考虑SiGe HBT各种效应(包括厄利效应、速度饱和效应、基区扩展效应及自热效应等)的大信号等效电路模型以及相应的参数模型。该模型物理意义清晰,拓扑结构简单。通过PSpice软件器件方程开发包DEVEQ,将该模型嵌入PSpice软件中,实现对SiGe HBT器件的模拟分析。对器件的交直流分析结果与理论分析结果相一致,并且与文献报道的结果符合得较好。5)微波功率SiGe HBT结构优化根据S波段100W SiGe HBT电学参数设计要求,基于SiGe材料的物理参数、SiGe HBT异质结构以及器件的实现工艺,优化了器件发射区、基区和集电区的厚度、掺杂浓度、Ge组分及分布等纵向结构参数。优化了器件发射区的长度、宽度,基区与发射区的间距,发射极镇流电阻以及多层金属化电极的结构等横向结构参数。得到了优化的发射区和基区的面积比。6)微波功率SiGe HBT工艺设计与实现根据SiGe HBT频率和功率的设计要求,以及应变SiGe材料特殊的制备工艺,优化了制备SiGe HBT芯片的工艺流程。建立了离子注入工艺中目标浓度和深度的估算模型。基于器件的结构参数,优化并实现了浅结的离子注入和快速退火工艺。基于SiGe HBT大电流的工作条件,优化了器件的多层金属化结构(Pt/Ti-W/Pt/Au),实现了多层金属化结构的溅射、电镀及反溅等工艺。通过流片试验,制备出了功率SiGe HBT管芯,并进行了测试,测试结果如下：BVEBO=6.5V, BVCBO=75V, BVCEO=35V,β~25。7)微波功率SiGe HBT内匹配与功率合成建立了S波段功率SiGe HBT管芯输入输出阻抗模型,并对器件管芯的输入输出阻抗进行了估算。优化了S波段功率SiGe HBT的输入输出匹配网络,研究了匹配元件和匹配网络对器件性能的影响。建立了金属引线电感量模型及金属引线间的互感模型。研究了多胞芯片的功率合成技术及功率分配不均匀现象的成因,建立了功率偏差模型。在前述研究工作的基础上,在国内首次研制出了S波段100W SiGe HBT器件,经测试分析,器件达到设计要求,测试结果如下：工作电压30V；工作频率2.7GHz--3.1GHz；脉冲占空比1%--5%；输出功率>100W；功率增益=5dB。
姜沛锴[8]2015年在《基于X波段相控阵的功率放大器的设计和实现》文中研究表明以T/R组件为核心的有源相控阵(Active Electronically Scanned Array,AESA)技术是近年来正在迅速发展的雷达新技术。有源相控阵雷达的辐射单元后均接有T/R组件,可以说T/R组件的性能决定着雷达整机的指标,而在设计T/R组件时,最关键的是功率放大模块。随着工艺尺寸不断减小和工作频率的不断提高,SiGe BiCMOS器件在截止频率方面受到限制,SiGe BiCMOS功率放大器也在实现大功率输出方面有着极大的挑战。本文对有源相控阵雷达及T/R组件进行了简要介绍,包括该领域国内外的研究现状,功率放大器基本原理和技术指标,线性化与效率提升技术,SiGe BiCMOS工艺等。在此基础上,设计出一款应用于X波段的功率放大器,通过直流偏置设计、谐波阻抗优化设计、版图设计,最终放大器工作在AB类,采用单端两级放大的共射共基结构,包括输入与输出匹配网络,偏置电路采用自适应线性化技术,实现了高增益和高线性的输出。电路中的无源器件均采用片上元件,因此这款功率放大器是全集成的。该功率放大器基于IBM 0.18μm SiGe BiCMOS 7WL工艺流片,并对实际电路进行测试,测试结果表明,在3.3V电源电压下,在8.5GHz时增益为21.8dB,1dB压缩点输出功率为10.4dBm,输入输出匹配良好,芯片面积为1.4mm×0.8mm。芯片面积较小,实现了与整个T/R芯片的集成,输出功率、增益指标均满足T/R组件的功率放大需求。在本文的最后,分析仿真与测试结果产生差异的原因,并对后续研究提出改进方法。
李振国[9]2005年在《高频SiGe HBT低噪声放大器的研究》文中进行了进一步梳理近年来,随着无线通讯技术的快速发展,对高性能器件和电路的需求也大大增加。SiGe HBT 不但具有Si 器件的低成本、高集成度,而且具有GaAs 器件的高频率特性,正在被广泛应用于无线通讯、移动通讯设备中。基于无线通讯这个巨大的应用市场,本课题集中于绝缘型衬底上SiGe HBT及其SiGe 低噪声放大电路的研究。本课题研究的主要内容为:基于绝缘型衬底的SiGe HBT 器件的研究和高频SiGe 低噪声放大器的分析与设计。首先,采用绝缘型衬底进行SiGe HBT 的制备;与普通硅衬底相比,采用绝缘型衬底制备SiGe HBT 可以获得较高的基极-集电极击穿电压,较高的厄利电压和最大震荡频率。为了减小器件的基极、发射极电阻,得到低噪声的SiGe HBT,采用掩埋金属自对准工艺和离子注入工艺。掩埋金属自对准工艺通过埋层金属结构使金属-半导体接触面积实现最大化,并将引线孔面积内的金属—半导体接触转化为金属-金属接触,实现在不提高光刻设备精度的前提下,降低各极接触电阻并减小结面积,进一步提高器件的频率性能。采用离子注入工艺,可以提高外基区表面掺杂浓度,减小外基区与金属接触电阻,以及形成良好的欧姆接触,减小了接触电阻。采用基于高阻抗绝缘型衬底的岛型大面积侧向深腐蚀隔离方法来实现高效能的器件、电路中交、直流之间的隔离;详细阐述了SiGe HBT 模型参数的测量方法;采用实验室的BEB 软件对设计的SiGe HBT 进行参数提取,利用得到的模型参数进行SiGe 低噪声放大器的设计。详细分析了SiGe HBT 的噪声模型、阻抗匹配方法以及影响放大电路线性度的因素。设计了带有有源偏置的SiGe 低噪声放大器的电路结构;该种结构的放大器可以同时获得噪声匹配、功率匹配。采用Agilent 公司的先进设计系统软件ADS对SiGe 低噪声放大器的性能参数进行仿真。详细分析了片上螺旋电感的模型,以及优化片上电感的方法;采用给出的电感模型,用Matlab 编写了一个计算电感的程序;给出了本课题设计的放大电路中的NiCr 电阻的实现方法。最后给出了制备SiGe 低噪声放大电路的工艺流程及其制备过程中采用的主要工艺,并设计了放大电路的最终版图。
赵翔[10]2007年在《SiGe RFIC宽带低噪声放大器的研究》文中提出作为无线接受装置的关键组成部分,低噪声放大器被用在许多领域,比如:移动通讯、雷达、卫星、电子对抗和蓝牙技术等。低噪声放大器必须均衡一系列的特性,比如噪声性能、增益、带宽、功率耗散和阻抗匹配。SiGe异质结器件可以满足以上要求,因为它们相比于硅器件,在功耗较低的情况下有更高的增益、更低的噪声系数、更高和更宽的工作频率和更优良的线性度。由于它的高性能、低成本和跟硅技术的兼容性,SiGe异质结器件呈现出对由GaAs和InP等昂贵的材料做成的器件的替代之势。对SiGe异质结低噪声放大器来说,其器件和电路都是非常关键的。所以本论文对SiGe异质结器件和射频宽带电路的设计都进行了阐述。一些相关的主要技术如下:1、器件的基区掺入了锗组分,由于基区的带隙减小导致出现明显的升高。为了改善频率特性,锗的组分是由基区的发射极一侧向集电极一侧线性增加的。2、为了解决基区掺杂物外扩的问题,采用两个解决办法:1)SiGe:C基区能有效地解决杂质外扩问题。2)未掺杂的缓冲层也能有效限制杂质外扩现象。另外,SiGe:C基区还能改进HBT的频率和增益特性。3、为了得到平坦的增益和宽带宽,低噪声放大器电路被设计成叁个级,采用了两个反馈结构。4、采用一种开关电路来方便地控制低噪声放大器,使放大器只在需要的时候才工作,减少放大器的功率损耗。5、为了尽可能的减少射频芯片面积,电路的所有级都是自偏置结构,在整个低噪声放大器电路中只有一个大的电感。通过对SiGe异质结器件和电路的分析和设计,采用一种新的具有开关功能的放大器结构,在0.5到6GHz的工作频率范围内,具有很低的噪声系数(<2.236dB)和平坦的增益(>12dB)。以论文的仿真结果为基础,满足指标要求。
参考文献：
[1]. 改善微波功率SiGe HBTs线性度的仿真研究[D]. 刘亮. 北京工业大学. 2004
[2]. SiGe HBT RF功率放大器器件级线性度研究[D]. 黄伟. 清华大学. 2008
[3]. SiGe HBT器件及其在LNA电路中的应用研究[D]. 张滨. 西安电子科技大学. 2013
[4]. SiGe HBT超宽带低噪声放大器的研究[D]. 沈佩. 北京工业大学. 2012
[5]. 新结构微波功率SiGe HBT的仿真研究[D]. 肖波. 北京工业大学. 2003
[6]. SiGe HBT低噪声放大器的研究[D]. 井凯. 西安电子科技大学. 2016
[7]. 微波功率SiGe HBT关键技术研究[D]. 胡辉勇. 西安电子科技大学. 2006
[8]. 基于X波段相控阵的功率放大器的设计和实现[D]. 姜沛锴. 天津大学. 2015
[9]. 高频SiGe HBT低噪声放大器的研究[D]. 李振国. 北京工业大学. 2005
[10]. SiGe RFIC宽带低噪声放大器的研究[D]. 赵翔. 电子科技大学. 2007
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