W 波段固態(tài)電子器件與電路

金智 蘇永波 姚鴻飛 寧曉曦 鐘英輝

中國(guó)科學(xué)院微電子研究所 微波器件與集成電路研究室北京市朝陽(yáng)區(qū)北土城西路3 號(hào) 100029

　　W 波段(75-110 GHz)具有波長(zhǎng)短、頻帶寬等特點(diǎn)在高精度成像、大容量通信等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用�；�于半導(dǎo)體的固態(tài)電子器件具有體積小、可批量生產(chǎn)、易于集成等優(yōu)點(diǎn)，在規(guī)模化應(yīng)用方面具有較大的優(yōu)勢(shì)。W 波段電路對(duì)固態(tài)電子器件的頻率特性提出了非常高的要求。InP 基材料由于具有載流子遷移率高、能帶易于剪裁等特點(diǎn)在毫米波和太赫茲領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。

　　本文利用InP 基材料優(yōu)異的特性，通過能帶剪裁的方法提高InP 基異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)和InP 基高電子遷移率晶體管(HEMT)電子器件的特性。在InP基HBT 器件中為增加器件的擊穿電壓，采用寬帶隙的InP 材料作為集電極，為同時(shí)減小集電極導(dǎo)帶尖峰對(duì)直流和頻率特性的影響，設(shè)計(jì)了組分漸變和d摻雜層的復(fù)合集電極結(jié)構(gòu)，有效的消除了導(dǎo)帶尖峰，工藝上實(shí)現(xiàn)了發(fā)射極寬度為亞微米的InP 基HBT 器件，截止頻率超過300 GHz，擊穿電壓達(dá)到8 V。

　　采用與InP 材料匹配的InGaAs 材料做為溝道層、InAlAs材料做勢(shì)壘層，并實(shí)現(xiàn)了柵長(zhǎng)小于100 納米的InP 基HEMT 器件，器件的截止頻率超過350GHz。基于InP 基器件特殊的能帶結(jié)構(gòu)，在充分研究器件機(jī)理的基礎(chǔ)上建立了基于公式的InP基器件模型，對(duì)器件在直流和高頻特性進(jìn)行了很好的描述。開發(fā)整套InP 毫米波器件工藝，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了包括功率放大器、混頻器、倍頻器、低噪聲放大器等系列W 波段單片集成電路。