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基于SiGe HBT的高频增益模块

2020-11-27阅读(539)

基于SiGe HBT的高频增益模块

论文摘要

SiGe HBT以Si工艺为基础,因此器件工艺比较成熟,且造价低,易与现有的Si工艺兼容,其放大器功率附加效率PAE（Power Additive Efficiency）可达70%,与MESFET相同,最突出的优点是具有极低的相位噪声。SiGe HBT技术由于其优异的频率特性、温度特性和抗辐照特性,以及与传统的硅工艺兼容,尤其是与CMOS工艺兼容等优点,在短短20年的时间内,取得了微电子技术领域内最为快速的发展。随着这一技术的不断完善和应用的不断扩展,SiGe技术正在成为实现混合信号通讯系统SOC集成的优选技术平台。本论文首先从基本的物理概念出发,主要探讨研究了SiGe HBT的重要指标,包括特征频率,最高振荡频率,集电极电流,基极电流以及增益,并且对SiGe HBT的基本结构做了简要的介绍,主要包括:台面结构,多晶硅发射极GeSi HBT结构和自对准结构。高速双极型晶体管的主要指标有:电流增益,正向渡越时间或截止频率,最高振荡频率和数字电路门延时。此外还有噪声系数,early电压等。对于高频微波应用,电流增益、截止频率和噪声系数是很重要的;对于数字电路,正向渡越时间必须作得很低;而对于模拟电路电流增益和early电压的乘积值要高。这些参数往往相互影响,给器件的设计和优化造成困难。在实际的工艺中利用研究结果对器件的性能进行优化提升。通过对常用高频放大电路机构的研究以及结合现实应用,我们设计了一种基于达林顿结构的SiGe HBT新型放大电路结构,在提高增益的同时改进SiGe HBT的驱动能力。针对传统SiGe器件的工艺存在的问题,引入了埋层金属自对准工艺,优化了工艺流程。介绍说明了薄膜电阻的制备方法和线条形状的关系,并在此基础上采用了基于Agilent的ADS软件平台对放大器进行仿真、验证,在仿真的过程中,低噪声放大器中的SiGe HBT的模型采用了较精确的Spice Gummel -Poon模型。通过参数确定,噪声分析及仿真对所设计器件的可行性进行了较为有效的验证。我们设计了高频增益模块的版图。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 SiGe HBT 的起源，发展与现状
  • 1.2.1 SiGe HBT 技术的提出
  • 1.2.2 SiGe HBT 在国内外的发展情况
  • 1.3 SiGe HBT 集成电路发展水平
  • 1.4 本论文的主要工作
  • 1.5 本论文的内容安排
  • 第2章 SiGe HBT 的基本理论与结构
  • 2.1 Si/SiGe 异质结物理分析
  • 2.2 SiGe HBT 参数指标
  • 2.2.1 特征频率与最高振荡频率
  • 2.2.2 集电极电流，基极电流和增益
  • 2.3 SiGe HBT 的基本结构
  • 2.4 SiGe 基区外延层的生长方法
  • 2.5 本章小结
  • 第3章 影响SiGe HBT 特性的因素及交流特性分析
  • 3.1 影响SiGe HBT 特性的因素
  • 3.1.1 基区设计的影响因素
  • 3.1.2 集电区和发射区的掺杂浓度与宽度对器件的影响
  • 3.2 SiGe HBT 小信号模型
  • 3.2.1 SiGe HBT 的共基极等效模型
  • b'>3.2.2 HBT 的共基极交流小信号短路导纳矩阵Yb
  • e'>3.2.3 HBT 的共发射极交流小信号短路导纳矩阵Ye
  • 3.3 SiGe HBT 典型交流参数的推导
  • 3.3.1 共射极最佳功率增益和发射极最高振荡频率
  • 3.3.2 共射极短路电流和特征频率
  • max'>3.3.3 共射极最大单向转换功率增益和fmax
  • 3.3.4 S 参数
  • 3.4 SiGe HBT 的噪声特性
  • 3.5 本章小结
  • 第4章 SiGe HBT 高频增益模块设计
  • 4.1 增益模块概述
  • 4.1.1 常用的高频放大电路
  • 4.1.2 达林顿结构
  • 4.1.3 放大器的二端口模型
  • 4.2 基于达林顿结构的SiGe HBT 高频增益模块的分析及参数的确定
  • 4.2.1 电路的工作原理
  • 4.2.2 电路结构
  • 4.2.3 器件参数的选择
  • 4.3 SiGe HBT 高频增益模块的线性度
  • 4.4 SiGe HBT 高频增益模块的噪声
  • 4.4.1 二端口噪声网络
  • 4.4.2 SiGe HBT 高频增益模块的噪声分析
  • 4.5 SiGe HBT 高频增益模块的仿真
  • 4.6 本章小结
  • 第5章 工艺流程及版图设计
  • 5.1 掩埋金属自对准工艺
  • 5.1.1 传统工艺对SiGe HBT 性能的影响
  • 5.1.2 掩埋金属自对准工艺的引入
  • 5.2 高阻抗衬底的制备
  • 5.2.1 衬底的清洗与扩散
  • 5.2.2 UHVCVD 材料生长
  • 5.2.3 材料预处理及生长流程
  • 5.3 埋层金属自对准工艺的流程
  • 5.3.1 发射极埋层金属与发射极台面的制备
  • 5.3.2 埋层金属于基极台面的制备
  • 5.3.3 集电极埋层金属的制备
  • 5.4 无源元件—电阻的制备
  • 5.5 SiGe HBT 高频增益模块版图的设计
  • 5.6 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表的学术论文
  • 致谢

    • 相关论文文献

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