基于SiGe HBT的高频增益模块

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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。
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