W 波段固態電子器件與電路

金智 蘇永波 姚鴻飛 寧曉曦 鐘英輝

中國科學院微電子研究所 微波器件與集成電路研究室北京市朝陽區北土城西路3 號 100029

　　W 波段(75-110 GHz)具有波長短、頻帶寬等特點在高精度成像、大容量通信等領域具有重要的應用。基于半導體的固態電子器件具有體積小、可批量生產、易于集成等優點，在規模化應用方面具有較大的優勢。W 波段電路對固態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在毫米波和太赫茲領域具有重要的應用前景。

　　本文利用InP 基材料優異的特性，通過能帶剪裁的方法提高InP 基異質結雙極晶體管(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，為同時減小集電極導帶尖峰對直流和頻率特性的影響，設計了組分漸變和d摻雜層的復合集電極結構，有效的消除了導帶尖峰，工藝上實現了發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材料做勢壘層，并實現了柵長小于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構，在充分研究器件機理的基礎上建立了基于公式的InP基器件模型，對器件在直流和高頻特性進行了很好的描述。開發整套InP 毫米波器件工藝，設計實現了包括功率放大器、混頻器、倍頻器、低噪聲放大器等系列W 波段單片集成電路。