W 波段固态电子器件与电路

W 波段固态电子器件与电路

金智 苏永波 姚鸿飞 宁晓曦 钟英辉

中国科学院微电子研究所 微波器件与集成电路研究室北京市朝阳区北土城西路3 号 100029

　　W 波段(75-110 GHz)具有波长短、频带宽等特点在高精度成像、大容量通信等领域具有重要的应用。基于半导体的固态电子器件具有体积小、可批量生产、易于集成等优点，在规模化应用方面具有较大的优势。W 波段电路对固态电子器件的频率特性提出了非常高的要求。InP 基材料由于具有载流子迁移率高、能带易于剪裁等特点在毫米波和太赫兹领域具有重要的应用前景。

　　本文利用InP 基材料优异的特性，通过能带剪裁的方法提高InP 基异质结双极晶体管(HBT)和InP 基高电子迁移率晶体管(HEMT)电子器件的特性。在InP基HBT 器件中为增加器件的击穿电压，采用宽带隙的InP 材料作为集电极，为同时减小集电极导带尖峰对直流和频率特性的影响，设计了组分渐变和d掺杂层的复合集电极结构，有效的消除了导带尖峰，工艺上实现了发射极宽度为亚微米的InP 基HBT 器件，截止频率超过300 GHz，击穿电压达到8 V。

　　采用与InP 材料匹配的InGaAs 材料做为沟道层、InAlAs材料做势垒层，并实现了栅长小于100 纳米的InP 基HEMT 器件，器件的截止频率超过350GHz。基于InP 基器件特殊的能带结构，在充分研究器件机理的基础上建立了基于公式的InP基器件模型，对器件在直流和高频特性进行了很好的描述。开发整套InP 毫米波器件工艺，设计实现了包括功率放大器、混频器、倍频器、低噪声放大器等系列W 波段单片集成电路。