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一种用于射频和微波测试系统的GaAsSb双异质结双极晶体管集成电路DHBT技术

  功率和单位面积增益,出色的增益和开启电压一致性,大的跨导,低的1/f 和相位噪声使得HBT IC成为一种对于测试仪器极具吸引力的先进

  InP技术拓展了原有InGaP/GaAs异质HBT IC技术 [1][2], 在不牺牲可靠性和可制造性的基础上使得测试仪器的性能达到67GHz和54Gb/秒。 与GaAs相比InP具有非常优异的材料特性,例如更高的饱和及峰值电子速率,更高的热导率,更低的表面复合速率,以及更高的击穿电场强度。然而,在传统的GaInAs 基区/InP 集电区双异质双极晶体管DHBT中存在集电结异质界面导带不连续。解决这种 I 型半导体能带结构所带来的问题需要认真设计能带梯度以消除低偏置下集电区电子的阻塞。 与之相比,选择GaAsSb作为基区,InP 作为集电区能够形成没有阻塞效应的

  II 型半导体能带结构,同时保持窄的基区带隙所具有的低开启电压和低功耗特性[3]. 结合其在复杂电路中良好的热学特性,以GaAsSb/InP为 基区/集电区的高速、高击穿电压异质结双极晶体管HBT非常适用于测试仪器产品。

  制备工艺采用1 m 临界尺寸G-线分步光刻。在半绝缘InP衬底上通过分子束外延方法生长异质结双极晶体管 HBTs各外延层,形成 1 × 3 m 最小尺寸发射极和自对准蒸发基极金属电极。 采用选择性和非选择性湿法腐蚀工艺,以及非选择性Cl2/Ar-基电感应耦合等离子体(ICP) 干法刻蚀工艺制备发射极台面,基区欧姆接触电极,基区/集电区台面,次集电区隔离台面。等离子体增强化学气相淀积(PECVD)Si3N4 作为钝化介质。晶体管集成了22欧姆/sq Ta2N 电阻, 250 欧姆/sq WSiN 电阻和PECVD淀积Si3N4 的0.58 fF/m 金属-介质-金属MIM 电容。聚苯丙环丁烯(BCB)用来实现器件表面平坦化,发射极、基极、集电极欧姆接触电极以及其他无源单元通过电极孔淀积金属实现金属互联。金属互联采用3层TiPtAu:前两层为6 m 电极接触孔,第三层为8 m电极接触孔(Fig. 1)。衬底被减薄到90 m.。通过刻蚀背面通孔和电镀金实现背面接地(Fig. 2)。背面通孔通过掩膜版和HBr-基ICP刻蚀实现[4] 。

  DHBT IC技术,它们都采用GaInAs 作为基区。 GaAsSb-基区双异质结双极晶体管DHBT在高速

  分立器件[13][14]和集成电路 [15][16] 方面均不断地有相关的研究结果予以报导。本项工作首次报导了在生产环境下制备的具有高击穿电压,200 GHz工作,以GaAsSb为基区的 InP双异质结双极晶体管集成电路 DHBT IC工艺。

  共基极模式开态击穿压(BVcbx)发生在集电极―基极电压为9 V,集电极电流为JC = 1.3 mA/m时。共发射极模式开态击穿(BVceo) 发生在集电极―发射极电压接近7V时。