InAs-AlSb HEMTs器件研究及LNA電路設(shè)計(jì).pdf

1、與傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件GaAs和GaN HEMTs相比，InAs/AlSb HEMTs作為典型的銻基化合物半導(dǎo)體(ABCS)器件具備更高的電子遷移率和電子飽和漂移速度，在高速、低功耗、低噪聲等應(yīng)用方面擁有良好的發(fā)展前景。特別在深空探測(cè)方面，InAs/AlSb HEMTs作為深空探測(cè)的低噪聲放大器(LNA)的候選核心器件具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。因此，本文針對(duì)InAs/AlSb HEMTs器件開展了系統(tǒng)研究，在器件特性研究、模型建立、電路設(shè)計(jì)及制備工

2、藝等方面進(jìn)行了較為深入的探討，填補(bǔ)了我國(guó)在該領(lǐng)域的空白。
　　對(duì)InAs/AlSb HEMTs器件結(jié)構(gòu)及工作機(jī)理進(jìn)行了分析，并對(duì)器件特性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)由于窄帶隙及Ⅱ類能帶交錯(cuò)結(jié)構(gòu)的影響，InAs/AlSb HEMTs存在較大柵極漏電流，同時(shí)碰撞離化效應(yīng)對(duì)其直流和RF影響顯著。在此基礎(chǔ)上，研究了適用于InAs/AlSb HEMTs的小信號(hào)等效電路模型，并對(duì)傳統(tǒng)模型參數(shù)提取方法做出改進(jìn)。對(duì)InAs/AlSb HEMTs器件的噪聲進(jìn)行

3、理論分析，建立了改進(jìn)小信號(hào)噪聲模型，引入ing和ind分別表示柵極熱噪聲和漏極熱噪聲，同時(shí)在柵極附加另外的一個(gè)噪聲源ing,s來(lái)表征散粒噪聲的影響。改進(jìn)模型可以精確模擬InAs/AlSb HEMTs器件的碰撞離化效應(yīng)和柵極漏電流特性對(duì)RF性能的影響，可以準(zhǔn)確表征器件的S參數(shù)、Y參數(shù)、穩(wěn)定性系數(shù)、電流增益，mason's增益以及噪聲系數(shù)等利用上述建模方法，對(duì)已發(fā)表論文中的InAs/AlSb HEMTs進(jìn)行小信號(hào)噪聲等效電路模型提取，并使用

4、該模型完成Ku波段低噪聲放大器(LNA)設(shè)計(jì)與仿真。該InAs/AlSb HEMTs LNA采用兩級(jí)級(jí)聯(lián)共源共柵源極電感負(fù)反饋結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，其中第一級(jí)主要著眼于低噪聲的實(shí)現(xiàn)，第二級(jí)則用于提高增益。通過(guò)ADS軟件中的數(shù)值優(yōu)化插件進(jìn)行寬頻帶內(nèi)的匹配電路設(shè)計(jì)和優(yōu)化，使得在工作頻帶內(nèi)各頻點(diǎn)的噪聲、增益以及反射系數(shù)等性能得到均衡。仿真結(jié)果表明在12-18 GHz的寬頻帶范圍內(nèi)，LNA增益大于15 dB，增益平坦度小于±0.4dB，噪聲系數(shù)小于1.5

5、dB，輸入輸出反射系數(shù)小于-10 dB，性能指標(biāo)良好。
　　對(duì)傳統(tǒng)肖特基InAs/AlSb HEMTs的主要制備流程及臺(tái)面隔離、源漏歐姆接觸、柵槽刻蝕、肖特基柵接觸等主要工藝細(xì)節(jié)進(jìn)行了討論，完成了一款柵寬為2×30μm、柵長(zhǎng)為40nm的肖特基柵InAs/AlSb HEMTs的制備。測(cè)試結(jié)果表明該器件具備初步的直流特性，這是國(guó)內(nèi)首次對(duì)該方面進(jìn)行報(bào)道，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)InAs/AlSb HEMTs成品的空白。提出使用InAs/AlSb MO

6、S HEMTs替代肖特基InAs/AlSb HEMTs的方法以便改善柵極漏電性能，使用high-k MOS電容結(jié)構(gòu)隔離柵替代傳統(tǒng)肖特基柵。為了單獨(dú)分析柵性能，對(duì)HfO2/InAlAs MOS電容進(jìn)行制備，與傳統(tǒng)肖特基金屬半導(dǎo)體接觸相比，測(cè)試結(jié)果表明其漏電特性得到明顯改進(jìn)，漏電流密度可控制在10-5Acm-2數(shù)量級(jí)以內(nèi)。同時(shí)完成漏電機(jī)制分析，結(jié)果表明低壓區(qū)以熱電子發(fā)射機(jī)制為主，而在高壓區(qū)則以F-N隧穿機(jī)制為主。對(duì)該HfO2/InAlAs