改善微波功率SiGe HBTs線性度的仿真研究.pdf

1、鍺硅技術(shù)因其良好的集成功能以及優(yōu)越的高頻性能而在微波功率器件領(lǐng)域和射頻集成電路領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用,而制造高線性度的微波功率鍺硅異質(zhì)結(jié)晶體管(SiGe HBT)也成為一個非常有實(shí)際意義的課題.已有實(shí)驗(yàn)通過研究SiGe HBTs中鍺的分布和建立器件模型來分析應(yīng)用于射頻集成電路或微波功率器件中的SiGe HBTs的線性問題,使現(xiàn)有SiGe HBTs的三階截取點(diǎn)(IP<,3>)能達(dá)到25dBm左右.但是還缺少全面的從器件設(shè)計(jì)角度來進(jìn)一步提高

2、微波功率SiGeHBT線性度的方法.論文通過建立非線性模型分析SiGe HBT的高頻線性特性,并利用該模型推導(dǎo)出各種非線性因素(如非線性基區(qū)電阻R<,B>、非線性基區(qū)-集電區(qū)電容C<,BC>、非線性跨導(dǎo)g<,m>)產(chǎn)生的各次諧波電流的計(jì)算公式.結(jié)合Volterra級數(shù)以及復(fù)合改進(jìn)節(jié)點(diǎn)法(CMNA)法來求解模型端點(diǎn)處的各次諧波電壓的大小,利用計(jì)算結(jié)果解釋SiGeHBT的非線性相消現(xiàn)象并總結(jié)出可以提高微波功率SiGeHBT線性度的方法.根據(jù)

3、現(xiàn)有的SiGe HBT制造工藝設(shè)計(jì)出合理的仿真結(jié)構(gòu),結(jié)合交流小信號仿真和瞬態(tài)仿真來計(jì)算器件的高頻性能參數(shù):器件工作在V<,CE>為2.5伏的低壓下其f<,T>,f<,max>分別超過20Ghz和100Ghz工作在1Ghz的高頻信號下,器件的IP<,3>能達(dá)到28dBm.通過大量的計(jì)算機(jī)仿真和對不同尺寸和雜質(zhì)摻雜濃度的SiGe HBTs的IP<,3>進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn):①、增大發(fā)射區(qū)電阻R<,E>能增加電路的負(fù)反饋從而降低跨導(dǎo)g<,m>的非線性

4、,并因此改善器件的線性度(R<,E>為0.7Ω比RE為0.2Ω的器件IP<,3>提高1~1.5dBm).②、基區(qū)電阻RB產(chǎn)生的三次諧波電流與R<,B>的高次項(xiàng)成反比,因此減小基區(qū)的摻雜濃度或基區(qū)寬度會提高IP<,3>.③、當(dāng)注入到集電區(qū)中的電子濃度和集電區(qū)的摻雜濃度相比不可忽略時,CBC成為器件主要的非線性因素,這時空間電荷區(qū)的分布會隨電流密度變化而改變,而且空間電荷區(qū)邊界變化越明顯線性度越差,仿真結(jié)果表明集電區(qū)摻雜濃度為5×10<'1

5、6>cm<'-3>的SiGe HBT其IP<,3>要比摻雜濃度為4×10<'16>cm<'-3>的SiGe HBT高2~3dBm.④、增加集電區(qū)寬度會使電流橫向擴(kuò)展現(xiàn)象更加明顯,從而延長空間電荷區(qū),并使器件的線性性能下降.⑤、用挖槽減小外基區(qū)-集電區(qū)電容(C<,bcx>)的方法在小電流密度工作時能改善器件的線性度,但是當(dāng)電流密度增加時,因集電區(qū)中的電流無法橫向擴(kuò)展而使器件的線性性能明顯下降.論文中的仿真始終與理論分析相結(jié)合,這些仿真數(shù)據(jù)