HBT模型參數(shù)提取方法及InP基單片集成器件的研究.pdf

1、本論文工作是圍繞本論文工作是圍繞國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目(No.2003CB314901)、國(guó)家高科技研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)項(xiàng)目(No.2003AA31g050、No.2006AA03Z416和No.2007AA03Z418)、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(No.60576018，No.90601002)、國(guó)際科技合作重點(diǎn)項(xiàng)目計(jì)劃項(xiàng)目(No.2006DFB11110)展開的。 當(dāng)前，隨著通信技術(shù)的迅速發(fā)展、終端客戶

2、的迅猛增加及對(duì)帶寬需求的不斷增大，光纖通信正向著智能化、集成化、低成本和高可靠性的新一代光纖通信演進(jìn)。光電集成電路較之分立的光電組件具有尺寸小、光電連接產(chǎn)生的寄生效應(yīng)低、成本低、性能優(yōu)越和可靠性高等諸多優(yōu)點(diǎn)，滿足了光通信進(jìn)一步發(fā)展的要求，因此成為全世界光通信和光電子領(lǐng)域所共同關(guān)注的研究熱點(diǎn)和重大課題。 InP基異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)是長(zhǎng)波長(zhǎng)光電集成電路中必不可少的關(guān)鍵器件之一，在微波等領(lǐng)域具有極其廣闊的應(yīng)用前景。因此深入系統(tǒng)

3、地研究InP基HBT器件的建模和應(yīng)用具有極其重要的意義。 在任曉敏教授的精心指導(dǎo)下，本論文針對(duì)InP基HBT的建模方法，特別是大信號(hào)模型的建立，及在單片集成光接收前端器件的制備方面展開了深入細(xì)致的研究。取得的主要研究成果如下： 1．從材料物理特性出發(fā)，分析了HBT的物理結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)。推導(dǎo)出各個(gè)參數(shù)的表達(dá)式，研究了在不同條件下，InP基HBT主要物理參數(shù)的變化情況。基于以上分析，提出了InP基HBT設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案。

4、 2．參與研制了InP基HBT，測(cè)試了分立器件的直流與高頻特性。其中2um工藝的InP基HBT，測(cè)得開啟電壓為0.35V、直流增益達(dá)到80倍、截至頻率約為40GHz。 3.研究了HBT小信號(hào)模型參數(shù)的提取方法，采用一種聯(lián)合提取器件小信號(hào)模型參數(shù)的新方法。提取步驟為：基于寄生參數(shù)與器件工作狀態(tài)無(wú)關(guān)的特點(diǎn)，利用強(qiáng)正偏和強(qiáng)反偏下的S參數(shù)和線性回歸分析提取出了器件的寄生參數(shù)；通過矩陣運(yùn)算去除晶體管寄生部分對(duì)S參數(shù)的影響，并利用電路網(wǎng)絡(luò)

5、拓?fù)渥儞Q與線性回歸分析提取出了器件的本征參數(shù)；以提取出的模型參數(shù)作為初始值，利用自適應(yīng)優(yōu)化算法進(jìn)一步確定出_與實(shí)際測(cè)量結(jié)果更加符合的模型參數(shù)，減少了在提取過程中由于數(shù)據(jù)擬合導(dǎo)致的誤差。經(jīng)比較，模型S參數(shù)的仿真結(jié)果與器件實(shí)測(cè)結(jié)果符合地很好。 4．對(duì)HBT大信號(hào)模型參數(shù)的提取方法進(jìn)行了深入細(xì)致的研究，根據(jù)大信號(hào)模型30個(gè)常用參數(shù)的不同物理特性，將其分成C-V參數(shù)、電阻參數(shù)、厄利電壓參數(shù)、直流輸出參數(shù)、輸入阻抗參數(shù)和傳輸時(shí)延參數(shù)。依據(jù)

6、每類參數(shù)的不同特點(diǎn)，分別設(shè)計(jì)出參數(shù)提取方法并構(gòu)建測(cè)試平臺(tái)。經(jīng)比較，提取出的大信號(hào)模型在直流、交流方面均能準(zhǔn)確地表征器件的實(shí)際特性。 5.利用建立的HBT模型設(shè)計(jì)了多種形式的前端放大電路。對(duì)電路進(jìn)行直流及高頻特性的仿真，根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)電路形式進(jìn)行優(yōu)化與對(duì)比，選擇出性能優(yōu)異、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的電路形式，為單片集成光接收機(jī)前端的制備提供支持。 6．參與研制了PIN+HBT形式的單片集成光接收前端。探測(cè)器臺(tái)面面積為22×22um2、