1)射频半导体工艺——GaAs 半导体材料可以分为元素半导体和化合物 .PDF

1.)射频半导体工艺——GaAs 半导体材料可以分为元素半导体和化合物半导体两大类，元素半导体指硅、锗单一元素形成的半导体， 化合物指砷化镓、磷化铟等化合物形成的半导体。砷化镓的电子迁移速率比硅高5.7 倍，非常适合用 于高频电路。砷化镓组件在高频、高功率、高效率、低噪声指数的电气特性均远超过硅组件，空乏型 砷化镓场效晶体管(MESFET)或高电子迁移率晶体管(HEMT/PHEMT)，在3 V 电压操作下可以有80 %的 功率增加效率(PAE: power addedefficiency)，非常的适用于高层(high tier)的无线通讯中长距离、长通信 时间的需求。 砷化镓元件因电子迁移率比硅高很多，因此采用特殊的工艺，早期为MESFET 金属半导体场效应晶体 管，后演变为HEMT ( 高速电子迁移率晶体管)，pHEMT( 介面应变式高电子迁移电晶体) 目前则为HBT ( 异质 接面双载子晶体管) 。异质双极晶体管(HBT)是无需负电源的砷化镓组件，其功率密度(power density)、电流推动能力(current drive capability)与线性度(linearity)均超过FET，适合设计高功率、高效 率、高线性度的微波放大器，HBT 为最佳组件的选择。而HBT 组件在相位噪声，高gm、高功率密度、 崩溃电压与线性度上占优势，另外它可以单电源操作，因而简化电路设计及次系统实现的难度，十分 适合于射频及中频收发模块的研制，特别是微波信号源与高线性放大器等电路。 砷化镓生产方式和传统的硅晶圆生产方式大不相同，砷化镓需要采用磊晶技术制造，这种磊晶圆的直 径通常为4-6 英寸，比硅晶圆的12 英寸要小得多。磊晶圆需要特殊的机台，同时砷化镓原材料成本 高出硅很多，最终导致砷化镓成品IC 成本比较高。磊晶目前有两种，一种是化学的MOCVD，一种是 物理的MBE。 2.)SiGe 1980 年代IBM 为改进Si 材料而加入Ge，以便增加电子流的速度，减少耗能及改进功能，却意外成 功的结合了Si 与Ge。而自98 年IBM 宣布SiGe 迈入量产化阶段后，近两、三年来，SiGe 已成了最 被重视的无线通信IC 制程技术之一。 依材料特性来看，SiGe 高频特性良好，材料安全性佳，导热性好，而且制程成熟、整合度高，具成 本较低之优势，换言之，SiGe 不但可以直接利用半导体现有200mm 晶圆制程，达到高集成度，据以 创造经济规模，还有媲美GaAs 的高速特性。随着近来IDM 大厂的投入，SiGe 技术已逐步在截止频 率(fT)与击穿电压(Breakdown voltage)过低等问题获得改善而日趋实用。 目前， 这项由 IBM 所开发出来的制程技术已整合了高效能的 SiGe HBT(Heterojunction Bipolar Transistor)3.3V 及0.5μm 的CMOS 技术，可以利用主动或被动组件，从事模拟、RF 及混合信号方面 的配置应用。 SiGe 既拥有硅工艺的集成度、良率和成本优势，又具备第3 到第5 类半导体(如砷化镓(GaAs)和磷化 铟(InP))在速度方面的优点。只要增加金属和介质叠层来降低寄生电容和电感，就可以采用SiGe 半导 体技术集成高质量无源部件。此外，通过控制锗掺杂还可设计器件随温度的行为变化。SiGe BiCMOS 工 艺技术几乎与硅半导体超大规模集成电路(VLSI)行业中的所有新技术兼容，包括绝缘体硅(SOI)技术和 沟道隔离技术。 不过硅锗要想取代砷化镓的地位还需要继续在击穿电压、截止频率、功率消耗方面努力。 3.)RF CMOS RF CMOS 工艺可分为两大类：体硅工艺和SOI （绝缘体上硅）工艺。由于体硅CMOS 在源和漏至衬底 间存在二极管效应，造成种种弊端，多数专家认为采用这种工艺不可能制作高功率高线性度开关。与 体硅不同，采用SOI 工艺制作的RF 开关，可将多个FET 串联来对付高电压，就象GAAS 开关一样。 尽管纯硅的 CMOS 制程被认为仅适用于数字功能需求较多的设计，而不适用于以模拟电路为主的射 频IC 设计，不过历经十