InAsAlSb HEMs器件研究及LNA电路设计.docx

摘要摘要 摘要 摘要 与传统半导体器件GaAs和GaN HEMTs相比，InAs／AlSb HEMTs作为典型的 锑基化合物半导体(ABCS)器件具备更高的电子迁移率和电子饱和漂移速度，在 高速、低功耗、低噪声等应用方面拥有良好的发展前景。特别在深空探测方面， InAs／A1Sb HEMTs作为深空探测的低噪声放大器(LNA)的候选核心器件具有无 可比拟的优势。因此，本文针对InAs／AlSb HEMTs器件开展了系统研究，在器件 特性研究、模型建立、电路设计及制备工艺等方面进行了较为深入的探讨，填补 了我国在该领域的空白。 对InAs／A1Sb HEMTs器件结构及工作机理进行了分析，并对器件特性进行了 研究，发现由于窄带隙及II类能带交错结构的影响，InAs／AISb HEMTs存在较大 栅极漏电流，同时碰撞离化效应对其直流和RF影响显著。在此基础上，研究了适 用于InAs／A1Sb HEMTs的小信号等效电路模型，并对传统模型参数提取方法做出 改进。对InAs／A1Sb HEMTs器件的噪声进行理论分析，建立了改进小信号噪声模 型，引入如。和钿分别表示栅极热噪声和漏极热噪声，同时在栅极附加另外的一个 噪声源‘。。来表征散粒噪声的影响。改进模型可以精确模拟InAs／AISb HEMTs器 件的碰撞离化效应和栅极漏电流特性对RF性能的影响，可以准确表征器件的s参 数、Y参数、稳定性系数、电流增益，mason’S增益以及噪声系数等 利用上述建模方法，对已发表论文中的InAs／AISb HEMTs进行小信号噪声等 效电路模型提取，并使用该模型完成Ku波段低噪声放大器(LNA)设计与仿真。 该InAs／A1Sb HEMTs LNA采用两级级联共源共栅源极电感负反馈结构实现，其中 第一级主要着眼于低噪声的实现，第二级则用于提高增益。通过ADS软件中的数 值优化插件进行宽频带内的匹配电路设计和优化，使得在工作频带内各频点的噪 声、增益以及反射系数等性能得到均衡。仿真结果表明在12．18 GHz的宽频带范 围内，LNA增益大于15 dB，增益平坦度小于±0．4dB，噪声系数小于1．5 dB，输 入输出反射系数小于一10 dB，性能指标良好。 对传统肖特基InAs／A1Sb HEMTs的主要制备流程及台面隔离、源漏欧姆接触、 栅槽刻蚀、肖特基栅接触等主要工艺细节进行了讨论，完成了一款栅宽为2x309m、 栅长为40nm的肖特基栅InAs／A1Sb HEMTs的制备。测试结果表明该器件具备初 步的直流特性，这是国内首次对该方面进行报道，填补了国内InAs／A1Sb HEMTs 成品的空白。提出使用InAs／AISb MOS HEMTs替代肖特基InAs／A1Sb HEMTs的方 法以便改善栅极漏电性能，使用11i曲-k MOS电容结构隔离栅替代传统肖特基栅。 为了单独分析栅性能，对Hf02／InAlAs MOS电容进行制备，与传统肖特基金属半 l 万方数据 西安电子科技大学博士学位论文导体接触相比，测试结果表明其漏电特性得到明显改进，漏电流密度可控制在10‘5 西安电子科技大学博士学位论文 导体接触相比，测试结果表明其漏电特性得到明显改进，漏电流密度可控制在10‘5 Acm2数量级以内。同时完成漏电机制分析，结果表明低压区以热电子发射机制为 主，而在高压区则以F．N隧穿机制为主。对该Hf02／InAlAs MOS电容作为隔离栅 的InAs／AISb MOS HEMTs器件进行ISE仿真，仿真结果表明其栅控能力相对于传 统肖特基InAs／A1Sb HEMTs稍有下降，但其主要DC和RF。tO-能基本不受影响。这 为后续InAs／AISb MOS—HEMTs的制备和应用提供了可靠的理论依据。 关键词：InAs／AlSb HEMTs，小信号等效模型，LNA，high．k MOS电容 Ⅱ 万方数据 表格索引ABSTRACT 表格索引 ABSTRACT Comparing with the traditional semiconductor devices，such as GaAs and GaN HEMTs， InAs／A1Sb HEMTs considered as typical Antimony based compound semiconductor (ABCS)devices possess very high electron mobility and saturation velocity,making them advantageous in high-speed，low power dissipation，and low noise applications． Especially，IuAs／AlSb H