HBT模型数提取方法及InP基单片集成器件的分析.docx

嚣索郎泡久学褥-?学位论文 攘簧 HBT模型参数提取方法及InP基单片集成器件的研究 摘要 本论文工作是围绕本论文工作是围绕国家重点基础研究发展计 划(973计划)项目(No。2003CB314901)、国家高科技研究发展计 划(863计划)项目(No．2003AA319050、No．2006AA032416和 No．20昕怠构32418)、国家自然科学基金项墨(No No、国际科技合作重点项目计划项目(No．2006DFBl l l 10) 展开的。 当前，随着通信技术的迅速发展、终端客户的迅猛增加及对带宽 需求的不断增大，光纤通信正向着智能化、集成化、低成本和高可靠 性的新一代光纤通信演进。光电集成电路较之分立的光电组件具有尺 寸小、光电连接产生的寄生效应低、成本低、性能优越和可靠性高等 诸多优点，满足了光通信进一步发展的要求，因此成为全世界光通信 和光电子领域所共同关注的研究热点和重大课题。 InP基异质结双极晶体管(HBT)是长波长光电集成电路中必不 可少的关键器件之一，在微波等领域具有极其广阔的应用前景。因此 深入系统地研究InP基HBT器件的建模和应用具有极其重要的意义。 在任晓敏教授的精心指导下，本沦文针对InP基HBT的建模方 法，特别是大信号模型的建立，及在单片集成光接收前端器件的制备 方面展开了深入细致的研究。取得的主要研究成果如下： 1．从材料物理特性出发，分析了HBT的物理结构、性能参数。推导 出各个参数的表达式，研究了在不同条件下，InP基HBT主要物 理参数的变化情况。基于以上分析，提出了InP基HBT设计的优 化方案。 2．参与研制了InP基HBT，测试了分立器件的直流与高频特性。其 中2um T艺的InP基HBT，测得开启电压为0．35V、直流增益达 到80倍、截至频率约为40GHz。 3。研究了HBT小信号模型参数的提取方法，采用一种联合提取器件 小信号模型参数的新方法。提取步骤为：基于寄生参数与器件工 作状态无关的特点，利用强正偏和强反偏下的S参数和线性回归 分析提取出了器件的寄生参数；通过矩阵运算去除晶体管寄生部 分对S参数的影响，并利用电路网络拓扑变换与线性回归分析提  北索鄢电天警簿l：学位论文 擒要 取出了器件的本征参数；以提取出的模型参数作为初始值，利用 自适应优化算法进一步确定出与实际测量结果更加符合的模型参 数，减少了在提取过程中由于数据拟合导致的误差。经比较，模 型S参数的仿真结果与器件实测结果符合地很好。 4．对HBT大信号模型参数的提取方法进行了深入细致的研究，根据 大信号模型30个常用参数的不同物理特性，将其分成C-V参数、 电阻参数、厄利电压参数、直流输出参数、输入阻抗参数和传输 时延参数。依据每类参数的不同特点，分别设计出参数提取方法 并构建测试平台。经比较，提取出的大信号模型在直流、交流方 蔼均能准确地表征器件的实际特性。 5。利用建立的HBT模型设计了多种形式的前端放大电路。对电路进 行直流及高频特性的仿真，根据仿真结果对电路形式进行优化与 对比，选择出性能优异、结构相对简单的电路形式，为单片集成 光接收机前端的制备提供支持。 6．参与研制了PIN+HBT形式的单片集成光接收前端。探测器台面 面积为22×22urn2、HBT采用3um工艺、放大电路采用跨阻负反馈 单极共射结构。当探测器加2．5V反向偏压，电路加2V偏压时， 测褥集成前端的3dB带宽达到3GHz。 关键词：异质结双极晶体管(HBT)HBT建模参数提取 光电集成电路(OEIC)单片集成光接收前端 珏  北京邮电大学博士学位论文 PARAMETER EXTRACTION METHODS FOR MODELLING HBT AND RESEARCHES ON INP．BASED MoNOLITHIC INTEGRATED DEVICE ABSTRACT The research in this paper is supported by grants from The National Basic Research Program of China(No．2003CB3 14901)，The National High Technology Research and Development Program of China (No．2003AA3 1 9050，No．2006AA0324 l 6，No．2007AA0324 1 8)，Tlle National Natural Science Foundation of China(No．605760 1 8，No． 9060 1 002)and Program of Key International S