射频前端宽带高Q值可调节集成有源电感

针对传统接地有源电感的电感值低、Q值低等缺点,提出了一种改进型的有源电感,并给出了等效电路图及等效阻抗的表达式。基于TSMC 0.35μm SiGe BiCMOS工艺,利用Cadence软件,完成了电路和版图设计。提出的有源电感,在频率小于5GHz时,其等效电感值随频率变化很小,大于5GHz后,随频率变化略有增大。通过改变外加偏置电压,实现了电感值和Q值的可调,电感值可调范围为1.035～5.631nH,Q值最大值可达到1 557;同时,也可调节有源电感Q值达到最大值时所对应的工作频率。     

一款多种优异性能集于一体的高频压控有源电感

提出一款多种优异性能集于一体的高频压控有源电感(HFVCAI),主要由分别配置1个外部电压调控端的第一交叉耦合单元、第二交叉耦合单元和配置2个外部电压调控端的调控单元构成。其中,第一和第二交叉耦合单元并联,且调控单元与它们串联,通过不同单元间的协同配合和4个外部电压的联协调控,HFVCAI能够集3种优异性能于一身:电感值和Q值在同一高频点下皆能取得高的峰值;电感值能够在高频下大范围调谐,而与此同时,Q峰值却能够保持基本不变; Q峰值能够在高频点下大范围调谐,而电感值却能保持几乎不变。基于TSMC 0.18μm CMOS工艺,利用射频工具ADS对HFVCAI的性能进行了验证。结果表明,电感值和Q值在12.78 GHz高频下同时取得高的峰值,分别为2 841.49 n H和2 118;电感值能够在12 GHz高频下从23.93 n H调谐至123.82 n H,而Q峰值基本保持在87; Q峰值在12.52 GHz高频下能够从26调谐至1 445,而电感值基本保持在401 n H。     

新型3.1～6GHz高增益超宽带低噪声放大器

在传统的窄带达林顿结构放大器基础上,提出一种新型高增益超宽带达林顿结构低噪声放大器.该放大器采用高频低噪声晶体管,采用电感补偿技术和正实电阻补偿技术,保持了达林顿放大器高增益的优点,而且也取得了低噪声、良好输入输出匹配和宽带稳定性.通过优化设计,新型放大器在3.1~6 GHz内,增益S₂₁高达21 dB,变化不超过0.3 dB,噪声系数F为1.5~2.1 dB,输入输出反射系数S₁₁和S₂₂都小于-14 dB,在宽带内保持稳定.     

宽带噪声抵消结构的噪声分析及优化

噪声抵消结构是一种应用于宽带低噪声放大器的有源匹配电路。噪声抵消的目的是将输入匹配器件引入的噪声在输出端消除。本文针对噪声抵消结构在高频的应用,依据噪声抵消的原理,提出了一种全频带噪声抵消条件。并给出了该条件下,噪声抵消结构的噪声系数随频率变化的解析表达式。通过与仿真结果对比,验证了该解析表达式的准确性。在此基础上,分析了匹配器件的高频噪声不能完全抵消时该结构的噪声系数。最后,提出了一种噪声抵消结构的优化设计方法。     

多发射极指分段结构功率SiGe HBT的热分析

提出了一种有效的方法—采用多发射极指分段结构来增强功率SiGe HBT的热稳定性。为了对分段结构进行精确的热分析,针对器件多层结构的特点,建立起适当的热模型,模型中充分考虑了各个部分的热阻。根据此热模型,使用有限元方法,对一个十指的分段结构功率SiGe HBT进行了热模拟。考虑到模拟的精确性及软件的功能限制,采用两步模拟法:衬底模拟和有源区模拟。通过模拟,得到了发射极指的三维温度分布。结果表明,分段结构功率HBT的最高结温和热阻都明显低于完整发射极指结构,新结构有效地提高了器件的热稳定性。     

微波功率SiGe HBT的温度特性

通过研究SiGe异质结双极型晶体管(HBT)的温度特性，发现SiGe HBT的发射结正向电压随温度的变化率小于同质结Si双极型晶体管(BJT). 在提高器件或电路热稳定性时，SiGe HBT可以使用比Si BJT更小的镇流电阻.同时SiGe HBT共发射级输出特性曲线在高电压大电流下具有负阻特性，而负阻效应的存在可以有效地抑制器件的热不稳定性效应，从而在温度特性方面证明了SiGe HBT更适合于微波功率器件.     

非均匀条间距结构功率SiGe HBT

成功研制出非均匀发射极条间距功率SiGe异质结双极晶体管(HBT)用以改善功率器件热稳定性.实验结果表明,在相同的工作条件下,与传统的均匀发射极条间距HBT相比,非均匀结构HBT的峰值结温降低了22K.在不同偏置条件下,非均匀结构SiGe HBT均能显著改善芯片表面温度分布的非均匀性.由于峰值结温的降低以及芯片表面温度分布非均匀性的改善,采用非均匀发射极条间距结构的功率SiGe HBT可以工作在更高的偏置条件下,具有更高的功率处理能力.     

一种Q-频率特性增强的低噪声压控有源电感

提出了一种Q-频率特性增强的低噪声压控有源电感(VCAI),电路主要由双反馈回路、前馈支路及两个电流镜共四个模块构成。其中,双反馈回路一方面用于构成回转器以实现电感特性,另一方面用于产生负阻以提高Q值,并为其配置两个调控端以实现对Q值和电感值的调节;而两个电流镜也配置了两个外部调控端,用来改变电路直流偏置以进一步对Q值和电感值进行调节;前馈支路与回转器的正跨导器相连,以改善VCAI的噪声。最终,通过四个模块相互配合以及四个调控端的协同调控,使得VCAI的Q-频率特性得到增强,即不但在同一频率下Q峰值可以相对于电感值独立调节,而且在不同频率下Q峰值可以基本保持不变,还具有低的噪声。验证结果表明,在3 GHz频率下,Q峰值可从135大范围调节到1 132,而电感值仅从43.50 nH到43.89 nH范围内微弱变化;在2 GHz、3.4 GHz和5 GHz不同频率下,Q峰值分别为682、659和635,变化率仅为6.8%;在1 GHz下,VCAI的输入参考噪声电压为3.2 nV/Hz,相比于未加入前馈支路的9.2 nV/Hz降低了6 nV/Hz。     

SOI基SiGe HBT高频功率性能改善技术

为了兼顾高电流增益β和发射极开路集电结的高击穿电压V_CBO与基极开路集电极-发射极间的高击穿电压V_CEO, 有效提升电荷等离子体双极晶体管(bipolar charge plasma transistor, BCPT)的高压大电流处理能力, 利用SILVACO TCAD建立了npn型BCPT的器件模型。考虑到双极晶体管的击穿电压主要取决于集电区掺杂浓度, 首先研究了集电极金属对BCPT性能的影响。分析表明, BCPT集电区的电子浓度强烈依赖于电极金属的功函数, 当采用功函数较大的铝(Al)作为集电极金属时, 由于减小了金属-半导体接触的功函数差, 降低了集电区中诱导产生的电子等离子体浓度, 从而有效降低了集电结空间电荷区峰值电场强度, 减小了峰值电子温度以及峰值电子碰撞电离率, 因此, 达到改善击穿电压V_CBO和V_CEO的目的。然而, 集电区电子浓度的减小会引起基区Kirk效应, 增大基区复合, 降低β。为此, 进一步提出了一种采用衬底偏压结构的BCPT, 通过在发射区和基区下方引入正衬底偏压, 调制发射区和基区有效载流子浓度, 达到提高发射结注入效率、增大β的目的。结果表明: 与仅采用锆(Zr)作为集电极金属的BCPT相比, 该器件的峰值电流增益改善了21.69%, 击穿电压V_CBO和V_CEO分别改善了12.78%和56.41%, 从而有效扩展了BCPT的高功率应用范围。

     

基于工艺偏差的电压调控磁各向异性磁隧道结电学模型及其在读写电路中的应用

为了解决软击穿导致的压控磁各向异性磁隧道结(voltage-controlled magnetic anisotropy magnetic tunnel junction, VCMA-MTJ)及其读电路性能下降的问题, 在对VCMA-MTJ软击穿机理深入分析的基础上, 修正了VCMA-MTJ的电学模型, 设计了一种具有固定参考电阻的VCMA-MTJ读电路和一种具有参考电阻调控单元的VCMA-MTJ读电路, 研究了软击穿对VCMA-MTJ电阻R_t、隧穿磁阻比率M、软击穿时间T_s以及VCMA-MTJ读电路读错误率的影响。结果表明: 软击穿的出现会导致R_t和M均随应力时间t的增加而降低, T_s随氧化层厚度t_ox的增大而缓慢增加, 却随脉冲电压V_b的增大而迅速减少, 与反平行态相比, 平行态的T_s更短且M降低50%所需时间更少; 具有固定参考电阻的VCMA-MTJ读电路可有效避免读“0”错误率的产生, 但读“1”错误率却随t的增加而上升, 而具有参考电阻调控单元的VCMA-MTJ读电路可在保持读“0”正确率的同时, 对读“1”错误率改善达54%, 在一定程度上削弱了软击穿对VCMA-MTJ读电路的影响。