12、InP基光通信系统IC技术：迈向100Gbit/s的探索

InP基光通信系统IC技术：迈向100Gbit/s的探索

1. 高速逻辑器件性能提升要点

在高速逻辑运算中，为了提升器件性能，有几个关键的参数需要关注。首先，缩短栅长（Lg）、增加载流子迁移率（μ）以及减少短沟道效应是非常重要的。当缩短Lg时，同时缩小沟道尺寸（即同时减小Lg和d）是提高性能和抑制短沟道效应的关键规则。

对于InP基HEMT器件，阈值电压变化（ΔVth）与Lg密切相关。当Lg小于0.1μm时，ΔVth对Lg的依赖性很强，这意味着在该区域控制阈值电压（Vth）存在困难。为了缓解Vth控制问题，可以引入更薄的势垒层。尽管目前栅长已经缩短到0.03μm，截止频率（fT）超过300GHz，但在制作数字集成电路时，对阈值电压控制的关注还不够。例如，对于Lg为0.03μm的情况，8nm的超薄势垒层可以将ΔVth降低到 - 0.55V。

2. HEMT - IC的传播栅延迟

在设计高速器件时，明确影响电路速度的参数至关重要。源极耦合场效应管逻辑（SCFL）和发射极耦合逻辑（ECL）设计因其有利的串联栅配置，在高速数字集成电路中得到广泛应用。

对于增益为Ga的SCFL反相器，其传播栅延迟（τpd）由以下公式给出：
[
\begin{align }
\tau_{pd}&=\frac{C_{gs}+R_L(C_{ed}+C_{ds})+R_LR_g\langle g_m\rangle C_{sd}+R_gC_{gs}}{g_{m,max}}+\frac{C_{sd}(R_L + R_g)+C_{gd}}{g_{m}+2g_d}+\frac{C_{gs}+(1 + G_a)C_{ed}}{1 +