18、磷化铟异质结双极晶体管集成电路技术迈向100GHz逻辑的进展

磷化铟异质结双极晶体管集成电路技术迈向100GHz逻辑的进展

1. 器件特性

1.1 DC特性

通过Gummel图和Ic - Vce特性图可以看出GaAs/AlGaAs HBT和AllnAs/GalnAs HBT的主要差异。GaAs基单异质结双极晶体管（SHBTs）的偏移电压明显大于InP基器件。典型的GaAs HBT偏移为200 - 300 mV，而可比的InP器件偏移为50 - 150 mV。偏移电压的产生是由于两个p - n结（基极/集电极和基极/发射极）的材料和面积不同，导致电流 - 电压依赖关系不同。AllnAs/GalnAs HBT中的差异不如AlGaAs/GaAs HBT中那么大。

由于HBT中发射极和基极都掺杂较重，GaAs基HBT的Vbe开启电压也比InP基HBT大得多。开启电压接近基极材料的全带隙。AllnAs/GalnAs的 - 0.7V开启电压可实现类似硅的逻辑门设计和更低的电源电压。与Si或SiGe在DC特性方面的一个区别是，InP基HBT的电流增益β随着电流密度的增加而增大，远远超出了器件的安全工作区域。

1.2 截止频率

在第二代（G2）工艺中，大发射极面积（1.5x8μm²）但寄生元件小的器件，其单位电流增益截止频率ft高达225 GHz。对于较小的晶体管（1x3μm²），可获得约180 GHz的匹配ft和fmax。在G2 + 工艺中，制造出了有效发射极面积小至0.25x0.75μm²的器件，其工作频率为ft = 160 GHz，fmax = 250 GHz。高速逻辑电路的器件选择基于速度和功耗的权衡。较大面积的晶体管具有较高的截止频率，但功耗也显著更高。大多数G2电路设计基于1x3μm²的器件，其提