电子高级技师论文太赫兹电路在系统中实际应用中的发展现状和展望

　　这篇电子技术论文发表了太赫兹电路在系统中实际应用中的发展现状和展望，论文阐述了太赫兹电路的发展概况，详细概述了InP基双极器件和场效应器件频率特性、应用，论文从三端固态电子器件电路和基于肖特基二极管的太赫兹固态电子器件电路这两个方面入手，概述了微电子器件和电路的应用。

　　关键词：电子技术论文,太赫兹固态,电子器件与电路

　　引言

　　太赫兹频段的频率范围是0.1THz～10THz，对应波长是30?m～3mm，其最大特点是波长短、透过率强、带宽大等，在许多重要科技领域有着广泛的应用，如军事、安检成像、生物医药、通信及空间技术等领域。下面对借助微电子器件完成太赫兹源及探测器核心器件和电路的应用、发展及展望进行详细概述。

　　1 太赫兹三端固态电子器件

　　1.1 InP基HBT器件

　　InP基HBT器件分为三部分：发射极、基极和集电极，属于纵向器件，其结构如图1所示。其中发射极选用宽带隙InP材料，基极和集电极选用窄带隙InGaAs材料。为提升该器件的功率及频率特性，从消除InP和InGaAs材料的导带尖峰、提升?T和?max等三方面入手。

　　(1)消除导带尖峰。导带尖峰会对载流子运动造成阻碍，降低器件击穿电压和频率特性。通常从三方面入手去除集电极导带尖峰：在集电极InP和基极InGaAs之间安置隔隙多层结构，集电极过度缓慢而消除导带尖峰;在集电极InP和基极InGaAs之间安置超晶格结构，生成子能带而消除导带尖峰;基极选用GaAsSb材料，因其导带顶大于InP材料，故能带结构为无导带尖峰的II型结构[1]。

　　(2)提升?T：常用方法是降低基极和集电极厚度。对于规格大小为12.5nm C掺杂基极、0.32m发射极和55nm集电极的InP HBT器件，?T达到765GHz时，?max=227GHz。?T>300GHz的InP DHBT器件，其组成规格是20nm C掺杂基极， 0.8m发射极和150nm集电极，通过组分渐变进行导带尖峰消除。当改用超晶格消除导带尖峰、?T=660GHz时，集电极厚度为60nm，发射极为250m。

　　(3)提升?max：常用方法是缩小结面积，减小基极寄生电容及接触电阻等，通常选用发射极和基极自对准来降低基极寄生电阻，缩小基极面积降低寄生电容。通过减小基极和发射极宽度来提升?max，目前HTB器件?T达到0.52THz时，?max最高，为1.2THz，此时器件规格为30nm基极、30nm发射极和100nm集电极。

　　1.2 InP基HEMT器件

　　InP基HEMT器件由源极、栅极和漏极构成(其结构如图2所示)，属于场效应器件，最大特点是高频率下噪声低，常从增加器件载流子迁移率，降低器件栅长，提升栅控能力及降低器件寄生电容及电阻等方面提升器件?T和?max及降低?min。

　　(1)增加器件載流子迁移率可以获得较高的截止频率。器件沟道层组成材料对载流子迁移率有直接关系，通常In-GaAs沟道材料组成器件的迁移率为8000cm2/Vs，为提升器件载流子迁移率可以适当增加InGaAs沟道材料中的In组分，选用InGaAs/InAs/InGaAs符合材料形成的器件迁移率高达15000cm2/Vs。

　　(2)降低器件栅长。常选用多层光刻胶形成的T栅型来降低栅长及栅极电阻。通过电子束曝光可使栅长降低至30nm，?T为644GHz，?max为681GHz;将电子束曝光和介质干法刻蚀结合使用可使栅长降低至15nm，?T为580GHz，?max为320GHz。

　　(3)提升栅控能力。跨导可以反馈器件的栅控能力，在材料和栅长一定时，跨导由沟道层厚度、栅槽侧蚀宽度及栅金属与沟道层间势垒层厚度决定。沟道层厚度、栅金属与沟道层间势垒层厚度均与?T成反比，沟道层厚度降低会同时影响载流子浓度，使电流下降，故而应选择合适的沟道层厚度[2];借助栅极Pt金属扩散技术可使势垒层厚度低至4nm，栅长为40nm，跨导2.7mS/μm，?T为688GHz，?max为800GHz。栅槽侧蚀宽度随器件的材料和结构影响?T，且存在最佳值。

　　(4)降低器件寄生电容及电阻。栅脚高度越高，寄生电容越小;源漏欧姆接触电阻和势垒层电阻越小，寄生电阻越小。欧姆接触电阻可通过提升金属-半导体结降低，势垒层电阻可通常在In0.52Al0.48As隔离层和In0.7Ga0.3As沟道层间增添高In组分的In0.7Al03As层，以及降低源漏极间距等方法降低。

　　2 太赫兹单片集成电路(TMIC)

　　太赫兹单片集成核心电路包括太赫兹源、功率放大器，低噪声放大器、混频器等，常用双端器件构成混频器，以下详细阐述基于InP 基HBT和HEMT的TMIC发展。

　　(1)太赫兹源：有压控振荡器(VCO)和锁相环(PLL)两种，PLL频率稳定性能更好但制备困难。2007年，基于35nm栅长的InP基HEMT技术使得基频振荡器达314GHz和346GHz，输出功率达 46μW和25μW;2008年，生产了330 GHz振荡器，输出功率为0.27mW。

　　HBT器件表面效应及1/f 噪声特性都很小，较HEMT器件更适合制备小相位噪声的VCO。2007年，通过300nm发射极的HBT生成了311GHz的基频振荡器。2010年，基频振荡器频率高达570GHz，固定频率的振荡电路，基频振荡器为310 GHz、412GHz、573GHz时，输出功率为–6.2dBm、–5.6dBm、–19.2dBm，300 GHz 调谐带宽下VCO为12GHz，在286GHz，偏频10MHz时相位噪声达–96.6dBc/Hz[3]。同年，通过250nmInP基HBT器件生成了单片PLL电路，频率范围是300.76GHz-301.12GHz，输出功率达–23dBm，在偏频100kH时相位噪声达–78 dBc/Hz，功耗301.6mW，属于当下最高工作频率的PLL。

　　推荐阅读：《光电子技术》(季刊)创刊于1981年，是由国家科委批准，公开发行的学术类期刊。自创刊以来，几经改版，充实内容，增辟栏目，追踪世界光电领域科技潮流，报道国内光电行业技术动态。

期刊VIP网，您身边的高端学术顾问

文章名称： 电子高级技师论文太赫兹电路在系统中实际应用中的发展现状和展望

文章地址： http://www.qikanvip.com/yingyongdianzijishu/41776.html