HBT模型參數提取方法及InP基單片集成器件的研究.pdf

1、本論文工作是圍繞本論文工作是圍繞國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973計劃)項目(No.2003CB314901)、國家高科技研究發(fā)展計劃(863計劃)項目(No.2003AA31g050、No.2006AA03Z416和No.2007AA03Z418)、國家自然科學基金項目(No.60576018，No.90601002)、國際科技合作重點項目計劃項目(No.2006DFB11110)展開的。 當前，隨著通信技術的迅速發(fā)展、終端客戶

2、的迅猛增加及對帶寬需求的不斷增大，光纖通信正向著智能化、集成化、低成本和高可靠性的新一代光纖通信演進。光電集成電路較之分立的光電組件具有尺寸小、光電連接產生的寄生效應低、成本低、性能優(yōu)越和可靠性高等諸多優(yōu)點，滿足了光通信進一步發(fā)展的要求，因此成為全世界光通信和光電子領域所共同關注的研究熱點和重大課題。 InP基異質結雙極晶體管(HBT)是長波長光電集成電路中必不可少的關鍵器件之一，在微波等領域具有極其廣闊的應用前景。因此深入系統

3、地研究InP基HBT器件的建模和應用具有極其重要的意義。 在任曉敏教授的精心指導下，本論文針對InP基HBT的建模方法，特別是大信號模型的建立，及在單片集成光接收前端器件的制備方面展開了深入細致的研究。取得的主要研究成果如下： 1．從材料物理特性出發(fā)，分析了HBT的物理結構、性能參數。推導出各個參數的表達式，研究了在不同條件下，InP基HBT主要物理參數的變化情況。基于以上分析，提出了InP基HBT設計的優(yōu)化方案。

4、 2．參與研制了InP基HBT，測試了分立器件的直流與高頻特性。其中2um工藝的InP基HBT，測得開啟電壓為0.35V、直流增益達到80倍、截至頻率約為40GHz。 3.研究了HBT小信號模型參數的提取方法，采用一種聯合提取器件小信號模型參數的新方法。提取步驟為：基于寄生參數與器件工作狀態(tài)無關的特點，利用強正偏和強反偏下的S參數和線性回歸分析提取出了器件的寄生參數；通過矩陣運算去除晶體管寄生部分對S參數的影響，并利用電路網絡

5、拓撲變換與線性回歸分析提取出了器件的本征參數；以提取出的模型參數作為初始值，利用自適應優(yōu)化算法進一步確定出_與實際測量結果更加符合的模型參數，減少了在提取過程中由于數據擬合導致的誤差。經比較，模型S參數的仿真結果與器件實測結果符合地很好。 4．對HBT大信號模型參數的提取方法進行了深入細致的研究，根據大信號模型30個常用參數的不同物理特性，將其分成C-V參數、電阻參數、厄利電壓參數、直流輸出參數、輸入阻抗參數和傳輸時延參數。依據

6、每類參數的不同特點，分別設計出參數提取方法并構建測試平臺。經比較，提取出的大信號模型在直流、交流方面均能準確地表征器件的實際特性。 5.利用建立的HBT模型設計了多種形式的前端放大電路。對電路進行直流及高頻特性的仿真，根據仿真結果對電路形式進行優(yōu)化與對比，選擇出性能優(yōu)異、結構相對簡單的電路形式，為單片集成光接收機前端的制備提供支持。 6．參與研制了PIN+HBT形式的單片集成光接收前端。探測器臺面面積為22×22um2、