ChIC有源元件与工艺流程(新).ppt

* 第五十九页，共九十四页。 * 第六十页，共九十四页。 * E-NMOS的结构示意图(增强型VD=0V, Vgs=Vsb=0V) 图5.14 E-NMOS的结构示意图 第六十一页，共九十四页。 * D-NMOS的结构示意图(耗尽型 VD=0V, Vgs=Vsb=0V) 图5.14 D-NMOS的结构示意图 第六十二页，共九十四页。 * E-PMOS的结构示意图 (增强型 VD=0V, Vgs=Vsb=0V) 图5.14 E-PMOS的结构示意图 第六十三页，共九十四页。 * 5.7.3 E-NMOS工作原理图 Vgs>Vt，Vds=0V 图5.15 不同电压情况下E-NMOS的沟道变化 第六十四页，共九十四页。 * E-NMOS工作原理图 Vgs>Vt，Vds<Vgs-Vt 图5.15 不同电压情况下E-NMOS的沟道变化 第六十五页，共九十四页。 * E-NMOS工作原理图 Vgs>Vt，Vds>Vgs-Vt 图5.15 不同电压情况下E-NMOS的沟道变化 第六十六页，共九十四页。 * 4.　Si/SiGe材料系统HBT工艺也取得了进步。 　Si/SiGe HBT特点： 　1.Ｐ+掺杂的SiGe用作基区，合成的SiGe层带隙小于初始的Si衬底、掩埋的集电区和覆盖的发射区，大体上每增加10％的Ge原子，带隙减小75meV。这样的异质结在导带处产生一个低的势垒，但在价带出产生一个高的势垒， △Eg都可用作为价带侧的能带差。 　2.Si/SiGe HBT比Si HBT具有更高的速度，但生产成本基本保持不变。重要的是 Si/SiGe HBT可与先进的CMOS工艺相结合，形成SiGe的BiCMOS。 　迄今为止， fT>100GHz的SiGe HBT已成功实现，已经开发出包含fmax ＝60GHz SiGe HBT和0.25um CMOS器件的SiGe的BiCMOS工艺。 另：HBT就有很强的电流驱动能力，因此，这种工艺对于模拟信号的功率放大和门阵列逻辑输出缓冲电路设计具有重大意义。 第二十七页，共九十四页。 * 5.4 MESFET和HEMT工艺(自学) GaAs工艺：MESFET 图5.4 GaAs MESFET的基本器件结构 第二十八页，共九十四页。 * MESFET的制作与特点： 外延一层N型GaAs薄层作为有源层。（LPE，VPE，MBE，离子注入法） 外延过程中， Ga、As连同其它选定的杂质原子沉积在半导体GaAs晶圆表面，产生类似于GaAs衬底的晶体结构。外延层的厚度约为0.5um，施主浓度约为1.5×1017cm-3。 在离子注入过程中，掺杂剂直接注入半绝缘体GaAs衬底中，离子能量及工艺时间决定了深度和施主浓度。 有源层上面两侧的金属层通常是金锗合金，通过沉积形成，与有源层形成源极和漏极的欧姆接触。这两个接触区之间定义出有源器件，即MESFET的电流沟道。 MESFET通常有对称的源漏结构。 沟道中间区域上的金属通常是金或合金，与有源层形成栅极的肖特基接触。 第二十九页，共九十四页。 * MESFET的类型：根据零偏压情况下沟道夹断的情况，可形成两种类型的MESFET：增强型和耗尽型。 增强型：由于内在电势形成的耗尽区延伸到有源区的下边界，沟道在零偏压情况下是断开的 耗尽型：耗尽区只延伸到有源区的某一深度，沟道在零偏压情况下是开启的。 第三十页，共九十四页。 * 　MESFET的栅极作用：控制MESFET的性能，当栅极上加上电压，内部的电势就会增强或减弱，从而控制沟道深度和流通的电流。由于控制主要作用于栅极下面的区域，所以，栅长，即栅极金属层从源极到漏极方向上的尺寸，是MESFET的重要参数。 　常规情况下，栅长越短，器件的速度越快。栅长为0.2um的MESFET的截止频率约为50ＧHz。迄今为止，栅长已减小到100nm量级。 第三十一页，共九十四页。 * 为了提高MESFET的性能，就需要改进有源层的导电能力。 采用赝晶InGaP/InGaAs/GaAs结构，其中InGaAs由于高载流子浓度而作为沟道层，而InGaP用来增加击穿电压。由此， MESFET 的截止频率可以达到fT ＝90GHz和fmax= 160GHz 。 相对简单和成熟的MESFET工艺使得光通信中高速低功率VLSI的实现成为可能。 I 第三十二页，共九十四页。 * GaAs工艺：HEMT 图5.5 简单HEMT的层结构 第三十三页，共九十四页。 * HEMT的构思：在Ｎ型掺杂的GaAs层中，电子的漂移速度主要受限于电子与施主的碰撞。为了增加电子的漂移速度，应减小电子与施主的碰撞机会。这就是说，掺杂浓度应减小，最好是没有掺杂，这样完美的晶体结构就不受到破坏，但同时希望在结构中存在大量可高速迁移的