SiGe雙極和BiCMOS工藝技術(shù),在傳輸?shù)膬啥税缪萘艘粋�(gè)支撐角色。第三代(3G)無線通信正在快速地變成現(xiàn)實(shí)。3G得以成功實(shí)施,一個(gè)重要的原因是在傳輸?shù)膬啥税缪萘酥谓巧逆N硅(SiGe)雙極和BiCMOS工藝技術(shù)。在手機(jī)中,SiGe在更低的電壓下給射頻(RF)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)帶來更快的速率,在支持3G多媒體通信所必需的更高帶寬的同時(shí),保持功耗降低�；疽矎腟iGe受益：高速的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和運(yùn)算放大器成功地用更寬的帶寬處理更多的通道。雖然SiGe的基
SiGe雙極和 Bi
CMOS工藝技術(shù),在傳輸?shù)膬啥税缪萘艘粋�(gè)支撐角色。
第三代 (3 G) 無線通信正在快速地變成現(xiàn)實(shí)。3 G 得以成功實(shí)施,一個(gè)重要的原因是在傳輸?shù)膬啥税缪萘酥谓巧逆N硅 (SiGe) 雙極和 BiCMOS 工藝技術(shù)。在
手機(jī)中, SiGe 在更低的電壓下給射頻 (
RF) 發(fā)射機(jī)和接收機(jī)帶來更快的速率, 在支持3 G 多媒體通信所必需的更高帶寬的同時(shí),保持功耗降低�；疽矎腟iGe受益：高速的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和運(yùn)算放大器成功地用更寬的帶寬處理更多的通道。雖然 SiGe 的基本特性對(duì)兩種應(yīng)用而言是相似的,但對(duì)應(yīng)于每種應(yīng)用背后的半導(dǎo)體工藝之間有差別。
圖1 SiGe 雙極晶體管增益－頻率曲線
圖2 SiGe 雙極晶體管fT與電流密度的關(guān)系
圖3 SiGe雙極晶體管I-V特性速度和低功耗
雖然 SiGe技術(shù)在1990年代后期之前已經(jīng)有了有限的進(jìn)展,但是它開始大規(guī)模商業(yè)生產(chǎn)還是在引入新的、性能大大改善的SiGe淀積設(shè)備之后。在2000年前后,受到無線通信市場(chǎng)對(duì)速度和低功耗需求的刺激,許多的半導(dǎo)體制造業(yè)者已經(jīng)開發(fā)或者正在開發(fā)新的SiGe工藝。今天, SiGe已經(jīng)成為無線手機(jī)射頻部分的標(biāo)準(zhǔn)工藝,而且它在基站中的使用正在增加。
SiGe工藝涉及到對(duì)雙極晶體管的基區(qū)進(jìn)行鍺摻雜,這將大幅度地提高載流子遷移率,使得從發(fā)射極到集電極的渡越時(shí)間特別短。表征這些晶體管的速率的關(guān)鍵特性是轉(zhuǎn)移頻率(fT), 隨著頻率提高,晶體管在這一頻率點(diǎn)的增益減少到1。就實(shí)際的應(yīng)用而言, SiGe器件通常工作在比fT低得多的速率上, 在這個(gè)頻率區(qū)域增益不是常數(shù),如圖 1 所示。因此假設(shè)下面晶體管的fT是45GHz,器件可能工作在2~5GHz,這對(duì)支持3G射頻傳輸是足夠的了。如圖 2 所見,在較低的fT工作只需要較低的工作電流,也就是比較低的功耗,這對(duì)于延長(zhǎng)
電池的使用壽命是很關(guān)鍵的。
一個(gè)相關(guān)的趨勢(shì)是較高fT的晶體管可以用比較低的電壓工藝來實(shí)現(xiàn), 這是因?yàn)橛惺褂幂^薄基區(qū)的能力。結(jié)果,SiGe 射頻元件在電池電壓下能擠出較高的速率。在一個(gè)無線手機(jī)中無需為射頻部分引入一個(gè)額外的
電源,從而節(jié)省了材料花費(fèi)、電路板面積,降低了功耗。
SiGe器件的寬動(dòng)態(tài)范圍使得它有可能在單級(jí)完成基帶與射頻前端之間的上變頻和下變頻,這也節(jié)省了芯片成本,降低了功耗。
今天大多數(shù)的SiGe工藝開發(fā)旨在推動(dòng) fT 超過
100GHz器件的生產(chǎn),更高頻率的器件尚在實(shí)驗(yàn)室階段。由于可移動(dòng)的、由電池供電的手機(jī)的功耗受到限制,這一個(gè)趨勢(shì)就很有意義。無線產(chǎn)品的主要半導(dǎo)體供應(yīng)商正在努力使其產(chǎn)品設(shè)計(jì)跟上這些工藝開發(fā)的步伐,以便利用這些工藝提供的低壓特性。在這些較低的電壓下,CMOS也正在變成一個(gè)重要的射頻競(jìng)爭(zhēng)者,特別是在最近130nm和90nm兩代工藝,當(dāng)溝道長(zhǎng)度小于 100nm時(shí),就為將射頻、模擬和數(shù)字電路集成在單一芯片上提供了可能性。 因此, SiGe不能躺在自己的榮譽(yù)簿上停滯不前, 必須永遠(yuǎn)向這個(gè)產(chǎn)品
系列的較高的速率推進(jìn)。
一個(gè)較好的互補(bǔ)工藝
盡管fT是這么重要,但增加fT只是故事的一部分,特別是對(duì)于模擬功能來說更是這樣。最快速的 SiGe 工藝只用 NPN晶體管實(shí)現(xiàn),在極高頻它比
PNP管容易制造。在這些 NPN主宰的 SiG
