微波低噪声PNP型晶体管设计.doc

《半导体器件物理》课程设计 微波低噪声PNP型晶体管设计 教学单位: 电信学院 专业名称: 微电子技术专业 小组名称：LED组 学生姓名: 指导教师: 完成时间: 2012年12月19日  摘 要 微波低噪声晶体管是通信系统接收端的关键电子器件，广泛应用于雷达、通信、卫星、导弹等领域内，对经济和军事领域的发展都有极其重要的意义。 微波低噪声晶体管其主要参数指标为高的频率特性和低的噪声系数，本文首先对晶体管的频率和噪声等方面的特性进行了理论分析，在此基础上，根据设计指标，进行了微波低噪声晶体管的纵向结构参数、横向结构参数等的计算和选取，并对特征频率、噪声系数、功率增益等主要参数进行了核算，结果为=3.63GHz、=2.45、=6.5dB，验证了该设计基本达到设计要求；在结构方面，采用了具有缓冲基区的结构；在图形方面，采用梳状结构；最后给出亚微米发射区宽度微波低噪声晶体管的工艺流程，并画出了所设计的微波低噪声晶体管的图形。 关键词：微波；低噪声；缓冲基区；梳状结构 目 录 摘 要 I 1 绪 论 1 1.1 微波低噪声晶体管概述 1 1.2 微波低噪声晶体管的发展历程及现状 1 1.3 本文研究的主要内容 2 2 晶体管设计理论 4 2.1 晶体管的频率特性 4 2.1.1 电流放大系数与频率的关系 4 2.1.2 晶体管的特征频率 5 2.1.3 晶体管的高频优值 6 2.2 晶体管的噪声特性 8 2.2.1 噪声与噪声系数 8 2.2.2 晶体管的噪声源 8 2.2.3 噪声系数与频率、工作电流的关系 9 2.2.4 晶体管的最小噪声系数 10 2.3 晶体管的耗散功率 10 2.3.1 耗散功率和最高结温 10 2.3.2 热阻和最大耗散功率 11 3 微波低噪声晶体管设计 12 3.1 晶体管设计方法 12 3.2 系统设计 13 3.3 纵向结构参数的选取 14 3.3.1 外延层电阻率和集电区宽度的选取 14 3.3.2 基区宽度的选取 15 3.3.3 集电结结深、发射结结深的选取 15 3.3.4 砷离子注入表面浓度与外延层厚度的选取 17 3.4 横向结构参数的选取 18 3.4.1 图形结构的选取 18 3.4.2 单元发射极条宽、条长和条数的选取 18 3.4.3 基区面积（集电结面积）的选取 19 3.5 主要参数的核算 19 3.5.1 特征频率 19 3.5.2 噪声系数 21 3.5.3 功率增益 22 4 微波低噪声晶体管的制造工艺和版图设计 23 4.1制造工艺 23 4.2 版图设计 24 5 结 论 27 参 考 文 献 28 绪 论1.1 微波低噪声晶体管概述 微波低噪声晶体管主要参数指标为高的频率特性和低噪声系数300MHz ~ 3000GHz的电磁波谱，其工作频率较高。由于工作频率高，微波晶体管必须具有微米或亚微米的精细几何尺寸。随着薄层外延技术、浅结扩散或离子注入技术、投影曝光、远紫外曝光、X射线曝光、电子束曝光等微细加工技术的发展，微波晶体管的工作频率、功率和低噪声性能已得到提高。噪声是干扰有用信号的某种不期望的无规则扰动。或者说，噪声是完全无规则变化的电流(或电压)，是一种围绕统计平均值的宏观量的起伏。从本质上说，晶体管的噪声是由晶体管内大量带电微粒(载流子)的无规则运动所引起的。晶体管的噪声决定了晶体管所能放大的微弱信号的下限，本文设计之噪声系数为小于2.5dB。微波低噪声晶体管是通信系统接收端的关键电子器件，在军用、民用电子设备中有着广泛的应用，其典型应用主要在通讯、雷达（含导航）和电子对抗等领域。对经济和军事领域的发展都有极其重要的意义。1.2 微波低噪声晶体管的发展历程及现状 晶体管的发明，开创了一个新时代，可以说，它是打开信息时代大门的金钥匙。1947年，发明第一只点接触式Ge晶体管；1948年，发明结型晶体管；50年代，晶体管得到大发展（材料由Ge(Si）；20世纪60年代硅平面工艺的兴起，使硅双极晶体管取得了长足的进步，随后各种不同频率、不同规格的晶体管相续被研制出来。异质结器件是在20世纪80年代发展起来的新型半导体材料，在80年代末获得了突破性进展，表现出良好的高频性能，其研究领域也越来越广泛，因而逐渐受到人们的重视。与硅双极结晶体管相比异质结晶体管速度更快，噪声更低，功耗更小，是微波功率所必需的器件。 微波/毫米波因具有波长短、波束窄、频带宽、穿透能力强等一系列特点，从而使其器件和电路处在当今微电子技术的重要发展前沿。微波/毫米波器件及其电路的地位日渐提高，以致使它成为突破或制约尖端技术的关键，已引起美国、日本、西欧等国家的极大关注。早在1990年美国就把微波半导体功率器件及其电路列为国家发展战略的核心技术，投入大量的人力、物力