HBT的GP建模及OEIC接收机前端的设计

作     者：胡钉 

作者单位：北京邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：任晓敏

授予年度：2009年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：异质结双极晶体管(HBT) 光电集成(OEIC) GP(Gummel-Poon)大信号模型 参数提取 集成光接收机前端 

摘      要：当今光通信正在向智能化、集成化、低成本和高可靠性的新一代光网络演进,其对光电器件的性能要求也越来越高。异质结双极晶体管（HBT）作为光电集成电路中必不可少的关键器件之一,在光纤通信以及微波等领域具有极其广阔的应用前景,因此深入系统地研究HBT器件的建模和相关应用具有极其重要的意义。 论文针对HBT的建模、单片集成光接收机前端进行了深入研究。取得的主要研究成果如下所述: 1.从材料物理特性出发,分析了HBT理论模型,推导了相关电学参数的表达式,仿真研究了HBT中结构参数,偏置电压以及掺杂浓度对器件性能的影响,提出了HBT的优化设计方案。 2.对HBT的GP大信号模型参数的提取方法进行了深入细致的研究,针对GP模型中每类SPICE参数的不同特点,分别设计了参数提取方法。通过在直流参数提取过程中构建误差函数以及交流小信号参数提取过程中采用解寄生技术,提高了模型精度,最终提取出的GP大信号模型在直流、交流方面均能准确地表征器件的实际特性,仿真结果与实验测试的误差在3%以内。 3.利用异质外延生长技术,协助制备了发射极宽度为3μm的GaAs基InP/InGaAs HBT,测试结果为开启电压0.4V,反向击穿电压大于2V,直流放大倍数约为20,截止频率达到7 GHz。 4.参与研制PIN+HBT形式的单片集成光接收机前端的相关工作。基于HBT的GP大信号模型设计了前端放大电路,重点分析其频域和时域特性。最终制备的光接收机前端,采用跨阻负反馈单级共射放大电路,光探测器台面面积为22×22μm,InP HBT发射极宽度为3μm。当探测器外加2.5V反向偏压、电路外加2V偏压时,测得该集成器件的3dB带宽为3GHz。