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Ka波段CMOS有源矢量合成移相器

微波学报 2024年第3期40卷 53-56页

作者：刘帅中国电子科技集团公司第十研究所成都610036

本文基于65 nm硅基互补金属氧化物半导体工艺设计了一款Ka波段有源矢量合成移相器。该电路由正交耦合器、单端转差分信号的巴伦、可变增益放大器、信号合成网络组成。基于集总LC等效模型的正交发生器能够实现紧凑尺寸并获得高精度正交信... 详细信息

本文基于65 nm硅基互补金属氧化物半导体工艺设计了一款Ka波段有源矢量合成移相器。该电路由正交耦合器、单端转差分信号的巴伦、可变增益放大器、信号合成网络组成。基于集总LC等效模型的正交发生器能够实现紧凑尺寸并获得高精度正交信号;可变增益放大器采用数字控制的共源共栅架构,能够实现精准的幅度调节,并提高输入输出之间的隔离度。实测结果表明,该移相器可在25 GHz~32 GHz频带范围内实现360°移相,相位步进5.625°,均方根(RMS)相位误差小于3°,寄生调幅RMS小于1 dB,电路面积为800μm×400μm,功耗11 mW。

关键词：互补金属氧化物半导体矢量合成移相器可变增益放大器共源共栅

基于0.15μm SOI工艺的耐高温短沟器件设计与实现

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固体电子学研究与进展 2024年第3期44卷 258-263页

作者：顾祥张庆东纪旭明李金航常瑞恒中国电子科技集团公司第五十八研究所江苏无锡214035

绝缘体上硅(Silicon on insulator,SOI)技术在200~400℃高温器件和集成电路方面有着广泛的应用前景,但对于沟道长度≤0.18μm的短沟道器件在200℃以上的高温下阈值电压漂移量达40%以上,漏电流达μA级,无法满足电路设计要求。本文研究了... 详细信息

绝缘体上硅(Silicon on insulator,SOI)技术在200~400℃高温器件和集成电路方面有着广泛的应用前景,但对于沟道长度≤0.18μm的短沟道器件在200℃以上的高温下阈值电压漂移量达40%以上,漏电流达μA级,无法满足电路设计要求。本文研究了基于0.15μm SOI工艺的1.5 V MOS器件电特性在高温下的退化机理和抑制方法,通过增加栅氧厚度、降低阱浓度、调整轻掺杂漏离子注入工艺等优化方法,实现了一种性能良好的短沟道高温SOI CMOS器件,在25~250℃温度范围内,该器件阈值电压漂移量<30%,饱和电流漂移量<15%,漏电流<1 nA/μm。此外采用仿真的方法分析了器件在高温下的漏区电势和电场的变化规律,将栅诱导漏极泄漏电流效应与器件高温漏电流关联起来,从而定性地解释了SOI短沟道器件高温漏电流退化的机理。

关键词：绝缘体上硅阈值电压漏电流短沟道栅诱导漏极泄漏电流

高k栅介质增强型β-Ga_(2)O_(3) VDMOS器件的单粒子栅穿效应研究

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固体电子学研究与进展 2024年第1期44卷 6-12页

作者：王韬张黎莉段鑫沛殷亚楠周昕杰中国电子科技集团公司第五十八研究所江苏无锡214072

以增强型β-Ga_(2)O_(3)VDMOS器件作为研究对象,利用TCAD选择不同的栅介质材料作为研究变量,观察不同器件的单粒子栅穿效应敏感性。高k介质材料Al_(2)O_(3)和HfO_(2)栅介质器件在源漏电压200 V、栅源电压-10 V的偏置条件下能有效抵御线... 详细信息

以增强型β-Ga_(2)O_(3)VDMOS器件作为研究对象,利用TCAD选择不同的栅介质材料作为研究变量,观察不同器件的单粒子栅穿效应敏感性。高k介质材料Al_(2)O_(3)和HfO_(2)栅介质器件在源漏电压200 V、栅源电压-10 V的偏置条件下能有效抵御线性能量转移为98 MeV·cm^(2)/mg的重离子攻击,SiO_(2)栅介质器件则发生了单粒子栅穿效应(Single event gate rupture,SEGR)。采用HfO_(2)作为栅介质时源漏电流和栅源电流分别下降92%和94%,峰值电场从1.5×10^(7)V/cm下降至2×10^(5)V/cm,避免了SEGR的发生。SEGR发生的原因是沟道处累积了大量的空穴,栅介质中的临界电场超过临界值导致了击穿,而高k栅介质可以有效降低器件敏感区域的碰撞发生率,抑制器件内电子空穴对的进一步生成,降低空穴累积的概率。

关键词：氧化镓单粒子栅穿 TCAD仿真 VDMOS器件

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基于硅桥芯片互连的芯粒集成技术研究进展

微电子学 2024年第2期54卷 255-263页

作者：袁渊张志模朱媛孟德喜刘书利王刚中国电子科技集团公司第五十八研究所无锡214035

在后摩尔时代,通过先进封装技术将具有不同功能、不同工艺节点的异构芯粒实现多功能、高密度、小型化集成是延长摩尔定律寿命的有效方案之一。在众多先进封装解决方案中,在基板或转接板中内嵌硅桥芯片不仅能解决芯粒间局域高密度信号互... 详细信息

在后摩尔时代,通过先进封装技术将具有不同功能、不同工艺节点的异构芯粒实现多功能、高密度、小型化集成是延长摩尔定律寿命的有效方案之一。在众多先进封装解决方案中,在基板或转接板中内嵌硅桥芯片不仅能解决芯粒间局域高密度信号互连问题,而且相较于TSV转接板方案,其成本相对较低。因此,基于硅桥芯片互连的异构芯粒集成技术被业内认为是性能和成本的折中。总结分析了目前业内典型的基于硅桥芯片互连的先进集成技术,介绍其工艺流程和工艺难点,最后展望了该类先进封装技术的发展。

关键词：先进封装芯粒异构集成硅桥嵌入局域互连

基于SiGe BiCMOS工艺的8 GS/s采样保持电路

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半导体技术 2024年第5期49卷 499-504页

作者：李飞吴洪江龚剑曹慧斌中国电子科技集团公司第十三研究所石家庄050051

为实现数字通信对高速模数转换器的要求,基于0.18μm SiGe BiCMOS工艺提出了一款8 GS/s采样率、6 bit的采样保持电路。电路采用全差分开环结构,利用射极跟随型采样开关实现了电路高采样率。采样开关中采用晶体管线性补偿技术,有效地提... 详细信息

为实现数字通信对高速模数转换器的要求,基于0.18μm SiGe BiCMOS工艺提出了一款8 GS/s采样率、6 bit的采样保持电路。电路采用全差分开环结构,利用射极跟随型采样开关实现了电路高采样率。采样开关中采用晶体管线性补偿技术,有效地提高了采样保持电路的线性度。输出缓冲电路采用级联结构实现高线性度,并提高了电路的驱动能力。测试结果发现,在采样模式下单端输入信号频率4 GHz、采样时钟频率8 GHz条件下,有效位数为5.4 bit,无杂散动态范围为37.6 dB,总谐波失真为37.5 dB,总功耗为450 mW,芯片尺寸为0.68 mm×0.68 mm。

关键词：采样保持电路 SiGe BiCMOS工艺射极跟随型采样开关前馈电容馈通补偿电路

一种X波段150W紧凑型功率放大器MMIC

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半导体技术 2024年第7期49卷 642-647页

作者：杨卅男李通蔡道民中国电子科技集团公司第十三研究所石家庄050051

基于0.35μm GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺平台设计了一款功率放大器单片微波集成电路(MMIC),采用双场板将HEMT的击穿电压提升至200 V;借助热电联合设计,优化HEMT的栅栅间距和末级HEMT布局,器件热阻降至0.55℃/W;输出匹配融合了功... 详细信息

基于0.35μm GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺平台设计了一款功率放大器单片微波集成电路(MMIC),采用双场板将HEMT的击穿电压提升至200 V;借助热电联合设计,优化HEMT的栅栅间距和末级HEMT布局,器件热阻降至0.55℃/W;输出匹配融合了功率分配/合成、阻抗变换和谐波调谐等功能,并通过多电容串联提高了击穿电压,增强了电路的鲁棒性;优化了版图布局,末级HEMT采用两两共地,并利用片上电感以缩短栅极偏置线,减小了芯片面积。最终,实现了饱和输出功率大于150 W、功率附加效率大于40%、功率增益大于22 dB的X波段功率放大器MMIC,其尺寸为3.8 mm×5.3 mm。该功率放大器MMIC可广泛应用于通信领域。

关键词：紧凑型 X波段功率放大器功率附加效率热阻单片微波集成电路(MMIC)

基于GaAs E/D PHEMT工艺的Ku波段双通道幅相控制多功能芯片

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半导体技术 2024年第6期49卷 575-579,588页

作者：徐伟赵子润刘会东李远鹏中国电子科技集团公司第十三研究所石家庄050051

基于GaAs增强/耗尽型赝配高电子迁移率晶体管(E/D PHEMT)工艺设计了一款14~18 GHz的双通道多功能芯片。芯片集成了单刀双掷(SPDT)开关、6 bit数控移相器、4 bit数控衰减器和增益补偿放大器。采用正压控制开关以减小控制位数;优化移相、... 详细信息

基于GaAs增强/耗尽型赝配高电子迁移率晶体管(E/D PHEMT)工艺设计了一款14~18 GHz的双通道多功能芯片。芯片集成了单刀双掷(SPDT)开关、6 bit数控移相器、4 bit数控衰减器和增益补偿放大器。采用正压控制开关以减小控制位数;优化移相、衰减和放大等电路拓扑结构,以获得良好的幅相特性;采用紧凑布局、双通道对称的版图设计,以实现小尺寸和高性能。测试结果表明,+5 V电压下,接收通道增益大于3 dB,1 dB压缩点输出功率大于8 dBm;发射通道增益大于1 dB,1 dB压缩点输出功率大于2 dBm;64态移相均方根误差小于2.5°,16态衰减均方根误差小于0.3 dB,芯片尺寸为3.90 mm×2.25 mm。该多功能芯片可实现对射频信号幅度和相位的高精度控制,可广泛应用于微波收发模块。

关键词：双通道多功能芯片增强/耗尽型赝配高电子迁移率晶体管(E/D PHEMT) 单刀双掷(SPDT)开关数控移相器数控衰减器

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一种三维集成的Ku波段高功率T/R模块

半导体技术 2024年第6期49卷 569-574页

作者：陈兴张超陈东博赵永志中国电子科技集团公司第十三研究所石家庄050051

基于硅基微电子机械系统(MEMS)三维(3D)异构集成工艺,设计并制作了用于相控阵天线系统的三维堆叠式Ku波段四通道高功率收发(T/R)模块。该模块由两层硅基封装堆叠而成,层间采用球栅阵列(BGA)植球堆叠,实现模块小型化;采用高低阻抗匹配建... 详细信息

基于硅基微电子机械系统(MEMS)三维(3D)异构集成工艺,设计并制作了用于相控阵天线系统的三维堆叠式Ku波段四通道高功率收发(T/R)模块。该模块由两层硅基封装堆叠而成,层间采用球栅阵列(BGA)植球堆叠,实现模块小型化;采用高低阻抗匹配建模,保证低损耗输出,采用导热垫加微流道散热板达到了良好的散热效果,实现模块高功率输出;对模块的微波垂直互连结构和散热进行建模和仿真。测试结果表明,在14~18 GHz内发射通道饱和输出功率大于40 dBm,接收通道增益大于21 dB,噪声系数小于3.5 dB,模块尺寸仅为14.0 mm×14.0 mm×3.3 mm。该模块在兼顾高集成度的同时性能指标得到了进一步提升。

关键词：硅基微电子机械系统(MEMS) 收发(T/R)模块三维集成高功率散热设计

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多层硅基模块晶圆级键合腔体的可靠性

半导体技术 2024年第7期49卷 674-681页

作者：马将郜佳佳杨栋中国电子科技集团公司第十三研究所石家庄050051

晶圆级键合是实现多层硅基模块内部互连的关键工艺,针对硅片在晶圆级键合工艺中的开裂现象,建立了硅基刻蚀腔体在键合工艺中的力学模型,经样件实验验证,该模型可以准确预估腔体的开裂现象。在此基础上设计了硅片键合实验,通过引入硅通孔... 详细信息

晶圆级键合是实现多层硅基模块内部互连的关键工艺,针对硅片在晶圆级键合工艺中的开裂现象,建立了硅基刻蚀腔体在键合工艺中的力学模型,经样件实验验证,该模型可以准确预估腔体的开裂现象。在此基础上设计了硅片键合实验,通过引入硅通孔(TSV)的应力集中因子确定了硅基晶圆级键合的应力失效判据。而后通过参数化仿真系统性探究了硅基刻蚀腔体面积及腔体形状等因素对键合应力的影响规律,并绘制出刻蚀腔体设计可靠范围图。结果表明,硅片键合可靠腔体临界面积约为21 mm^(2),且腔体形状越接近正方形越易开裂。该研究为多层硅基模块刻蚀腔体的可靠性设计提供了参考。

关键词：晶圆级键合多层硅基模块刻蚀腔体硅通孔(TSV) 可靠性