在前幾期的微信文章中,我們談到了歐盟項(xiàng)目DOTSEVEN,一個(gè)基于SiGe HBT工藝開發(fā),技術(shù)以及應(yīng)用的工程項(xiàng)目,歷時(shí)4年多,其實(shí)在這個(gè)項(xiàng)目之前已經(jīng)完滿結(jié)題的DOTFIVE項(xiàng)目,以及圍繞著SiGe HBT 項(xiàng)目一點(diǎn)都不少,比如CT209-RF2THZ, TRANTO, UlTIMATE, DIFFERENT等, 而且項(xiàng)目的花費(fèi)有些在上億人民幣的規(guī)模。歐盟大力發(fā)展基于SiGe HBT技術(shù)和應(yīng)用十多年了,有其根本原因,在這篇文章中,簡單談?wù)勛约旱目捶ā?/p>
SiGe HBT vs III-V &CMOS:
基于SiGe HBT 技術(shù)的應(yīng)用,比較多的在高速高頻的領(lǐng)域。在這里,不得不提及傳統(tǒng)上使用的III-V材料的器件,比如最新的技術(shù)InP HBT fT , fmax分別達(dá)到0.5, 1.1Thz (emitter 寬度130nm, 200nm), 相比DOTSEVEN項(xiàng)目中取得的器件性能, 是有優(yōu)勢的。同時(shí),不斷崛起的先進(jìn)節(jié)點(diǎn),比如28nm,14nm, 7nm等CMOS傳統(tǒng)工藝在器件性能上的突飛猛進(jìn)。
對于III-V族,主要問題在于集成這塊,不能和當(dāng)前的CMOS工藝兼容,節(jié)點(diǎn)的縮進(jìn)由于Surface recombination 的原因非常不給力,同時(shí)工藝不穩(wěn),模型不準(zhǔn)導(dǎo)致良率偏低,使費(fèi)用大步提升。那么對于CMOS,在高頻和高速應(yīng)用碰到什么問題呢。 圖1顯示,通過先進(jìn)的節(jié)點(diǎn),CMOS器件可以達(dá)到非常高的性能。
然而,在實(shí)際的電路中,晶體管連接到其他晶體管,和器件連接一起的時(shí)候,或多或少附帶電容,電感和電阻負(fù)載。在圖2b中顯示,CMOS在實(shí)際電路中的性能比SiGeC HBT器件下降的幅度大很多。 HBT沒有表現(xiàn)出這種嚴(yán)重惡化的原因是它們具有較高的跨導(dǎo)gm和相應(yīng)的驅(qū)動能力。換句話說,具有相同的gm和輸入電容比的器件具有同樣的fT,但擁有更高gm的器件將從根本上得到更高性能的電路。因?yàn)椋骷娙輰⒅粫蚨嗷蛏僬伎傠娙莸囊恍〔糠侄?。另外CMOS在高頻電路中的 1/f noise隨著節(jié)點(diǎn)的縮小,變得越來越嚴(yán)重,成為一個(gè)比較難以逾越的門檻。
我們用上述理念同時(shí)比較了市場上非常熱門的方向,比如CNFET,Nanowire, FinFET等, SiGe HBT相對來說是gm是最優(yōu)秀的。按照最新的TCAD仿真預(yù)測,SiGe HBT roadmap 目前的極限在ft 1THz, fmax 2 THz. 因此,在很長一段時(shí)間內(nèi)能滿足高頻高速的應(yīng)用需求。
2. SiGe HBT 的應(yīng)用領(lǐng)域
太赫茲或亞毫米頻率范圍,大致定義為從300 GHz延伸到3太赫茲。從歐盟項(xiàng)目的開發(fā)來看,主要面對三個(gè)方向,高速傳輸,雷達(dá),影像和傳感領(lǐng)域等。
在高速傳輸應(yīng)用這塊,相比CMOS工藝的電路,SiGe HBT的實(shí)際結(jié)果還是非常鼓舞人的,在下圖中紅色框中,都是基于SiGe HBT工藝實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用,沒有打框的基于CMOS工藝。
在雷達(dá)應(yīng)用這塊, 除了早已上市的77-78,79-81GHz雷達(dá),主用于ADAS。同時(shí)94GHz雷達(dá)應(yīng)用也已成熟,用于惡劣天氣,機(jī)場地面監(jiān)測等。 同時(shí)最新開發(fā)的應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)的頻率已經(jīng)達(dá)到240GHz, 60GHz帶寬,2.57毫米的分辨率。
在映像和傳感這塊, 目前已經(jīng)在醫(yī)療的THz -CT 應(yīng)用方向獲得突破,工作在490GHz, 60dB , 具有3D 映像功能。在雷達(dá)材料探傷這塊,也已經(jīng)有實(shí)際的設(shè)備和產(chǎn)品上市。
總的來說,基于SiGe HBT的應(yīng)用從歐盟項(xiàng)目十幾年的發(fā)展和規(guī)劃來看,非常值得國內(nèi)借鑒,也能解決當(dāng)前國內(nèi)某些半導(dǎo)體技術(shù)方面的壁壘。SiGe HBT的工藝,對CMOS要求并不高,主要取決于HBT器件,相對于其他工藝,國內(nèi)距離并不是很遠(yuǎn),也是可能容易趕上的,希望此篇文章對將來國內(nèi)SiGe HBT產(chǎn)業(yè)發(fā)展有參考作用。
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