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GaAsSb双异质结双极晶体管集成电路DHBT技术
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Abstract— 一种用于射频和微波测试系统的高性能GaAsSb基区，InP集电区 DHBT IC 工艺被成功研发。这种GaAsSb工艺使得在工作电流为JC = 1.5 mA/µm²时fT 和 fmax分别达到了 185 GHz and 220 GHz，JC = 1.3 mA/µm²时开态击穿电压为BVcbx = 9 V 。典型 = 50。最大工作条件下 (Tj = 125 ºC, JC = 2.0 mA/µm²) 达到MTTF> 1 × 106 小时的寿命使之适用于测试级别的应用。DHBTs 集成了3层互联金属，包括2级电阻和MIM电容。在3”生产线上这种IC 技术已被用于制造Agilent Technologies instrumentation 产品。
关键词—DHBT, 磷化铟, 晶体管, 测试仪器，GaAsSb
I. 简介
一种用于射频和微波测试仪器的高性能GaAsSb基区，InP集电区双异质结双极晶体管集成电路（DHBT IC）工艺被成功研发。其特有的高射频功率和单位面积增益，出色的增益和开启电压一致性，大的跨导，低的1/f 和相位噪声使得HBT IC成为一种对于测试仪器极具吸引力的先进技术。
工艺的设计考虑到性能、可靠性和可生产性之间的平衡。从成品率 损失Pareto 图 Fig. 5 中可以看出发射区/基区短路是影响成品率的主要原因，基区电极柱损失是影响远小于发射区/基区短路的第二个原因。影响成品率的其它失效模式的影响相对较小，都在测试不确定范围内。由500个晶体管组成的典型电路所达到的成品率已能够满足小规模仪器的应用应用。
一种新的工艺技术对于Agilent 复杂且规模较小的生产其晶片成品率大都如此。造成晶片成品率损失的原因主要有程序错误、晶片破裂、工艺和/或仪器问题。我们的经验显示GaAsSb /InP双异质结双极晶体管DHBTs并不存在异于其它化合物半导体的特有失效机制和更低的可生产性。
所有晶片工艺环节都由具有自动处理晶片功能的设备完成，以最大限度的减小人为因素造成的片与片、批与批之间的差异。具体的工艺步骤需要不断调整输入参数（例如，每一次要根据测试得到的目标层厚度进行离线计算），数据被不断收集以使统计工艺控制软件进行编程来指导操作者操作。
V. 可靠性
可靠性通过对分立的自对准1 × 3 µm² HBTs进行高温寿命测试(HTOL)来确定，电流增益(漂移是主要的可靠性失效模式。利用测试得到的激活能Ea, 其值大约为1.02 eV, 外推得到Tj = 125 °C.温度下MTTFs 寿命超过106 小时。电流增益(漂移和基区集电区电流泄漏（位列第二的主要可靠性失效模式）示于图。以电流增益漂移作为失效标准同样示于图，这一标准保证了值始终保持在以上。图的下半部显示双异质结双极晶体管结构（例如，InP集电区）可在VCE = 4.5 V 下保持高可靠性工作，这一电压值比InP衬底单异质结双极晶体管高出 2 3 V。
VI. 电路性能
A. 2 60 GHz 一比二静态分频器
静态分频器性能和芯片照片示于图7。双极晶体管HBT 用作静电放电保护。 其输入灵敏度窗口非常宽，单端正弦波输入状态下一比二除法功能可在2GHz到60GHz范围内实现。输入和输出可采用差分和单端方式。90 mA时偏置电压为-3.4V。典型输出功率从低频时的. 0 dBm 到高频60GHz时的 3 dBm 。
B. 差分限幅放大器
由 50个晶体管组成的差分限幅放大器照片示于图8a。限幅放大器采用两级Cherry-Hooper，一级cascode和一对有几级发射极跟随器缓冲的差分输出结构，低频小信号差分增益大于32dB, 单端(S-E)输入电压窗口为± 700 mV 最大单端(S-E)输出幅度500 mVpp 。 放大器从+1 V 到 4.1 V电源消耗0.59 W功率。偏置端采用 双极晶体管HBT 进行静电放电保护。输入输出均有差分失调/直流监测以及common-mode pull-up 能力.
图8b 显示了典型的在片增益特性，低频S-E 增益26.8±0.5 dB ， 3 dB 带宽46.8±0.4 GHz.。达到65 GHz时群
延时变化小于5 ps。典型 43 Gb/s 眼图输出信号如图8c 所示，其幅度为0.50 Vpp S E, 10%-90% 上升时间为9.2 ps, 总 RMS抖动378 fs。 295 fs RMS 抖动1 Vpp 差分PRBS 231-1 NRZ输入信号由以同样技术制作的半速retimer 提供。
C. 线性相位检测器
这一电路在文献[18]中单独有详细介绍。它使用了超过200个最小尺寸的晶体管，并以HBT作为静电放电保护，3级互联，高值和低值电阻，电容，背面通孔。对于这样的复杂电路其在线成品率是合乎预期的。
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