1、化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件Compound Semiconductor Devices微電子學(xué)院微電子學(xué)院戴顯英戴顯英2010.5化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件 教師：戴顯英教師：戴顯英 辦公室：科技樓A708室 電話：88204265 Email:化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件課程主要內(nèi)容（大綱要求）課程主要內(nèi)容（大綱要求） 化合物半導(dǎo)體材料化合物半導(dǎo)體材料 半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié) 異質(zhì)結(jié)雙極晶體管異質(zhì)結(jié)雙極晶體管 金屬金屬- -半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管 量子器件與熱電子器件量子器件與熱電子器件 異

2、質(zhì)結(jié)光電子器件異質(zhì)結(jié)光電子器件 寬帶隙半導(dǎo)體材料與器件寬帶隙半導(dǎo)體材料與器件化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件預(yù)備知識預(yù)備知識 半導(dǎo)體物理半導(dǎo)體物理 晶體管原理（雙極）晶體管原理（雙極） 晶體管原理（場效應(yīng)）晶體管原理（場效應(yīng)） 固體物理固體物理 量子力學(xué)量子力學(xué)化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件教材教材/ /參考書參考書 呂紅亮，張玉明，張義門，呂紅亮，張玉明，張義門，化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件 謝孟賢，謝孟賢，化合物半導(dǎo)體材料與器件化合物半導(dǎo)體材料與器件 劉恩科，朱秉升，羅晉生，劉恩科，朱秉升，羅晉生，半導(dǎo)體物理學(xué)半導(dǎo)體物理學(xué) 虞麗生，虞麗生，半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)物理半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)物理 謝永桂，謝

3、永桂，超高速化合物半導(dǎo)體器件超高速化合物半導(dǎo)體器件 李效白，李效白，砷化鎵微波功率場效應(yīng)晶體管砷化鎵微波功率場效應(yīng)晶體管 及其應(yīng)用及其應(yīng)用 方志烈，方志烈，半導(dǎo)體發(fā)光材料和器件半導(dǎo)體發(fā)光材料和器件化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件第一章第一章 緒論緒論 SiSi尚不能很好應(yīng)用的領(lǐng)域尚不能很好應(yīng)用的領(lǐng)域 化合物半導(dǎo)體材料與器件的優(yōu)勢化合物半導(dǎo)體材料與器件的優(yōu)勢 化合物半導(dǎo)體的發(fā)展歷史化合物半導(dǎo)體的發(fā)展歷史 半導(dǎo)體器件未來的發(fā)展方向半導(dǎo)體器件未來的發(fā)展方向 第二代半導(dǎo)體第二代半導(dǎo)體-GaAs-GaAs 第三代半導(dǎo)體第三代半導(dǎo)體-GaN-GaN化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件硅的重要性質(zhì)硅的重要性質(zhì)1

4、 1、物理結(jié)構(gòu)性質(zhì)、物理結(jié)構(gòu)性質(zhì) 晶體結(jié)構(gòu)：金剛石結(jié)構(gòu)晶體晶體結(jié)構(gòu)：金剛石結(jié)構(gòu)晶體 晶格周期（晶格周期（）：）：5.4315.4312 2、能帶結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu) 禁帶寬度（禁帶寬度（eVeV）：）：1.121.12 能帶對稱性：間接帶隙能帶對稱性：間接帶隙 態(tài)密度態(tài)密度(cm(cm-3-3) )：Nc=2.8Nc=2.8* *10101919 Nv=1.1 Nv=1.1* *10101919化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件硅的重要性質(zhì)硅的重要性質(zhì)3 3、電學(xué)性質(zhì)：、電學(xué)性質(zhì)： 電子電子 空穴空穴 低場遷移率低場遷移率cmcm2 2/Vs) : 1350 500/Vs) : 1350 500 臨界

5、（擊穿電場）臨界（擊穿電場）V/cmV/cm： 3 3* *10105 5 4 4* *10105 5 飽和漂移速度：飽和漂移速度：cm/s 10cm/s 107 7 10 107 7 有效質(zhì)量（相對）：有效質(zhì)量（相對）： m ml l=0.98 m=0.98 mplpl=0.16=0.16 m mt t=0.19 m=0.19 mphph=0.53=0.53化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件硅的重要性質(zhì)硅的重要性質(zhì)4 4、光學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì) 吸收限（吸收限（gapgap）：）： 1.1m1.1m 輻射壽命（輻射壽命（s s）：）： 幾個(gè)幾個(gè)msms 典型輻射效率（典型輻射效率（% %）：）：

6、1%200T2000 0C C，航天、導(dǎo)彈等。，航天、導(dǎo)彈等。6.6.低溫器件：低溫器件：T4.2KT4.2K，航天等。，航天等。化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體材料與器件的優(yōu)勢化合物半導(dǎo)體材料與器件的優(yōu)勢：大多數(shù)：大多數(shù)n n比比SiSi高，如高，如GaAsGaAs的的n n為為80008000；E Eg g：大多數(shù)在：大多數(shù)在1.1eV1.1eV以上（較以上（較SiSi寬），且范圍寬；寬），且范圍寬；能帶結(jié)構(gòu)：多數(shù)是直接帶隙（能帶結(jié)構(gòu)：多數(shù)是直接帶隙（D D型）；型）；能帶工程：能帶工程： E Eg g隨化合物組分變化而改變；隨化合物組分變化而改變；電阻率：電阻率：，很好的半絕

7、緣；，很好的半絕緣；（：（： ）異質(zhì)結(jié)：比同質(zhì)結(jié)的注入效率高；能帶有突變；異質(zhì)結(jié)：比同質(zhì)結(jié)的注入效率高；能帶有突變；晶格結(jié)構(gòu)：晶格常數(shù)可隨組分改變。晶格結(jié)構(gòu)：晶格常數(shù)可隨組分改變。材料優(yōu)勢：高遷移率、直接帶隙、能帶可裁剪、晶材料優(yōu)勢：高遷移率、直接帶隙、能帶可裁剪、晶 格常數(shù)可變格常數(shù)可變化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件表表1.1 1.1 半導(dǎo)體材料的電學(xué)特性半導(dǎo)體材料的電學(xué)特性 SiSiGaAsGaAsInPInP有效質(zhì)量有效質(zhì)量（相對）（相對）m mn n* */m/m0 0m ml l=0.98=0.98m mt t=0.19=0.190.0670.0670.0770.077m mp p

8、* */m/m0 0 m mplpl=0.16=0.16 m mphph=0.53=0.53 0.082 0.082 0.45 0.45 0.012 0.012 0.8 0.8遷移率遷移率n n（cmcm2 2/Vs/Vs）135013508000800030003000p p（cmcm2 2/Vs/Vs）500500300300150150化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件圖圖1.1 1.1 化合物半導(dǎo)體電子的速場關(guān)系化合物半導(dǎo)體電子的速場關(guān)系 化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體材料與器件的優(yōu)勢化合物半導(dǎo)體材料與器件的優(yōu)勢 （以數(shù)字器件為例，與（以數(shù)字器件為例，與SiSi比較）比較）

9、 高速器件：遷移率大；高速器件：遷移率大； 高溫器件：多數(shù)的高溫器件：多數(shù)的EgEg大；大； 低溫高速器件：低溫遷移率大；低溫高速器件：低溫遷移率大； HEMTHEMT及及HBTHBT器件：異質(zhì)結(jié)特性；器件：異質(zhì)結(jié)特性； 發(fā)光器件：發(fā)光器件：LEDLED，半導(dǎo)體激光器（，半導(dǎo)體激光器（LD)LD)； 光探測器：紅外、可見光、紫外；光探測器：紅外、可見光、紫外； 負(fù)阻器件：負(fù)阻器件： 光電集成：光電集成： 目前，低噪放、混頻器、功放、開關(guān)和乘法器，均已完目前，低噪放、混頻器、功放、開關(guān)和乘法器，均已完全采用化合物半導(dǎo)體器件全采用化合物半導(dǎo)體器件器件優(yōu)勢：超高速、低功耗、多功能、抗輻射器件優(yōu)勢：超

10、高速、低功耗、多功能、抗輻射化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件196019701980199020001101001000 InP HBT*Transferred substratefTfmaxAlGaAs/GaAs HEMTInP HEMTSi BJTAlGaAs/GaAs HEMTGaAs pHEMTInP HEMTInP HBTGaAs MESFETGe BJTfmax , fT , GHzYear圖圖1.2 1.2 化合物半導(dǎo)體器件在微波應(yīng)用領(lǐng)域的優(yōu)勢化合物半導(dǎo)體器件在微波應(yīng)用領(lǐng)域的優(yōu)勢化合物半導(dǎo)體材料與器件的優(yōu)勢化合物半導(dǎo)體材料與器件的優(yōu)勢化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件圖圖1.31.

11、3化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件/ /電路的應(yīng)用頻段電路的應(yīng)用頻段化合物半導(dǎo)體材料與器件的優(yōu)勢化合物半導(dǎo)體材料與器件的優(yōu)勢化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件圖圖1.4 SiGe1.4 SiGe技術(shù)技術(shù)OEICOEIC示意示意 化合物半導(dǎo)體材料與器件的優(yōu)勢化合物半導(dǎo)體材料與器件的優(yōu)勢化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體材料與器件的優(yōu)勢化合物半導(dǎo)體材料與器件的優(yōu)勢例如，比較例如，比較GaAsGaAs，InPInP，SiSi的的MESFETMESFET器件性能器件性能 設(shè)柵長設(shè)柵長， ： GaAsGaAs：InPInP：Si Si 2.12.1：3.23.2：；：； ： GaAsGaAs，I

12、nPInP，Si Si 2.6:1.7:12.6:1.7:1；化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體的發(fā)展歷史化合物半導(dǎo)體的發(fā)展歷史時(shí)間時(shí)間事件事件發(fā)明者發(fā)明者19291929首次合成首次合成GaAsGaAsGoldschmidtGoldschmidt19551955GaAsGaAs發(fā)光二極管發(fā)光二極管RCARCA研究所研究所19591959HgCdTeHgCdTe單晶單晶LawsonLawson19621962布里吉曼法生長布里吉曼法生長GaAsGaAs單晶單晶MetzMetz19621962GaAsGaAs半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器Ge,IBM,MITGe,IBM,MIT1963196

13、3GaAsGaAs耿氏二極管耿氏二極管IBMIBM19681968MOCVDMOCVDManasevitManasevit19691969半導(dǎo)體超晶格半導(dǎo)體超晶格江崎，朱兆祥江崎，朱兆祥19661966GaAs MESFETGaAs MESFET美國加州大學(xué)美國加州大學(xué)19691969MBEMBEArthur,LeporeArthur,Lepore19701970GaAs/AlGaAsGaAs/AlGaAs雙異質(zhì)結(jié)激光器雙異質(zhì)結(jié)激光器Bell Lab.Bell Lab.，研究所，研究所19741974GaAs MESFET GaAs MESFET 數(shù)字?jǐn)?shù)字ICICHPHP19751975GaA

14、s JFETGaAs JFET美國美國McDonnell DouglasMcDonnell Douglas19801980GaAs/AlGaAs HEMTGaAs/AlGaAs HEMT富士通，富士通，BellBell，Thomson CSFThomson CSF20012001200mm200mm半絕緣半絕緣GaAsGaAs單晶單晶德國德國FreibergerFreiberger化合物材料公司化合物材料公司20022002150mm InL150mm InL單晶單晶美國美國AXT,AXT,日本眙和電工日本眙和電工化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件圖圖1.3 1.3 半導(dǎo)體發(fā)光二極管的發(fā)展歷程半

15、導(dǎo)體發(fā)光二極管的發(fā)展歷程 化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件未來的發(fā)展方向化合物半導(dǎo)體器件未來的發(fā)展方向 新功能：光接收，光發(fā)射，光電、熱電、磁電新功能：光接收，光發(fā)射，光電、熱電、磁電壓電等各種換能功能。壓電等各種換能功能。 高性能：超高頻、超高速、低噪聲、低功耗、高性能：超高頻、超高速、低噪聲、低功耗、 高輸出高輸出 高集成度高集成度 光電集成光電集成:OEIC:OEIC化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件第二代半導(dǎo)體第二代半導(dǎo)體-砷化鎵砷化鎵特性特性砷化鎵砷化鎵硅硅最大頻率范圍最大頻率范圍2 2300GHz300GHz1GHz1GHz最大操作溫度最大操作溫度200200o oC

16、 C120120o oC C電子遷移速率電子遷移速率高高低低抗輻射性抗輻射性高高低低高頻下使用高頻下使用雜訊少雜訊少雜訊多，不易克服雜訊多，不易克服功率耗損功率耗損小小高高元件大小元件大小小小大大材料成本材料成本高高低低產(chǎn)品良率產(chǎn)品良率低低高高砷化鎵器件與硅器件特性比較砷化鎵器件與硅器件特性比較化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域頻率范圍頻率范圍個(gè)人通訊服務(wù)個(gè)人通訊服務(wù)900MHz900MHz（cellularcellular）1.81.82.2GHz2.2GHz（PCSPCS）2.22.22.4GHz2.4GHz（3G wireless3G wireless）有線電視有線電視50

17、501000MHz1000MHzGPSGPS1.6GHz1.6GHz衛(wèi)星電視衛(wèi)星電視111113GHz13GHzWireless LANWireless LAN900MHz900MHz2.42.4、5.85.8、60GHz60GHzPoint-to-point RadioPoint-to-point Radio6 6、8 8、1111、1515、1818、2323、3838、60GHz60GHzVSATVSAT（小型衛(wèi)星地面站）（小型衛(wèi)星地面站）6 6、1414、28GHz28GHz衛(wèi)星移動電話衛(wèi)星移動電話1.61.6、2.5GHz2.5GHz（subscribersubscriber）202

18、0、2323、29GHz29GHz（up/down/crosslinkup/down/crosslink）寬頻衛(wèi)星服務(wù)寬頻衛(wèi)星服務(wù)28GHz28GHz汽車?yán)走_(dá)控制系統(tǒng)汽車?yán)走_(dá)控制系統(tǒng)767677GHz77GHz電子收費(fèi)系統(tǒng)電子收費(fèi)系統(tǒng)5.8GHz5.8GHzGaAsGaAs非常適合高頻無線通訊非常適合高頻無線通訊化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件GaAsGaAs是功率放大器的主流技術(shù)是功率放大器的主流技術(shù) 砷化鎵具備許多優(yōu)異特性，但材料成本及良品率砷化鎵具備許多優(yōu)異特性，但材料成本及良品率方面比不上硅，因基頻部分以處理數(shù)字信號為主，方面比不上硅，因基頻部分以處理數(shù)字信號為主，內(nèi)部組件多為主動組件

19、、線路分布密集，故以細(xì)內(nèi)部組件多為主動組件、線路分布密集，故以細(xì)微化和高集成度純硅微化和高集成度純硅CMOSCMOS制程為主。制程為主。 手機(jī)中重要關(guān)鍵零部件功率放大器（手機(jī)中重要關(guān)鍵零部件功率放大器（Power Power AmplifierAmplifier，PAPA），由于對放大功率的嚴(yán)格要求，），由于對放大功率的嚴(yán)格要求，因此使用因此使用GaAsGaAs制造將是最佳方式。制造將是最佳方式。GaAsGaAs在無線通在無線通訊射頻前端應(yīng)用具有高工作頻率、低噪聲、工作訊射頻前端應(yīng)用具有高工作頻率、低噪聲、工作溫度使用范圍高以及能源利用率高等優(yōu)點(diǎn)，因此溫度使用范圍高以及能源利用率高等優(yōu)點(diǎn)，因此

20、在未來幾年內(nèi)仍是高速模擬電路，特別是功率放在未來幾年內(nèi)仍是高速模擬電路，特別是功率放大器的主流制程技術(shù)。大器的主流制程技術(shù)?；衔锇雽?dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件手機(jī)是促進(jìn)手機(jī)是促進(jìn)GaAsICGaAsIC市場增長的主要動力市場增長的主要動力 根據(jù)根據(jù)Strategy AnalyticsStrategy Analytics的報(bào)告，手機(jī)仍將是促的報(bào)告，手機(jī)仍將是促進(jìn)砷化鎵（進(jìn)砷化鎵（GaAsGaAs）ICIC市場增長的主要動力市場增長的主要動力 20042004年年GaAsGaAs芯片市場芯片市場2929億美元，億美元，20082008年將達(dá)年將達(dá)3737億億美元美元 20032003年無線市場占年無

21、線市場占GaAsGaAs器件總體需求的器件總體需求的41%41%以上，以上，來自汽車?yán)走_(dá)等其它應(yīng)用的需求將會增長，但來自汽車?yán)走_(dá)等其它應(yīng)用的需求將會增長，但20082008年手機(jī)仍將至少占年手機(jī)仍將至少占GaAsGaAs市場的市場的33%33% 隨著手機(jī)需求成長，以及每支手機(jī)所需隨著手機(jī)需求成長，以及每支手機(jī)所需PAPA從單頻從單頻增為雙頻和三頻，預(yù)計(jì)光手機(jī)這項(xiàng)需求，增為雙頻和三頻，預(yù)計(jì)光手機(jī)這項(xiàng)需求，20082008年年GaAsGaAs芯片將達(dá)到芯片將達(dá)到3030億顆億顆化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件國內(nèi)外國內(nèi)外GaAsGaAs技術(shù)技術(shù)現(xiàn)狀對比現(xiàn)狀對比 目前我國在研制通信用砷化目前我國在研

22、制通信用砷化鎵器件方面尚處于起步階段。鎵器件方面尚處于起步階段。手機(jī)用砷化鎵電路基本靠進(jìn)手機(jī)用砷化鎵電路基本靠進(jìn)口。隨著我國通信產(chǎn)業(yè)迅速口。隨著我國通信產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，對砷化鎵器件需求越發(fā)展，對砷化鎵器件需求越來越大。因此發(fā)展砷化鎵器來越大。因此發(fā)展砷化鎵器件產(chǎn)業(yè)對國內(nèi)通信產(chǎn)業(yè)具有件產(chǎn)業(yè)對國內(nèi)通信產(chǎn)業(yè)具有重大意義。重大意義。 砷化鎵電路用于手機(jī)的功放砷化鎵電路用于手機(jī)的功放和開關(guān)部分，還可用于移動和開關(guān)部分，還可用于移動通信基站、光通信、衛(wèi)星通通信基站、光通信、衛(wèi)星通信、信、CATVCATV、軍事通信等重要、軍事通信等重要用途，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。用途，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛?；衔锇雽?dǎo)體器件化合物半導(dǎo)

23、體器件GaAsGaAs還有更多的應(yīng)用領(lǐng)域還有更多的應(yīng)用領(lǐng)域 光纖通信具有高速、大容量、信息多的特點(diǎn)，是構(gòu)筑光纖通信具有高速、大容量、信息多的特點(diǎn)，是構(gòu)筑“信信息高速公路息高速公路”的主干，大于的主干，大于2.5G2.5G比特比特/ /秒的光通信傳輸系秒的光通信傳輸系統(tǒng)，其收發(fā)系統(tǒng)均需要采用統(tǒng)，其收發(fā)系統(tǒng)均需要采用GaAsGaAs超高速專用電路；超高速專用電路； 隨著光電子產(chǎn)業(yè)和自動化的發(fā)展，用作顯示器件隨著光電子產(chǎn)業(yè)和自動化的發(fā)展，用作顯示器件LEDLED、測、測距、玩具、條形碼識別等應(yīng)用的高亮度發(fā)光管、可見光激距、玩具、條形碼識別等應(yīng)用的高亮度發(fā)光管、可見光激光器、近紅外激光器、量子阱大功率

24、激光器等均有極大市光器、近紅外激光器、量子阱大功率激光器等均有極大市場需求；場需求； GaAsGaAs基高效太陽能電池的用量也十分大，對低阻低位錯(cuò)基高效太陽能電池的用量也十分大，對低阻低位錯(cuò)GaAsGaAs產(chǎn)業(yè)的需求十分巨大而迫切。產(chǎn)業(yè)的需求十分巨大而迫切。 我國數(shù)十億只我國數(shù)十億只LEDLED管芯，所有的可見光激光器、高亮度發(fā)管芯，所有的可見光激光器、高亮度發(fā)光管、近紅外激光器等幾乎都依靠進(jìn)口，因此生產(chǎn)高質(zhì)量光管、近紅外激光器等幾乎都依靠進(jìn)口，因此生產(chǎn)高質(zhì)量的低阻的低阻GaAsGaAs單晶，促進(jìn)單晶，促進(jìn)LEDLED管芯、可見光激光器、高亮度管芯、可見光激光器、高亮度發(fā)光管和高效率高效太陽能

25、電池的商品化生產(chǎn)，將有力地發(fā)光管和高效率高效太陽能電池的商品化生產(chǎn)，將有力地發(fā)展我國民族的光電子產(chǎn)業(yè)。發(fā)展我國民族的光電子產(chǎn)業(yè)?；衔锇雽?dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件第三代半導(dǎo)體材料第三代半導(dǎo)體材料氮化鎵氮化鎵 禁帶寬度禁帶寬度Eg2eVEg1.51.5介電常介電常數(shù)數(shù)11.811.812.812.812.512.510.010.09.09.0化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件 憑借憑借GaNGaN半導(dǎo)體材料在高溫高頻、大功率工作條件下的半導(dǎo)體材料在高溫高頻、大功率工作條件下的出色性能取代部分硅和其它化合物半導(dǎo)體材料器件市場出色性能取代部分硅和其它化合物半導(dǎo)體材料器件市場 憑借憑借GaNGaN半導(dǎo)體材

26、料寬禁帶、激發(fā)藍(lán)光的獨(dú)特性質(zhì)開發(fā)半導(dǎo)體材料寬禁帶、激發(fā)藍(lán)光的獨(dú)特性質(zhì)開發(fā)新的光電應(yīng)用產(chǎn)品新的光電應(yīng)用產(chǎn)品 GaNGaN區(qū)別于第一和第二代半導(dǎo)體材料最重要的物理特點(diǎn)區(qū)別于第一和第二代半導(dǎo)體材料最重要的物理特點(diǎn)是具有更寬的帶寬，可以發(fā)射波長比紅光更短的藍(lán)光是具有更寬的帶寬，可以發(fā)射波長比紅光更短的藍(lán)光GaNGaN應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件第三代半導(dǎo)體材料第三代半導(dǎo)體材料鍺硅鍺硅 鍺硅（鍺硅（SiGeSiGe）是一種新型的高速半導(dǎo)體材料，其特征）是一種新型的高速半導(dǎo)體材料，其特征是在是在SiSi中摻入不同組分的中摻入不同組分的GeGe能靈活方便調(diào)控能帶寬度，能靈活方便調(diào)控能帶寬

27、度，從而極大提高器件和電路的性能。從而極大提高器件和電路的性能。 SiGeSiGe合金材料與合金材料與SiSi形成異質(zhì)結(jié)晶體管，提高晶體管的形成異質(zhì)結(jié)晶體管，提高晶體管的注入效率，因此可以提高基區(qū)摻雜濃度，獲得噪聲低注入效率，因此可以提高基區(qū)摻雜濃度，獲得噪聲低晶體管。晶體管。 Si/SiGeSi/SiGe異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（HBTHBT）由于基區(qū)高摻雜，）由于基區(qū)高摻雜，可以減薄基區(qū)的厚度，提高了晶體管的速度?？梢詼p薄基區(qū)的厚度，提高了晶體管的速度。 SiGeSiGe工藝與成熟的工藝與成熟的SiSi基基BiCMOSBiCMOS工藝兼容，可以進(jìn)行大工藝兼容，可以進(jìn)行大規(guī)模集成。

28、與規(guī)模集成。與SiSi器件相比，明顯具有高速、低噪聲和器件相比，明顯具有高速、低噪聲和低功耗的特點(diǎn)。特別適合研制高端模擬、數(shù)?；旌夏５凸牡奶攸c(diǎn)。特別適合研制高端模擬、數(shù)?；旌夏M電路。擬電路?；衔锇雽?dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件SiGe HBTSiGe HBT技術(shù)技術(shù) SiGe HBTSiGe HBT的研究與開發(fā)在國外已經(jīng)成熟，并已推出了多種的研究與開發(fā)在國外已經(jīng)成熟，并已推出了多種產(chǎn)品，主要應(yīng)用于產(chǎn)品，主要應(yīng)用于RFRF電路與高速電路。電路與高速電路。 19961996年，美國巴爾的摩公司制造出年，美國巴爾的摩公司制造出S S波段波段230W SiGe HBT230W SiGe HBT脈脈沖功

29、率晶體管，工作頻率為沖功率晶體管，工作頻率為2.8GHz2.8GHz。 20022002年，年，IBMIBM公司報(bào)道了特征頻率高達(dá)公司報(bào)道了特征頻率高達(dá)350GHZ350GHZ的的SiGe HBTSiGe HBT，器件具備優(yōu)良的射頻特性。器件具備優(yōu)良的射頻特性。 20042004年，年，Germany IHPGermany IHP公司制造出公司制造出 f fT T=300GHz=300GHz，f fmaxmax250 250 GHzGHz，門延遲時(shí)間小于，門延遲時(shí)間小于3.3ps3.3ps的的SiGe HBTSiGe HBT； 20042004年，年，Germany InfineonGerma

30、ny Infineon公司制造出公司制造出f fT T=225GHz=225GHz，f fmaxmax300 GHz300 GHz，門延遲時(shí)間小于，門延遲時(shí)間小于3.2ps3.2ps的的SiGe HBTSiGe HBT； 20042004年，年，IBMIBM公司制造出公司制造出f fT T=300GHz=300GHz，f fmaxmax350 GHz350 GHz，門延，門延遲時(shí)間小于遲時(shí)間小于3.3ps3.3ps的的SiGe HBTSiGe HBT?；衔锇雽?dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件圖1 SiGe HBT結(jié)構(gòu)示意圖化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件IBMIBM公司的三代公司的三代SiGeSiGe

31、技術(shù)技術(shù)化合物半導(dǎo)體器件化合物半導(dǎo)體器件SiGeSiGe集成電路產(chǎn)品集成電路產(chǎn)品 分頻器、集成電壓控制振蕩器分頻器、集成電壓控制振蕩器(VCO)(VCO)、低噪聲放大、低噪聲放大器器(LNA)(LNA)系列、系列、A/DA/D轉(zhuǎn)換器、轉(zhuǎn)換器、D/AD/A轉(zhuǎn)換器、比較器、轉(zhuǎn)換器、比較器、混頻器、功率放大器、移動電話電路、低相位噪混頻器、功率放大器、移動電話電路、低相位噪聲晶體管、雙極異質(zhì)結(jié)晶體管（聲晶體管、雙極異質(zhì)結(jié)晶體管（HBTHBT）、寬帶低噪）、寬帶低噪聲聲SiGeSiGe晶體管、低相位噪聲振蕩器、中頻放大器、晶體管、低相位噪聲振蕩器、中頻放大器、射頻低噪聲放大器、射頻驅(qū)動放大器、射頻低噪聲放大器、射頻驅(qū)動放大器、5.2GHZ5.2GHZ單單片收發(fā)器、片收發(fā)器、GPSGPS接收器、射頻收發(fā)前端、單片收發(fā)接收器、射頻收發(fā)前端、單片收發(fā)前端芯片、大動態(tài)