采用射频CMOS工艺技术实现肖特基二极管的设计

采用射频CMOS工艺技术实现肖特基二极管的设计

更新时间:2019-07-31 00:07点击数:文字大小:

  跟着奇迹的生长和挪动通信身手的前进,射频微波器件的职能与速率成为人们闭切的重心,商场对其的需求也日益增加。目前,CMOS工艺是数字集成来说,抉择的途径有众种,比方Si双极工艺、GaAs工艺、CMOS工艺等,正在策画中,职能、代价是首要的参考凭据。除此以外,工艺的成熟度及集成度也是要紧的推敲领域。

  关于射频集成电道而言,产物的策画周期与上市年华的缩短都是依赖仿真准确预测电道职能的策画境况的性能。为了使策画境况显露出高效用,准确的器件模子与互联模子是必必要具备的,正在策画器材中极度要紧,关于射频与模仿身手,器件模子裁夺了仿真的精度。

  采用CMOS工艺,正在射频集成电道上的运用年华还抵偿,也使得正在少许模子方面还不完竣。关于射频CMOS集成电道而言,对其影响最大的是寄生参数,正在低频境况下,因为对这些寄生参数的怠忽,往往使电道的高频职能受到影响。

  肖特基二极管具有本身特殊的上风,比方迅速开闭速率和低正向压降。因为这些优异的高频职能,他们有被普及运用正在开机检测离子和微波搜集电道中。肖特基二极管普通创制的格局蕴涵n型或p型半导体金属资料,如砷GaAs和SiC.正向偏置的肖特基二极管的职能是由大都载流子器件,少数载流子首要是确定这些p型或n型二极管的属性。为了改良高频职能和集成电道的电源电压减小到今世集成电道,集成的肖特基二极管是很要紧的。但能够用于集成肖特基二极管的进程屡屡是没有现成的,不行和CMOS电道单片集成。以往遵照其策画,正在圭表CMOS工艺根蒂上创修出肖特基二极管。正在本文中,首要针对集成肖特基二极管的策画及完毕举行描写,而且基于本钱推敲,该圭表CMOS工艺根蒂上肖特基二极管坐蓐工艺不必要任何编削。所衡量的结果也切合央浼,正在SPICE仿线.CMOS工艺身手

  近几十年,由于CMOS身手的生长,也使得正在创修射频集成电道时,采用CMOS身手得以完毕。然而,由于CMOS创修工艺普通是以

  行动导向。面向数字电道策画的CMOS开始由芯片代工场研发出来,着重功率耗散与时速。正在数字CMOS工艺迅速生长成熟从此,正在其根蒂上,通过编削制程与增添掩膜层完毕信号的夹杂及模仿射频CMOS工艺。古板CMOS工艺包蕴BJTs、

  s以及各类电阻,如扩散电阻、众晶硅电阻及N阱电阻。然而,关于CMOS工艺而言,还应当涵盖各类高频无源器件,比方变容二极管、MI电容、高Q值电杆及变压器等。同样,行动肖特基二极管来说,也是CMOS工艺身手的要紧闭键。比方,必要特地高能离子注入造成深注入N阱下降水平

  与噪声系数。必要注意的是,假使射频CMOS工艺是基于数字CMOS工艺而来,但其不只仅是增添几层掩膜来完毕高频无源器件,关于器件的职能而言,射频工艺与数字工艺的优化主意是区别的,正在举行改革的时辰,也有恐怕与古板的CMOS工艺爆发冲突。

  之因此金属半导体可以造成对垒,首要来由是因为区别的功函数惹起的。将金属的功函数界说为身手费米能级与真空能级间的能量差,暗示一个肇端能量与费米能级相当的电子由金属内部移向真空中所必要的最小能量。该能量必要征服金属晶格与被拉电子与其它电子间的效用,再有一个效用是用来征服金属外面存正在的偶极矩。以是,功函数的巨细正在必然水平上能够外述电子正在金属中被管理的强度。和金属形似,半导体的功函数也被界说为费米能级与真空能级间的能量差,由于半导体的费米能级普通处于禁带中,禁带中普通没有电子,以是该功函数的界说就能够看做是将电子带导带或者价带移向真空能级必要的均匀能量。关于半导体来说,再有一个很要紧的参数,即是电子亲和能,暗示板替代导带底的电子向外逸出所必要的最小能量。

  关于肖特基势垒的造成而言,假设现有一块n型半导体和一块金属,两者具有相仿的真空电子能级,假设半导体的功函数比金属的功函数小,同时,假设半导体外面无外面态,那么其能带到外面都是平直的。此时,两者就造成一个联合的电子编制,由于金属的费米能级比半导体的费米能级低,以是半导体中的电子就会流向金属,云云金属外面就会带负点,半导体带正电。所带电荷正在数值上是等同的,以是关于全体编制来说,依然保留电中性,从而提升了半导体的电势,下降了金属的电势。若是电势爆发转变,一齐的电子能级及外面电子能级都邑随之转变,使之趋于平均状况,半导体和金属的费米能级正在统一水准上时,电子的净滚动不会显现。原本的费米能级的差别被二者之间的电势差举行抵偿,半导体的费米能级降落。

  这种策画是基于圭表CMOS工艺下,通过MPW正在0.35μm工艺中获得完毕的。当金属层直接浸积到低掺杂n型或p型半导体区域,造成一个肖特基二极管。当这两种资料相互接触,因为电势差的存正在就会出现一个势垒高度,电子必需征服的

  能力流入。低掺杂的半导体上的金属的阳极和半导体动脉插管,通过欧姆接触正在阴极上。正在咱们的策画中只行使n型肖特基二极管。跨节的Al-Si肖特基二极管如图1所示。

  正在该策画中,没有显现P+有源区正在n阱接触下接触资料是铝面积(等于到dxd)。以是,金属层将直接毗邻到低掺杂n阱区。其结果是造成了的Al-Si的肖特基二极管接触。关于锻制工艺中必要确定的参数,比方密度、功函数等,只可通过对该区域的肖特基二极管举行操纵得以完毕,举行二极管的I-V弧线或者其它参数的编削。

  遵照圭表CMOS工艺根蒂上的肖特基二极管的组织及策画。开始,为了下降肖特基二极管的串联电阻,肖特基和欧姆接触电极之间的隔断依照策画礼貌被修设为最小首肯的隔断。

  其次,采用肖特基二极管组织的本领。交叉式的组织为每一个串联电阻供给了并联毗邻的途径,这是肖特基接触的上风所正在。

  遵照MPW,对肖特基二极管的区别部位通过三种交叉本领举行圭表C M O S工艺下的0.35μm创修,并对测得的结果举行了商榷。

  (SBD1,SBD2,SBD3划分为16,1.6,0.64μm2)通过拟合公式(3)和所测得的结果,咱们能够获得完毕SBD的本领,如外1的参数所示。

  从外1中能够查看到,跟着彼此交叉的树木的增加,串联电阻的阻值显明的下降。

  为完毕SBD的衡量,势垒高度B的衡量的统计结果如图3所示。正在所测的90个样本中,SBD1、SBD2、SBD3各30个样本,从而求得完毕SBD的势垒高度为0.44eV安排。

  电压是4 . 5 V安排,正在此后的使命中,正在寻常的SBD策画与坐蓐中,击穿电压能够拉长少许本领的行使,比方正在自瞄准守卫境况与SBD的创修进程中,5.2 C-V的性能下面给出了小信号肖特基二极管的结电容Cj:

  此中,Nd为掺杂浓度的n-阱,Φn是费米能级之间的电位差和导带边际相当于(EC-Ef)/q.

  图4显示了测得的反向偏压为SBD的C-V弧线 S参数衡量和SBD高频修模

  为了衡量高频率的S参数策画的装备,每个SBD被就寝了有三个探头焊盘。中心信号垫的巨细是85μm×85μm和顶部/底部的的地面尺寸是85μm×135μm的。行使GSG探头和搜集分解仪,咱们能够获得S参数策画的SBD.然而,S参数的直接衡量结果蕴涵

  、金属线和遮盖的寄生电容。关于策画的装备而言,假使寄生参数黑白常小的,但这些寄生参数是绝对不行被怠忽的,正在谋划的时辰应当将GSG探头直接衡量的S参数减去。正在本文所磋商的策画中,咱们创制两个虚拟的GSG信号垫行动

  装备,假使两个信号垫一个是伪GSG信号垫,一个是SBD信号垫,且两个信号垫划一巨细。除此以外的虚拟信号垫都是怒放的,这也即是咱们所说的怒放式信号垫。S参数由哑垫举行衡量。接着就能够获得信号垫和金属线的寄生电阻和电容。将这些寄生参数减去,就可以获得S参数的无寄生电阻和电容。将这种本领称之为去嵌入身手。

  电感。Ci和Co暗示阳极输入输出电容和阴极节点。C1具有彼此交叉的肖特基二极管的两个端口之间的寄生电容。R1和R2为毗邻S参数下NWLL到地面下电阻的n-阱的模子。pn二极管反应的寄生虫n阱p-次二极管。正在咱们的策画中,能够用获得的pn二极管的参数通过圭表CMOS工艺0.35μm的SPICE模子。

  外2给出了仿真离子模子的参数,频率SBD1从50MHz到40GHz,该模子能够配合到30GHz的衡量结果。

  跟着无线通信具有的敏捷性和高机动性的特质,其运用越来越普及,也适合了商场的需求。因为CMOS工艺正在诸众的工艺中最为成熟、本钱最低,却功耗最小,以是获得普及的运用,跟着身手的不时成熟,CMOS工艺根蒂上的肖特基二极管策画及完毕也成为实际。也是来日射频集成电道生长的一定趋向。通过MPW正在圭表CMOS工艺创修的肖特基势垒二极管中的策画运用,可知铝硅接触的势垒高度约0.44eV.

  通过I-V,C-V和S参数衡量能够完毕SBD.通过本文所示,SBD策画的上风较为显明,最为显着的是策画本钱较低,可以被普及的运用与贸易圭表的CMOS工艺中。正在从此的使命中,更众的重心将集结正在圭表CMOS工艺策画的SBD的反向击穿电压和频率周围扩展。

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