新型微电子器件及ic

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1、新型微电子器件及IC从七十年代开始，SiVHSIC进入其全盛时期，197〇年出现1k位的DRAM，到I.979年研制成功了64kDRAM，从而进入VILSI时代。进入八十年代后进展更为迅速，现已突破4M大关，到本世纪末，将可能出现1G位DRAM。在逻辑电路方面，八十年代末期SiECL已实现80ps的门时延(1.5万门)，将来有可能降到40〜5〇ps。目前，门阵列的集成规模已达5万门。还用SiECL研制成了32位CISC和64位RISC微机。MOS电路也取得了迅速的发展，预测到九十年代末，集成规模将超过250

2、万门/芯片。在微波应用方面，硅微波低噪声器件在七十年代进入X波段后，便处于接近极限水平状态，而功率器件直到八十年代初期，在L和S波段仍迅速发展，在C波段乃至X波段，则受到GaAsMESFET的挑战而失去了大部分阵地。尽管如此，在6GHz以下的信号放大和18GHz以下的振荡应用中，仍为可用的微波器件之一。HEMT是迄今已开发成功的最有希望的微波和高速器件之一。它采用i-GaAs/n-AlGaAs调制渗杂结构，在i-GaAs层中形成2DEG沟道，由于它与电子供给层(n-AlGaAs)在空间上是分开的，消除了离化

3、施主杂质的散射，故能显著提高电子迁移率，并因而得名。值得注意的是，它可以在非常薄的沟道中，获得很高的薄层载流子密度，且栅与2DEG沟道距离短，易于减少短沟效应。近十年里，HEMT在低噪声领域里，已获得举世公认的成就，是最适于毫米波低端应用的器件之一。赝配HEMT(P-HEMT)是用i-InGaAs代替HEMT中的i-GaAs而构成的。因为InGaAs作为沟道，有更高的频率和更快的速度，易于消除DX中心的影响和更有利于对载流子的限制，且适于功率应用。P-HEMT的一个重要改进是采用Si平面掺杂结构，它成功地解

4、决了有源层掺杂浓度和栅长之间的折衷处理问题。S平面掺杂的双异质结P-HEMT已成为最有希望的毫米波功率器件，小栅宽器件已取得了94GHz下输出57mT(InP-HEMT)是以InP为衬底、InGaAs为沟道，AlInAs为电子供给层的HEMT，它除具备InGaAs沟道材料的比GaAs更髙电子迁移率和更快漂移速度的特点外，AlInAs/GalnAs异质结界面有更大的导带不连续性，对载流子有更好的限制，加之Si在AlinAs中有更髙的掺杂效率，因此能获得更髙的2DEG密度。这些特点对于提高器件的频率和跨导以及降

5、低噪声提高增益都有贡献。InP-HEMT是目前最适于毫米波髙端应用的低噪声器件，在其1987年诞生后的两三年里，工作频率就提高到T以其高速低功耗的特点受到重视而得以迅速发展。逻辑电路，已研制成功4.Ik门阵列，其延时为108ps。采用16X16位并行乘法器作试验媒体，得到其室温下的运算时间为4.1ns，功耗为6.2T试制成功64kSRAM,在室温下，存取时间为1.2ns,功耗为5.9T1C都有可能超过SiVHSIC。不过，在存储器的规模上仍然要远落后于SilC。但我们相信，通过许多技术难题的突破，在本世纪内

6、HEMTVHSIC必将成为最重要的半导体技术之一，在超高速计算机等应用中大显身手。HBT的发射极采用轻掺杂的宽带隙半导体材料(如AlGaAs)，基极和收集极则采用重掺杂的较窄带隙的材料(如GaAs)。的存在允许基极比发射极有更高的掺杂浓度，因而可降低基极电阻和减少发射极-基极电容，这特-别有利于器件的高频高速工作。此外，其阈值电压严格地由决定，与GaAsMESFET的阈值电压由其沟道掺杂浓度和厚度控制相比，较易控制，偏差小，因而易于实现大破模集成。上述结构特点赋予HBT许多独特性能。与Si双极晶体管(BJT

7、)相比，它有高得多的频率和速度。目前GaAs/AlGaAsHBT的八已达170GHz,/_达218GH:，1C的门时延已降到5.3ps。与FET相比，它又有BJT的特点，跨导大、输出电导低、电流处理能力和驱动能力强、阈值稳定。目前HBT主要采用GaAs/AlGaAs系统，不过采用InAlAs/InGaAs系统时，由于InGaAs基区优于GaAs基区，会显示出更高的电子速度、较低的发射极-基极开启电压和比较好的噪声特性，因而更适于髙速低功耗电路。采用这种结构的也日益增多。在VHS1C方面，GaAs/AlGaA

8、sHBT技术已取得不少成果，4k门阵列的门延时已降到〇.4ns，门功耗仅为1mHz。目前HBTVHSIC的应用主要是在高速处理和ADC、DAC方面，如3〜35GHz下变频器和锁相环合成器用分频器以及10〜20Gb/s的光纤通信接口电路。ADC正向分辨率为6〜10位的更高带宽取样频率(0•3〜3GHz)发展，可工作在3.27GHz的6位ADC已研制成功。在与微波单片集成方面，2-3fmi发射极HBTIC已用来实现6