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1、第21卷 第3期固体电子学研究与进展Vol.21,No.32001年8月RESEARCH&PROGRESSOFSSEAug.,2001S波段PHEMT单片低噪声放大器岑元飞 陈效建 王军贤 高建峰 林金庭(南京电子器件研究所,210016)19990527收稿,19991111收改稿摘要:采用PHEMT结构实现小电流、驻波性能优异的单片S波段低噪声放大器。利用HPIC2CAP软件系统提取PHEMT管芯的EEHEMT1模型参数,并结合HP2EEsofSeriesIV软件的优化设计,及Cadence
2、Layout版图设计,最终在Á76mm的MBE圆片上实现了单片电路。该单片在无任何调配的情况下,成功地应用于单片接收机前端中。关键词:赝配高电子迁移率晶体管;低噪声;放大器;模型;单片集成电路中图分类号:TN722.3 文献标识码:A 文章编号:100023819(2001)032271205S-bandPHEMTMonolithicLowNoiseAmplifierCENYuanfeiCHENXiaojianWANGJunxianGAOJianfengLINJinting(NanjingE
3、lectronicDevicesInstitute,210016,CHN)Abstract:AS2bandMMIClownoiseamplifierwithsmallcurrentandperfectVSWRhasbeenaccomplishedinPHEMTstructure.WiththeEEHEMT1modelparametersextractedfromPHEMTchipusingHPIC2CAPsoftwaresystem,anddesigningofHP2EEsofSeriesIVa
4、ndCadenceLayout,itsMMICwascompletedinÁ76mmMBEwafer.TheMMIChasbeensuccessfullyappliedinaMonolithicReceiverFront2endwithoutanymodulations.Keywords:PHEMT;lownoise;amplifier;model;MMICEEACC:12201 引 言在接收机前端中广泛使用低噪声放大器,而且对它的各种性能指标要求也很严格,如低输入输出驻波比、低噪声系数、高增
5、益及低功耗等,因此合理选取有源器件和电路拓扑结构就显得十分重要。同时,要考虑到使用的方便性和灵活性,并在电路设计和版图布局中加以体现,如采用多偏置网络和结合工艺的成品率分析和优化,以满足单片电路设计的每一次成功率。由于本文要实现的单片低噪声放大器要求很高,因此采用了MBE材料的PHEMT单片电路结构,并在电路实现过程中还采用了源电感反馈技术。©1995-2006TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.272 固 体 电 子 学 研
6、 究 与 进 展 21卷2 有源器件的选取Si2GaAs系统对该单片低噪声放大器的要求比较高,特别是要具AlGaAs有小的工作电流下的优异性能指标,这一点相对于MESFETSi(D)AlGaAs结构来说困难会很大,而基于GaAsöAlGaAs异质系统的传GaAs统HEMT也有较大的限制,如只能得到较小的2DEG密InGaAs[1,2]iGaAs度。而PHEMT结构可以有效地改善传统HEMT的这个Si(D)限制,使得器件能在比较宽的工作电流范围内,同时获得较小GaAs的噪声系数
7、和较好的输出特性。因此,采用PHEMT结构就比BufferwithSLsiGaAs较合适。SI2GaAs图1给出了文中采用的Al0.3Ga0.7As材料系统的双图1 双D2PHEMT结构示意图D2PHEMT结构示意。Fig.1StructureschematicofdoubleD2PHEMT3 有源器件PHEMT的模型参数提取由于有源器件的模型参数精确与否将直接影响到电路的最终实现,所以必须在电路设计过程中利用所需的PHEMT管芯参数。参数的提取方法可以有很多,如通过已有的经验公式直接进行外推得
8、到,但需要有详细的器件物理参数和结构参数,有一些软件如POSES等就可以进行这方面的工作,但难以和实际的器件参数有较好的吻合。相比较而言,采用工程概念上的方法进行该工作就显得比较合适,也就是文中所采用的方法。该模型参数的提取工作是在结合标准工艺线建模的基础上开展的,利用由HPIC2CAP软件、HP4142B偏置仪、WILTRON矢网等组成的模型参数提取系统,在片微波探针的校准测试技术等,较成功地提取了PHEMT管芯的EEHEMT1模型参数。根据功耗等方面的要求,电路中采用的器件为栅长0.5Lm、
