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增强/耗尽型(E/D) HEMT器件在微波电路和高速逻辑电路领域均有广泛应用。本论文的研究工作围绕国家973项目——《新一代化合物半导体电子器件与电路研究》展开。对E/D HEMT器件及其集成电路进行了研究,包括E/D HEMT器件制造工艺研究、HEMT模型和参数提取方法研究、基于E/D HEMT的微波开关电路及逻辑控制电路的研究。本论文主要研究成果如下:
1.建立了一套完整的E/D HEMT集成电路制造工艺。对HEMT外延材料结构、HEMT器件制作关键工艺都进行了深入研究。制成的1μm栅长的E/D HEMT器件具有良好的射频性能:增强型HEMT的fΥ=10.3GHz、fMAX=15.9GHz;耗尽型开关HEMT的fΥ=19.IGHz、fMAX=25.2GHz。对E/D HEMT集成电路所需其他元件,如:电阻、电容和肖特基二极管等器件也进行了试制。
2.建立了E/D HEMT器件提参建模流程。除采用IC-CAP软件提取了HEMT的EEHEMT模型参数外,还针对课题需要,提出了新型开关HEMT等效电路模型及其提参方法。通过仿真结果与测试结果的对比,证明新的开关HEMT模型具有较高准确度。而且该模型参数提取方法简单,具有较高实用价值。器件模型的建立,对电路设计起到了积极的指导作用。
3.建立了基于E/D HEMT的微波开关设计和制作方法。基于成熟工艺库设计并流片的三种单刀双掷开关电路性能良好,具有实用价值。其中基于增强型HEMT的微波开关可以在不增加电路复杂程度的情况下实现正电压控制,具有新颖性。采用自主开发的E/D HEMT制造工艺制作的单刀单掷微波开关实现了基本的开关功能。为制造实用化的E/D HEMT MMIC电路积累了经验。
4.对基于E/D HEMT的逻辑电路进行了深入分析。设计并制作了新结构逻辑反相器。该电路满足了微波开关对栅极控制电平的特殊需要,同时克服了增强型HEMT阈值电压漂移造成的电路成品率下降的问题。
5.对逻辑电路与射频电路的集成进行了探索性研究,将微波开关及其逻辑控制电路(反相器)集成于同一芯片。集成后的电路工作状态正常,顺利完成本课题预期目标。这一实验结果为将来采用E/D HEMT技术实现更大规模、更复杂电路集成奠定了良好基础。