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锗硅技术因其良好的集成功能以及优越的高频性能而在微波功率器件领域和射频集成电路领域中得到了广泛的应用,而制造高线性度的微波功率锗硅异质结晶体管(SiGe HBT)也成为一个非常有实际意义的课题。已有实验通过研究SiGe HBTs中锗的分布和建立器件模型来分析应用于射频集成电路或微波功率器件中的SiGe HBTs的线性问题,使现有SiGe HBTs的三阶截取点(IP3)能达到25dBm左右。但是还缺少全面的从器件设计角度来进一步提高微波功率SiGeHBT线性度的方法。论文通过建立非线性模型分析SiGe HBT的高频线性特性,并利用该模型推导出各种非线性因素(如非线性基区电阻RB、非线性基区-集电区电容CBC、非线性跨导gm)产生的各次谐波电流的计算公式。结合Volterra级数以及复合改进节点法(CMNA)法来求解模型端点处的各次谐波电压的大小,利用计算结果解释SiGe HBT的非线性相消现象并总结出可以提高微波功率SiGeHBT线性度的方法。 根据现有的SiGe HBT制造工艺设计出合理的仿真结构,结合交流小信号仿真和瞬态仿真来计算器件的高频性能参数:器件工作在VCE为 2.5 伏的低压下其? ,? T max分别超过 20Ghz和 100Ghz;工作在 1Ghz的高频信号下,器件的IP3能达到 28dBm。通过大量的计算机仿真和对不同尺寸和杂质掺杂浓度的SiGe HBTs的IP3进行比较发现:①、增大发射区电阻RE能增加电路的负反馈从而降低跨导gm的非线性,并因此改善器件的线性度(RE为 0.7?比RE为 0.2?的器件IP3提高1~1.5dBm)。②、基区电阻RB产生的三次谐波电流与RB的高次项成反比,因此减小基区的掺杂浓度或基区宽度会提高IP3。③、当注入到集电区中的电子浓度和集电区的掺杂浓度相比不可忽略时, CBC成为器件主要的非线性因素,这时空间电荷区的分布会随电流密度变化而改变,而且空间电荷区边界变化越明显线性度越差,仿真结果表明集电区掺杂浓度为 5×1016cm-3的 SiGe HBT其IP3要比掺杂浓度为 4×1016cm-3的SiGe HBT高 2~3dBm。④、增加集电区宽度会使电流横向扩展现象更加明显,从而延长空间电荷区,并使器件的线性性能下降。⑤、用挖槽减小外基区-集电区电容(Cbcx)的方法在小电流密度工作时能改善器件的线性度,但是当电流密度增加时,因集电区中的电流无法横向扩展而使器件的线性性能明显下降。 论文中的仿真始终与理论分析相结合,这些仿真数据和分析结果将有助于今后设计应用于现代无线通信中的高线性度的微波功率 SiGe HBTs。