由于SiGe HBT基于Si工艺,不但具有其低功耗、低噪声、高集成度、高性价比的优点,又能达到可与III-V族HBT相比拟的高的频率特性,在通信、数字计算机及雷达等各种领域应用中,成为III-V族HBT的有力竞争者,越来越引起人们的关注。近年来,国内外已经发表了很多研究SiGe HBT特性的论文,如关于高频工作特性、高压特性、低温工作特性等,而其噪声特性也日渐成为重要的研究方面。 为了准确地建立噪声模型并对其进行分析,本文首先研究了晶体管噪声的主要来源和基本分类,详细说明了各噪声源的物理机制与特点,并给出了评判晶体管噪声的两个特征参数。在此基础上,使用PSPICE软件对SiGe HBT的低频噪声特性进行了模拟。通过对结果的分析,我们发现在低频范围内,SiGe HBT的主要噪声源为1/f噪声源和基极电流散粒噪声源,两者分别在小于和大于低频转角频率时是低频噪声的主要成分。同时,我们发现可采取减小基区电阻、适当减小器件工作电流密度或减小其发射极面积以降低其工作电流以及降低器件工作温度等措施来降低器件的低频噪声。 传统的晶体管高频噪声简单模型忽略了高频散粒噪声源之间的相关性,从而根据其推导出的晶体管最小噪声指数(NFmin)计算公式得到的器件高频噪声特性并不十分准确。文献中有四种考虑了高频噪声相关性的模型,我们在此基础上分析研究了晶体管的高频噪声相关性,利用一现有高频SiGe HBT的S参数及NFmin的测试结果,分别对这四种相关性模型进行模拟,并与实测结果进行了比较,结果表明,其中两种模型(UNI和SPN2)能在高频范围与实际结果有较好的符合,是更准确的模型。 随后,我们利用ADS 2006软件对Jazz工艺库中的不同版图尺寸的SiGe HBT器件(Jazz sbe35mf Actives)进行了模拟,结果表明,在版图设计时,应尽量设计较长发射极条长,较窄发射极条宽,较多基极条数的结构。 根据以上设计理念制备了两大系列SiGe HBT器件,并进行了在片和封装测试。结果显示,所设计制备的基于BiCMOS集成电路平面工艺的SiGe HBT器件具有良好的微波特性,如XN2×4_111器件的特征频率fT可达6.6GHz,最大振荡频率为4.25GHz。运用SPN2模型对这两大系列的SiGe HBT器件进行噪声提取,并将该提取结果与之前本实验室用未考虑相关性的模型所计算的结果进行比较,发现增加发射极条长、基极条数和减小发射极与基极间距可较有效地减小晶体管的噪声,而减小发射极与基极间距对噪声的改善效果最显著。与之前所得结果相比,SPN2模型所得结果要小得多,从而进一步验证了相关性模型的正确性。