1804

帖子

0

资源

至上芯片

互补双极工艺技术的重大突破

标题:互补双极工艺技术的重大突破


作者:admin   发表时间:2005-3-9

互补双极工艺技术的重大突破
信电学院 马草原
(本文摘自“电子产品世界网站”,仅供学生学习交流之用,无任何商业用途)
VIP10是美国国家半导体公司(NS)互补双极工艺技术的一项重大突破。互补双极晶体管无论采用 NPN 还是 PNP 设计,均较其他晶体管更能为新一代的高性能、高速度放大器提供所需的功能,例如高带宽、低功耗、低电压、较大的输出振幅、高输出电流以及低失真率等。
由于VIP10采用先进的工艺技术结构,具有很多优点。活性区是采用Bonded Water技术制成的绝缘硅片(SOI),四周有蚀刻沟道,并以填料填满沟道,成为绝缘边。VIP10 晶体管的集电极均已完全加以电介质隔离(DI),而且集电极和基底或井之间并无反向偏压接面。上一代的工艺技术均采用接面绝缘 (JI)的方法,集电极与基底之间的电容(Cjs)基本上是接面电容。
对于采用接面绝缘方法的工艺技术来说,其电容量将更大一些,尤其是某一类晶体管,因为采用接面电容,会跟随不同电压而改变。NS的VIP1、VIP2及VIP3等工艺技术与大部分双极工艺技术一样均采用p型基底。为了将PNP晶体管的集电极与基底隔离,便需采用n型埋层隔离扩散接面。这种n 型扩散接面必须比p型基底更高度掺杂。高掺杂度的接面令PNP晶体管的Cjs电容远较NPN晶体管为高。若采用VIP10工艺技术,不管电压高低,最少晶体管的Cjs电容量低至只有5fF,而且NPN和PNP晶体管的Cjs电容均相同。
另一要解决的寄生电容问题是集电极基极接面的电容(Cjc)。根据密勒效应,集电极基极接面的电容会因应电压增益级的输入而增加,因此在高速的芯片设计之中 Cjc具有关键作用。以高速的晶体管来说,其轻微掺杂的内部基极接面与高度掺杂的外部基极扩散接面连接。这个外部的基极区在基极周边形成一个较大的接面电容。VIP10的四周边界均以电介质加以隔离,一举解决这个问题。方法是利用浅沟蚀刻并以填料填充,而并非采用传统的 LOCOS氧化法,因为采用氧化法可能会产生缺陷,令电流大量漏失,而且大大降低模拟电路的成品率。
发射极及基极的接面各有自己的多晶硅层。重要的发射极及基极区会自动对位。Poly1是外部基极区。Poly1区设有一个洞孔,作为发射极的窗口及内部基极。发射极区与外部基极区之间有一层氮化物将两者分隔,而发射极则与Poly2 连接,使基极拾波区非常接近发射极,有助减低外部基极电阻(Rbb)。这两层多晶硅层均含水杨酸,可进一步减低与发射极、基极及集电极串列一起的寄生电阻。
最少晶体管的芯片面积小至只有300mm2,大小只有旧型号的1/8。这是上述功能特色的另一优点。双层多晶硅层结构可将发射极至基极之间的拾波空间减少,较传统的单一多晶硅层方式优胜。基极的周边采用浅沟加以隔离,使集电极拾波区可以非常接近基极,而不会减低崩溃或增加电容。最后,围在晶体管四周的隔离浅沟可大幅缩小绝缘所需的空间。图1所示为VIP10 晶体管的横切面。
对于双极性晶体管来说,最常见而又最有价值的交流电数值是过渡频率(Ft)。若Vce=5V,VIP10 NPN及PNP的过渡频率分别为 9GHz及8GHz。对于互补硅片工艺来说,这是极为先进的技术。Ft越低,发射极基极接面扩散电容也越低,NS利用这种特性,所以设计带宽高达1GHz的线性集成电路或带宽为100MHz左右的极低功耗线性集成电路,因为即使供电电流极低,所用的内置式放大器也因其扩散及寄生电容较低,而令相移也较低。
若以较低电压操作,VIP10晶体管的Ft只有轻微的下降,由于 VIP10芯片具有这些低电压交流特性,因此即使供电电压低至2.7 V,仍可发挥卓越的性能,输出振幅接近供电电压。
一直以来,高频晶体管的直流电特性较弱,这是我们不得不接受的现实。采用 VIP10 制造的晶体管由于速度较高,因此可以发挥直流电性能。NPN的b及前级电压分别为100V及120V,而PNP的b及前级电压则分别为55V及40V。常见而有价值的直流电数值是b×前级电压,而这个乘积更可用以计算每级的增益。由于PNP的电洞迁移率较低,因此即使Ft及击穿电压相差不远,PNP的b×Va乘积会比 NPN低。VIP10PNP的b×Va达 2,200V,Bvceo则达12V,而Ft 为8GHz。以互补双极线性集成电路工艺来说,这是符合世界水平的先进组合。
NS现正推出采用VIP10工艺技术制造的LMH高速放大器,其中,LMH6642(单组装)及LMH6643(双组装)等两款可提供满摆幅(rail to rail)输出的单电源供应放大器芯片均具有高速(130 MHz)、低失真(-62 dBc)、低电流 (2.7mA)及极高的输出电流(100 mA)等优点。供电电压3~12V之间。
LMH6645(单组装)及 LMH6646(双组装)满摆幅(I/O)速度为80 MHz,失真为-68dBc,而 LMH6647(单组装)放大器芯片更另有微功率停机功能。供电电压2.7~12V之间。
若系统需要加设停机功能,LMH6647芯片可以在50ns内迅速启动系统,而且停机时只耗用不超过50mA电流。
单组装LMH6654及双组装 LMH6655的输入噪音电压只有 4.5nV/rtHz,带宽高达250MHz (若G=1,则达-3dB),而且失真也极低(以5MHz操作时只有-72dBc)。稳定时间介于14ns与 0.1% 之间。两款芯片均可利用10V供电驱动100Ω负载,并输出6.6Vpp,而每一放大器只耗用4.5 mA电流。
另一相关芯片是 LMH6672 双组装运算放大器,在作为CPE方面的 ADSL 线路驱动器功能来说是最佳的。■



回复
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

关闭
站长推荐上一条 1/7 下一条

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: 安防电子 汽车电子 手机便携 工业控制 家用电子 医疗电子 测试测量 网络通信 物联网

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2020 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved
快速回复 返回顶部 返回列表