【正文】 這種小角度不僅可實(shí)現(xiàn)不同的光通路，而且可消除光路之間的串?dāng)_，并可實(shí)現(xiàn)光開(kāi)關(guān)矩陣，是目前研究最為活躍的光開(kāi)關(guān)制作方法之一。1．2．2 磁力驅(qū)動(dòng)日本NTT利用平面波導(dǎo)研制了一種磁力驅(qū)動(dòng)的 24微機(jī)械光開(kāi)關(guān)，其插入損耗小于3．1dB、串音小于40 dB、工作電壓為100 V、開(kāi)關(guān)速度可達(dá)0．5ms左右．如圖3所示，光開(kāi)關(guān)由微加工技術(shù)制作的硅平面波導(dǎo)和磁力驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成．由磁力驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)微系統(tǒng)部件以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)功能，微型移動(dòng)部件由位于輸入波導(dǎo)光路上的一對(duì)驅(qū)動(dòng)梁和兩個(gè)梁共用的驅(qū)動(dòng)頭組成。用此開(kāi)關(guān)可組成光纖線路倒換系統(tǒng)。 MEMS光開(kāi)關(guān)是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)．目前 MEMS光開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)方式主要有；靜電驅(qū)動(dòng)(庫(kù)侖靜電引力)、電致伸縮、磁致伸縮、形變記憶合金、光功率驅(qū)動(dòng)、熱驅(qū)動(dòng)、熱光驅(qū)動(dòng)和光子開(kāi)關(guān)等。MachZehnder modulator。圖 9表示可立臥微反射鏡MEMS光開(kāi)關(guān)，當(dāng)反射鏡立起時(shí)，輸入光從輸出光纖1輸出，如該圖所示；當(dāng)反射鏡臥倒時(shí)，輸入光從輸出波導(dǎo)2輸出。通常微反射鏡的尺寸只有140μml50μm，驅(qū)動(dòng)力可以利用熱力效應(yīng)、磁力效應(yīng)和靜電效應(yīng)產(chǎn)生。另一類(lèi)光開(kāi)關(guān)是利用固體物理效應(yīng)(如電光、磁光、熱光和聲光效應(yīng))的固體光開(kāi)關(guān)，其中電光式、磁光式光開(kāi)關(guān)突出的優(yōu)點(diǎn)是開(kāi)關(guān)速度快(毫秒到亞毫秒量級(jí))，體積非常小，而且易于大規(guī)模集成，但其插入損耗、隔離度、消光比和偏振敏感性指標(biāo)都比較差。激光器工作在連續(xù)波(CW)，當(dāng)調(diào)制電壓為2Vpp時(shí)，消光比大于10dB，傳輸距離達(dá)到400km。 假如輸入光功率在C點(diǎn)平均分配到兩個(gè)分支傳輸，其幅度為A，在輸出端D的光場(chǎng)為Eoutput∝Acos(ωt+φ)+Acos(ωtφ)=2Acosφcos(ωt) (1)輸出功率與E2output成正比，所以由式(1)可知，當(dāng)時(shí)輸出功率最大，當(dāng)φ=π/2時(shí)，兩個(gè)分支中的光場(chǎng)相互抵消干涉，使輸出功率最小，在理想的情況下為零。圖3為幾種調(diào)制方式的實(shí)現(xiàn)和示意圖解。當(dāng)調(diào)制信號(hào)是數(shù)字信號(hào)時(shí)，調(diào)制原原榮，男，1942年出生，研究員級(jí)高級(jí)工程師。Sullivan, K. K. Chan, M. Soyuer, P. Roper, and S. Cordes, Monolithic spiral inductors fabricated using a VLSI Cudamascene interconnect technology and lowloss substrates, IEEE IEDM Tech. Dig, 1996, pp. 99102無(wú) 源 器 件光調(diào)制和光開(kāi)關(guān)原榮（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十四研究所 桂林 541004）摘 要 首先介紹光調(diào)制原理、分類(lèi)和器件，然后闡述機(jī)械式光開(kāi)關(guān)和波導(dǎo)式光開(kāi)關(guān)的工作原理和特性。02. Digest. International , 2002: 771 7745 Jain S C,Germaniumsilicon strained layers and heterostructures，Advances in Electronics and Electron Physics Series (Suppl. 24) ed P W Hawkes (Boston: Academic)，19946 Ansley W E, Cressler J D and Richey D M,Base profile optimization for minimum noise figure in advanced UHV/CVD SiGe HBTs，IEEE Trans. Microw. Theory Tech, 1994, : 653607 Hawkins R J,Limitations of Nielsen39。SiGe HBTs and the Application in RF Circuits
Yao Fei, Cheng Buwen
(State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100083, CHN)Abstract The silicon germanium(SiGe) heterojunction bipolar transistor(HBT) is the first practical bandgapengineered device to be realized in bination of SiGe HBT39。
五 結(jié) 語(yǔ) 自20世紀(jì)80年代末前第一個(gè)功能SiGe HBT問(wèn)世以來(lái)，SiGe技術(shù)發(fā)展迅速。MOS變?nèi)荻O管的調(diào)諧范圍大但線性度差。這種方法可以將Q值提高100％左右[34]。所以要提高M(jìn)OS電容的Q值就必須減小串聯(lián)電阻?，F(xiàn)在在SiGe BiCMOS應(yīng)用中發(fā)展了薄膜電阻，容差和寄生電容都得到減小。它們是實(shí)現(xiàn)SOC SiGe BiCMOS集成的必要元件。表1給出了VCO的設(shè)計(jì)要求。該類(lèi)功率放大器最主要的指標(biāo)是在滿(mǎn)足相鄰的通道功率比（AdjacentChannelPowerRatio）條件下放大器所能獲得的效率。Isolation=27dB SiGe功率放大器（PA） 在無(wú)線通信領(lǐng)域功率放大器一直是GaAs基器件（HEMT、MESFET和HBT）的天下。NF=。Vsup＝。單個(gè)的參數(shù)不能準(zhǔn)確地對(duì)所有的RF電路進(jìn)行優(yōu)化權(quán)衡，DRM系數(shù)的目的就是將增益、功耗、噪聲系數(shù)和失真聯(lián)系起來(lái)形成一個(gè)參數(shù)以進(jìn)行LNA應(yīng)用的工藝比較。
四 SiGe HBT在高頻電路中的應(yīng)用
具有于BiCMOS高度集成的特點(diǎn)使SiGe HBT在模擬和數(shù)字電路應(yīng)用中格外引人矚目。 SOI襯底上的SiGe HBTSiGe LPCVD和原片鍵合技術(shù)的結(jié)合使絕緣體上的SiGe HBT技術(shù)成為可能。集電極寄生勢(shì)壘見(jiàn)圖9。后來(lái)的研究集中于平面工藝的探索。選擇Si收集極在場(chǎng)氧的有源區(qū)窗口開(kāi)過(guò)以后生長(zhǎng)，在生長(zhǎng)SiGe基區(qū)和Si帽層時(shí)生長(zhǎng)條件變成非選擇性的。最近的研究表明用該方法所得的fT和fmax大約為90GHz[22]。差分外延是在淺刻蝕或LOCOS氧化隔離區(qū)域完成后，在n型Si收集區(qū)上生長(zhǎng)單晶SiGe，場(chǎng)氧上生長(zhǎng)多晶SiGe。在埋層形成之后，生長(zhǎng)各層，然后光刻發(fā)射極，接觸用Pt/Au合金（20/300nm）。漸變的Ge組分的形式在基區(qū)形成一個(gè)漂移場(chǎng)，減小了基區(qū)渡越時(shí)間，改善了fT特性；基區(qū)摻雜濃度較低，通過(guò)選用大的NE/NB的比值可以提高β；同時(shí)，IBM設(shè)計(jì)方案也獲得了較好的基區(qū)電阻和寄生效應(yīng)，從而得到較高的fmax和很低的噪聲。
三 SiGe HBT的結(jié)構(gòu)及制作工藝  兩種代表性的HBT結(jié)構(gòu)
圖3兩種典型的SiGe HBT結(jié)構(gòu) 左：Temic/Daimler Benz(original) 右：IBM圖4雙臺(tái)面SiGe HBT的工藝流程：（a）光刻發(fā)射極臺(tái)面。圖2所用的符號(hào)都表示它們通常的意義。當(dāng)基區(qū)摻雜濃度高時(shí)，Ge含量越高基區(qū)電阻越小。由式（1）、（2）、（3）、（4）可以看出，β、VA和它們的乘積βVA都和ΔEg有關(guān)，且隨ΔEg地增大而顯著提高，它表明SiGe HBT與Si BJT相比，直流特性有明顯改善。前兩者*863項(xiàng)目（）和973項(xiàng)目（)資助姚飛，女，博士研究生，主要研究方向?yàn)镾iGe HBT在高頻電路中的應(yīng)用及其與Si基探測(cè)器的集成。此后SiGe技術(shù)異軍突起，發(fā)展迅速。他們的綜合作用如圖6（b）所示。在羅蘭園（一）中我們?cè)?jīng)提到，是Louis ，利用了它的色散和聚焦功能。 通過(guò)弧AB的中點(diǎn)O作一條與弧AB相切的線切線，把它定為坐標(biāo)軸Y軸，通過(guò)O點(diǎn)和球心C連一條直線，把它定為X軸。 羅蘭園就是以凹面光柵AB的曲率半徑CD（R1）為直徑的且與AB相切的一個(gè)園。一般稱(chēng)這種光柵為羅蘭光柵或羅蘭園（Rowland circle）。一個(gè)平面光柵能把含有各種不同波長(zhǎng)的入射光束分離成像在空間不同位置的不同譜級(jí)的光譜，除0級(jí)光譜外，高于0級(jí)的不同波長(zhǎng)的譜線能被分開(kāi)，并依序排列在0級(jí)譜線的兩側(cè)。 在本期刊即將?？H，僅向曾經(jīng)指導(dǎo)、支持和幫助過(guò)本刊的科學(xué)工作者和熱情讀者們致以衷心謝意。圖1 廣義光柵結(jié)構(gòu)示意圖 圖2 羅蘭園的結(jié)構(gòu)示意圖 如圖1所示，假定空間有一系列的點(diǎn)G1，G2，G3，……GN,如果它們對(duì)空間矛一對(duì)點(diǎn)Q，P，能滿(mǎn)足下列條件：QGjPQGj+iP=常數(shù)=2mπ……（1）（1）式所表達(dá)的物理意義是：若Q是一個(gè)入射狹縫，P是一個(gè)接受光譜的面上某一個(gè)點(diǎn)，那么QGj為入射狹縫到G上的第j個(gè)點(diǎn)的光程，GjP是第j個(gè)點(diǎn)到P點(diǎn)的光程，從這相鄰兩個(gè)點(diǎn)發(fā)出的兩個(gè)子波的相位差為：ΔΦ=2π/λ（QGjPQGj+1P）=常數(shù)=2mπ……（2）（2）式表式相鄰兩個(gè)空間點(diǎn)發(fā)出的子波之間的相位差等于一個(gè)常數(shù)（m為整數(shù)），與空間點(diǎn)Gj的位置無(wú)關(guān)。如果在園K上的S點(diǎn)處是一個(gè)狹縫，從S處出射一束光投射到光柵AB上，這束光被光柵衍射，衍射光束能成像在同一園K的另一個(gè)點(diǎn)P上。如圖3所示。 圖5是羅蘭光柵的實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)圖之一。平板波導(dǎo)起到鏡頭的聚焦作用。關(guān)鍵詞 SiGe；HBT；LNA；PA；無(wú)源器件；射頻一 引 言早在19世紀(jì)50年代中期, [1]。
SiGe HBT中以SiGe材料作基區(qū)，由于Ge在Si中的引入，使基區(qū)禁帶寬度變小，能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變（圖1）。βVA值越大，輸出電流對(duì)偏置電壓的波動(dòng)越不敏感，輸出越穩(wěn)定。下面的公式表明這兩個(gè)渡越時(shí)間都因?yàn)镚e的摻入而減小，所以fT得到很大的提高。模擬中用到了Hawkin模型[7]。電流增益β在SiGe HBT中可以單獨(dú)控制。該方案的主要特點(diǎn)在于SiGe基區(qū)很薄，Ge組分高、基區(qū)高摻雜。 臺(tái)面工藝 非鈍化的雙臺(tái)面(NPD臺(tái)面)工藝和鈍化的雙臺(tái)面工藝由DBAG/TEMIC小組發(fā)展。盡管如此，因?yàn)榛鶇^(qū)電阻和基區(qū)/收集區(qū)電容極小，該結(jié)構(gòu)獲得了160GHz的fmax。多晶硅發(fā)射區(qū)是在離子注入或原位摻雜的n+多晶硅層上擴(kuò)散砷形成的，典型溫度為1000176。然后在發(fā)射區(qū)窗口選擇生長(zhǎng)Si帽層。第三，它不需要LOCOS和刻蝕隔離[23]。外擴(kuò)散可能發(fā)生在熱處理過(guò)程，也可能在沒(méi)有控制好摻雜的情況下發(fā)生。這樣在集電結(jié)上形成一正向電場(chǎng)，從而形成一個(gè)阻礙電子進(jìn)入集電區(qū)的勢(shì)壘[25]。NEC已經(jīng)報(bào)道了用于20Gb/ HBT，其fT為60GHz。合適的LNA設(shè)計(jì)是當(dāng)今通信電路的關(guān)鍵之一。 CDMA LNA電路[28]。 它定義成：η＝Prf,out/(Pdc+Prf,in) (14)PAE＝（Prf，out－Prf，in）/PDC (15)這里，Pout為輸出功率，Pin為輸入功率，PDC為直流功率。640μm2器件可以在飽和條件下仍能維持70％的PAE，在ACP＝46dBc時(shí)PAE為44％。使用SiGe技術(shù)，VCO可以完全單片集成。精確控制多晶硅厚度、淀積過(guò)程、注入劑量和熱處理過(guò)程可以減小電阻容差。MOS電容單位面積電容值最大，而MIM電容的Q值最高，在2GHz可達(dá)70－80。優(yōu)化電感設(shè)計(jì)時(shí)涉及的主要寄生元件是：螺旋串聯(lián)電阻（R1），襯底電阻（RR3）以及螺旋線和襯底間的寄生電容（CC2）。 變?nèi)荻O管 變?nèi)荻O管的關(guān)鍵參數(shù)是調(diào)諧范圍和Q值。對(duì)于Q值，三種變?nèi)荻O管的Q值都和串聯(lián)電阻有關(guān)。在未來(lái)的發(fā)展中，Si基器件仍將是市場(chǎng)的主流。LNA。uppen A and Erben U ,SiGekey technology for economic solutions in high frequency, GaAs 98 Conf. Proc. (London: Miller Freeman) 1998: 19920412 Cressler J D, SiGe HBT technology: a new contender for Sibased RF and microwave circuit applications, IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 1998,46: 57289 13 Patton ，Iyer ， Delage ，Tiwari Stork, ，Silicongermanium base heterojunction bipolar transistors by molecular beam epitaxy IEEE Electron Device Letters , Apr 1988,Vol. 9 : 165 167 14 King ，Hoyt ， Gronet .， Gibbons ，Scott M and Turner J，Si/Si1xGex heterojunction bipolar transistors produced by limited reaction processing, IEEE Electron Device Letters , Feb 1989Volume: 10 Issue: 2 pp. 52 5415 Harame D L, Comfort J H, Cressler J D, Crabb′e E F, Sun J YC, Meyerson B S and Tice T,Si/SiGe epitaxialbase transistors: part Imaterials, physics, and circuits, IEEE Trans. Electron Devices,1995, 40 :4556816 Harame D L, Comfort J H, Cressler J