第五章。射频化合物半导体技术介绍
射频技术原理
射频技术原理射频技术是一种广泛应用于通信、雷达、导航、遥感等领域的技术，它在现代科技发展中发挥着重要作用。
射频技术原理的理解对于工程师和研究人员来说至关重要。
本文将介绍射频技术的基本原理，帮助读者更好地理解和应用这一技术。
首先，我们来了解一下射频技术的基本概念。
射频，即射频电路，是指工作频率在300kHz至300GHz范围内的电路。
在射频电路中，由于工作频率较高，电路的特性和行为与直流电路或低频电路有很大不同。
射频技术主要包括射频信号的产生、调制、放大、传输和接收等方面的内容。
射频信号的产生是射频技术的基础，一般采用射频信号源来产生稳定的射频信号。
射频信号源可以采用晶体振荡器、合成器、频率合成器等方式产生稳定的射频信号，然后经过滤波、调制等处理，得到需要的射频信号。
在射频通信中，调制是将要传输的信息信号（比如语音、图像等）嵌入到射频信号中的过程。
常见的调制方式有调幅、调频、调相等方式。
调制后的射频信号经过放大和发射，传输到接收端。
射频信号的放大是为了克服传输过程中的信号衰减和噪声干扰，保证信号的传输质量。
放大器是射频电路中的重要组成部分，常见的射频放大器有晶体管放大器、场效应管放大器等。
在接收端，接收到的射频信号经过放大、滤波、解调等处理，最终得到原始的信息信号。
接收端的设计和性能直接影响到整个通信系统的性能。
射频技术在通信、雷达、导航等领域有着广泛的应用。
在移动通信领域，射频技术是保证通信质量和覆盖范围的关键技术之一；在雷达和导航领域，射频技术则是实现目标探测和定位的重要手段。
总之，射频技术原理涉及到射频信号的产生、调制、放大、传输和接收等方面的内容，对于工程师和研究人员来说至关重要。
通过对射频技术原理的深入理解，可以更好地应用和推动射频技术的发展，推动通信、雷达、导航等领域的进步。
半导体行业中射频集成电路的使用技术研究
半导体行业中射频集成电路的使用技术研究射频集成电路在半导体行业中扮演着重要的角色。
它们被广泛应用于无线通信、雷达系统、太阳能电池和医疗设备等领域。
射频集成电路的研究和应用技术不仅推动了通信技术的发展，也促进了各个行业的创新和进步。
射频集成电路是一种用于处理射频信号的电路，其工作频率范围通常在几十千赫兹到几十吉赫兹之间。
在射频集成电路中，各种组件如放大器、滤波器、混频器、功放和振荡器等都集成在同一个芯片上。
这种设计使得射频集成电路具有更高的性能，并可以在更小的空间中实现更复杂的功能。
射频集成电路的使用技术研究主要包括以下几个方面：工艺技术、射频电路设计、射频器件和封装技术。
首先，工艺技术是射频集成电路研究的重要一环。
工艺技术涉及到射频集成电路的制造过程，包括材料选择、薄膜沉积、光刻和离子注入等。
工艺技术的发展使得射频集成电路的制造更加精细化和高效率，提高了射频集成电路的性能和可靠性。
其次，射频电路设计是射频集成电路使用技术研究的关键。
射频电路设计需要考虑信号的放大、滤波和调制等问题。
射频电路设计师需要考虑电路的稳定性、线性度和噪声等因素，以确保射频集成电路的正常工作和性能优越。
射频器件是射频集成电路研究和应用的基础。
射频器件包括功率放大器、混频器、射频开关和振荡器等。
这些器件的设计和制造对于射频集成电路的性能至关重要。
研究人员通过优化器件的材料、结构设计和特性来提高射频集成电路的性能和可靠性。
最后，封装技术对于射频集成电路的使用也起到了重要的作用。
封装技术包括芯片封装和封装材料的选择。
良好的封装技术可以提高射频集成电路的可靠性和稳定性，降低电磁干扰和温度对射频集成电路的影响。
除了以上几个方面，射频集成电路的使用技术研究还涉及到无线通信标准的研究和算法的优化。
无线通信标准对于射频集成电路的设计和应用具有指导作用，而优化算法可以提高射频集成电路的性能和电路的效率。
总之，射频集成电路的使用技术研究对于半导体行业的发展和创新至关重要。
interposer技术介绍
Interposer技术介绍引言Interposer技术是近年来在半导体行业中备受关注的一项创新技术。
随着集成电路的不断发展，Interposer技术应运而生，为芯片的连接和封装提供了全新的解决方案。
本文将深入介绍Interposer 技术的基本原理、应用领域以及未来发展趋势。
Interposer技术基本原理1. 概述Interposer是一种位于芯片和封装之间的中间层，通常采用硅基材料制造。
它充当连接器的角色，通过其上的微细线路将芯片与封装之间的信号传递和电力供应进行连接。
Interposer技术通过将多个芯片组件放置在一个更大的硅基Interposer上，实现了高度集成和更有效的空间利用。
2. 层次结构Interposer技术的层次结构包括芯片、Interposer和封装三个层次。
芯片上的功能组件可以是处理器、存储器或其他集成电路，它们通过Interposer上的微细线路连接到封装。
这种结构不仅提高了集成度，还提供了更高的性能和更低的功耗。
3. 封装技术Interposer技术的另一个关键组成部分是封装技术。
Interposer 与封装的结合不仅要求高度精密的制造工艺，还需要考虑到散热、电磁干扰等因素。
先进的封装技术使得Interposer技术得以广泛应用于各种领域。
Interposer技术的应用领域1. 高性能计算在高性能计算领域，Interposer技术得到了广泛应用。
通过将多个计算单元或存储单元整合在一个Interposer上，可以实现更高的计算密度和更快的数据传输速度。
这对于需要大规模并行计算的应用，如人工智能和科学计算，具有重要意义。
2. 通信在通信领域，Interposer技术为射频和微波组件的集成提供了可能。
通过在Interposer上集成射频器件，可以实现更小型化、轻量化的通信设备。
这对于移动通信、卫星通信等领域有着显著的应用潜力。
3. 芯片堆叠Interposer技术在芯片堆叠中发挥了关键作用。
物理半导体行业中的射频测试技术手册
物理半导体行业中的射频测试技术手册在物理半导体行业中，射频测试技术是非常重要的，因为它能够用来测试和验证各种射频半导体器件的性能参数。
本手册将介绍与射频测试相关的重要技术和操作，以及如何优化测试策略和提高测试效率。
1. 射频测试基础射频测试是一种用于测量无线电频率和功率的技术。
它主要用于测试各种射频器件，例如放大器、混频器、功率放大器、滤波器和天线等。
射频测试需要使用一系列传感器、频谱仪、网络分析仪和信号源等仪器。
这些仪器都需要校准和配置，以确保测试的准确性和可靠性。
2. 射频测试参数在射频测试中，常用的参数包括频率、功率、增益、噪声指数、谐波和相位等。
这些参数可以通过网络分析仪和功率计等仪器来测量和分析。
此外，射频测试还需要对测试条件进行控制和调整，例如温度、湿度和电源噪声等。
3. 射频测试方法为了实现准确的射频测试，需要采用恰当的测试方法。
常见的测试方法包括网络分析法、功率传递法和功率反射法。
网络分析法可以测量信号的反射和传输等参数，功率传递法可以测量放大器等器件的功率增益，功率反射法可以测量器件的反射损耗和谐波等参数。
此外，射频测试还需要注意测试环境的干扰和电磁兼容性等问题。
4. 射频测试优化为了提高测试效率和准确性，需要进行射频测试优化。
优化的策略包括选择合适的测试环境、调整测试仪器的设置和校准、选择适当的测试方法和条件、以及使用自动化测试系统等。
此外，还需要进行数据分析和反馈，以指导测试策略的改进和优化。
结语射频测试是物理半导体行业中非常重要的一项技术，它可以帮助我们测量和分析各种射频器件的性能参数。
本手册提供了射频测试的基础知识、常用参数和方法，以及优化测试策略和提高测试效率的方法。
希望这些内容能够帮助您更好地理解射频测试技术，并在工作中取得更好的成果。
第五章。射频化合物半导体技术
III-V化合物半导体发展历料生长的困难
化合物材料技术的发展（晶片直径、外延技术） 直接推动新原理器件的诞生与应用
中国的III-V化合物半导体技术发展始于1960 年代前期
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GaAs、InP单晶体生长的难点
合成与生长：熔点温度下高挥发（As、P） ——高蒸汽压、纯化学配比
高温生长——坩堝沾污 高温高压——不完整性：缺陷、位错
GaAs（InP）单晶拉制工艺：LEC、VB、VGF
机械强度——晶片加工与器件制造工艺困难
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我国III-V化合物半导体技术的历程
GaAs单晶拉制：1961（1959） GaAs GUNN二极管研制：1964（1963） GaAs MESFET研制：1975（1970） GaAs MESFET MMIC研制：1980（1976） GaAs基HEMT研制：1984（1980） GaAs材料合成试验：1959（1956） GaN HEMT研制：1999（1993）
传统（二极管、三极管）器件特性的充分利用： I-V特性的利用：线性、非线性、大动态范围 结电容特性的利用：线性、非线性 沟道电导调制效应的利用
半导体技术
化合物半导体材料及其制备技术
化合物半导体材料的特点
• 化合物半导体材料具有高电子迁移率、高光电转换效率等特点
• 化合物半导体材料可以应用于高性能电子器件、光电器件等领域
化合物半导体材料的制备技术
• 分子束外延（MBE）：通过蒸发纯元素，在基底上沉积化合物半导体薄膜
• 化学气相沉积（CVD）：通过化学反应在基底上沉积化合物半导体薄膜
02
半导体技术的发展历史
半导体技术的起源与发展
半导体技术的起源
• 20世纪30年代：贝尔实验室发现半导体材料
• 20世纪40年代：贝尔实验室研制出第一只半导体二极管
半导体技术的发展
• 20世纪50年代：晶体管问世，半导体技术进入集成电路时代
• 20世纪60年代：集成电路技术不断发展，半导体产业逐渐形成
• 存储器：计算机的数据存储器
半导体技术在通信领域的应用
• 射频器件：通信信号的发射与接收
• 光通信器件：光纤通信的关键部件
• 卫星通信器件：卫星通信系统的重要组成部分
⌛️
半导体技术在消费电子领域的应用
• 显示器：电视、电脑、手机等显示设备
• 传感器：温度、湿度、光照等传感器
• 电池：电子产品的主要能源
传输、噪声等
半导体器件性能优化与可靠性设计
半导体器件性能优化的方法
半导体器件可靠性设计的方法
• 通过改进器件结构和参数，提高器件的性能
• 通过设计冗余电路和保护电路，提高器件的可靠性
• 通过优化工艺条件和材料性能，提高器件的可靠性
• 通过热设计、机械设计等方法，提高器件的可靠性
06
半导体技术的应用领域
02
半导体器件具有PN结
半导体技术的认识
半导体技术的认识我理解的半导体技术是一个大的产业链，当然技术存在的价值是为人类服务，从人类的需求入手，设计可实现需求的电路，然后生产制造成产品，再进入到人类生产生活的各个领域，可以说整个半导体工业的流程为需求→电路设计→生产制造。
从需求入手，我们可以对其结构进行大概设计，然后进行具体的电路设计，我现在用的比较熟的是老师上课重点讲的QuartusⅡ软件，此软件功能强大，非常好用，他是Altera公司的产品，Altera公司总部位于硅谷，自从1983年发明世界上第一款可编程逻辑器件以来，一直是创新定制逻辑解决方案的领先者。
今天，分布在19个国家的2,600多名员工为各行业的客户提供更具创造性的定制逻辑解决方案，帮助他们解决从功耗到性能直至成本的各种问题，这些行业包括汽车、广播、计算机和存储、消费类、工业、医疗、军事、测试测量、无线和固网等。
Altera全面的产品组合不但有器件，而且还包括全集成软件开发工具、通用嵌入式处理器、经过优化的知识产权(IP)内核、参考设计实例和各种开发套件等。
现在与台湾半导体制造公司(TSMC)密切协作，开发业界最先进的FPGA、CPLD和ASIC技术，是一个值得业界尊敬的公司。
设计完成后要进行仿真，我现在用Modelsim软件仿真，也可以在QuartusⅡ软件上直接仿真，Modelsim软件是Mentor公司的产品，Mentor 公司是电子设计自动化技术的领导产商，它提供完整的软件和硬件设计解决方案，让客户能在短时间内，以最低的成本，在市场上推出功能强大的电子产品。
当今电路板与半导体元件变得更加复杂，并随着深亚微米工艺技术在系统单芯片设计深入应用，要把一个具有创意的想法转换成市场上的产品，其中的困难度已大幅增加，为此Mentor提供了技术创新的产品与完整解决方案，让工程师得以克服他们所面临的设计挑战。
与世界知名的电子产品制造商、供应商及半导体产商结成战略联盟，开发新的设计解决方案服务于现代高科技。
半导体技术
Ｋｔ ｕ ａ法模拟跟踪大量（ ０ ０个） 电子 ｔ ３ ０ 光 的运行轨迹；统计 分析 了 ３ ００个 电子 ０ 在最佳像面上的时间分布 、位置分布 ； 给 出了变相管的空间调制传递 函数 、时 间分辨能力等基本参量 ．其 时间分辨 能 力可望达到 ２０４ｆ．图 ８ ２参 １ ９． ｓ 表 ６ 关键词：飞秒 ；Ｍｏ ｔ Ｃ ｒ ｎｅ ａｌ ｏ模拟；有 限 差分法：调制传递 函数 ；条 纹变相管
光外差激光干涉测量技术具有非接触 、 超高灵敏度 的优点 ，用于微小振动 的测 量有独特的优势 ．采用外差激光干涉技 术 ，结合正交正弦逼近法 ，在 国家 高频 基准振动台上实现了纳米级的振动位移 和相位测量 ．图 ３参 ９ 关键词：外差干涉仪 ；正弦逼近法 ；振 动测量；相位移 ０ １ １８ ７００８ ５ ０・ ０ 半导体技 术 １ ３ ＵＳ Ｌ Ｉ用 氟 化 类 金 刚石 薄膜 的研 究 ＝
Ｓ ｕ ｙ ｏ ｕ ｒｎ ｔ ｄ ｄａ ｏ ｄ ｌ ｅ ｃ ｂ ｎ ｔ ｄ ｎ ｆ ｏ ｉ ａｅ ｉｍ ｎ — ｋ ａ ｏ ｌ ｉ ｒ
ｆｍｓ ｏ ＵＬ Ｉ［ ，中］ 肖剑荣（ ｌ ｆ ｉ ｒ Ｓ 刊 ／ 中南大 学物理科 学与技术学 院，长沙 ４ ０ ８ ） １０ ３， 徐慧，简献忠，电子元件与材料 ． ２０ ， ／ 一 ０ ７
０ １ １ ９ ７０Ｏ １ ５ ０・３ １ ０
凹球 面 网栅 激 光直 写 系统 采用 同心结 构 ，应 用调节角速度 的控制算法 以及周 期 纬线纬纬相交形成 网栅 的图形结构 ， 确保激 光直写光斑在不 同的纬度 以不 同 角速 度扫描 ，始终保持线速度和曝光量 恒 定，实现 了在 凹球面上 以恒定曝光量 激 光直写网栅 ．分析 了网格周期 、角速 度和 纬线弧长等关键参数 ，设计 了控制 程序 ．在通光孔径 ６ ｌ ０ｉｌ ／ｎ的普通 玻璃 凹 球 面上进行 了多组激光直 写试验 ，设定 周期 ４ ０ ０ ｍ， ５ ￣８ ０ｇ 线速度 １ ０ｍｍ ｓ ～２ ］， 经 显影 、定影后 由微米级读数显微镜测 得 网格 实 际 周 期 与 设 定 周 期 误 差 在 ±３ ％以内，原子力显微镜测得线 宽小于 ５Ｉｎ 结果表 明： ． ｎ 采用 同心结构及稳光、 调速控 制保 证凹球面 网栅激光直写系统 的曝光量不变 ，线条侧壁 陡直 、平行 ， 具有较好 的均匀性 ， 满足 了设计要求 ． 图 ６表 １ １ 参 ０ 关键词 ： 凹球 面； 激光直写； 网栅； ＭＡＣ Ｐ
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GaAs MESFET研制：1975（1970）
GaAs MESFET MMIC研制：1980（1976） GaAs基HEMT研制：1984（1980） GaAs材料合成试验：1959（1956） GaN HEMT研制：1999（1993）
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微波半导体器件特性的非线性利用
I-V特性的非线性区效应： 产生信号频率的谐波、分谐波成分—— 变频、倍频、分频
射频III-V族化合物 半导体技术
2003.10
成都
内容限定
化合物：元素半导体……（Ga,Te,Se,Ge,Si…..) III-V族：SiGe、SiC、II-VI族半导体…… 射频（RF）：光、热、敏感、低频…… 实用性成熟：低维结构（量子点、量子线、量 子谐振隧穿……） ABCS（锑化物基半导体）
材料的多元性（二元、三元及多元）：大大地提高 器件设计的灵活性与性能优化的潜力 更高品质的载流子输运特性：满足高频、高速器件 的基本要求 直接能隙半导体：光电子发射 高频、高速、微波、光电应用电路的一体化：对全 功能性材料的追求——单片化多功能集成电路技术
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GaAs、InP单晶体生长的难点
合成与生长：熔点温度下高挥发（As、P） ——高蒸汽压、纯化学配比
高温生长——坩堝沾污
高温高压——不完整性：缺陷、位错 GaAs（InP）单晶拉制工艺：LEC、VB、VGF
机械强度——晶片加工与器件制造工艺困难
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化合物半导体器件内的高场效应： 雪崩与体效应（GUNN效应）
高能电子高速漂移运动引起的载流子碰撞、雪崩
IMPATT（雪崩二极管）
高能电子在化合物半导体（GaAs、InP）导带子能谷间 转移
“快”电子——“慢”电子引起半导体内的偶极子疇：
正效应：GUNN效应与器件 副效应：干扰某些器件正常工作状态 GUNN二极管（体效应二极管）
栅下沟道厚度的耗尽控制
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异质结器件的崛起：化合物半导体同质 结FET及BJT原理的突破
同质材料结构 异质材料结构： 器件原理与特性的飞跃 异质结构器件设计优化： 传统的扩散、注入、合金、氧化：掺杂工程
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III-V化合物半导体技术发展里程碑
晶体合成与单晶拉制： GaAs：1956；InP：1968 器件研究：GaAs GUNN 1963 三极管：GaAs MESFET 1970 异质结三极管：GaAs：HBT 1977；HEMT 1980；PHEMT 1985 InP：HEMT 1987 单片集成电路（MMIC）：GaAs 1976；InP 1990 宽禁带半导体三极管器件：GaN HEMT 1993 宽禁带MMIC：GaN HEMT MMIC 2000
PIN二极管、限幅二极管
电场下载流子行为：漂移与饱和
高场下的电子运动：微波三极管中的尺寸效应—— 亚微米栅（FET）、超薄基区（BT）
电子极限速度：饱和速度vs 微波器件性能：低场迁移率n与高场饱和速度vs的 综合效应
MESFET、HEMT、PHEMT、HFET、MHEMT、HBT
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内
容
III-V化合物半导体特性的吸引力与发展历程
微波应用对半导体特性潜力的挖掘 器件设计：“掺杂工程”——“能带工程” 材料制造技术：基础材料——“功能材料”
III-V宽禁带高温半导体技术
III-V化合物微波单片集成电路技术
结论
III-V化合物半导体的特性 优势与发展历程
III-V化合物半导体的主要吸引力
双平面掺杂PHEMT 层结构示意
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HEMT工作原理
n-AlGaAs
i-GaAs
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化合物器件：从MOSFET到MESFET
化合物半导体缺乏具有良好加工性能的氧化物钝化层 必须采用非MOSFET型器件 MOS结构 MES结构（金属半导体接触势垒） 化合物半导体（GaAs、InP）较大的Eg 优异的 Schottky势垒特性 类MOSFET的MESFET： 栅下MOS电容电位控制
HBT的原理特点
异质EB发射结：宽能隙发射区、窄能隙基区
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HBT的原理特点
异质EB结的能带差ΔEg增加了改变发射结注入比的手段：
III-V化合物半导体发展历程
化合物半导体的历史与元素半导体同样悠久
发展遇到的最大困难是材料生长的困难 化合物材料技术的发展（晶片直径、外延技术） 直接推动新原理器件的诞生与应用
中国的III-V化合物半导体技术发展始于1960 年代前期
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FETs ：化合物 vs Si
GaAs 类FET特点：缺乏类SiO2稳定氧化物
空穴迁移率远低于电子
器件需采用不同工作原理—— GaAs（InP）基金属半导体场效应晶体管（MESFETs） Si 结 载流子 器件结构 器件内部电场 互补电路 P/N 电子，空穴 MOS 较弱 CMOS III-V化合物 Schottky barrier P/N 电子 MES，MIS 较强 E/D
HEMT的原理特点
AlGaAs/GaAs异质结的导带不连续性：GaAs一侧 形成量子势阱，掺杂层内电子转移到阱内形成高 面密度的二维电子气（2DEG）
掺杂层与2DEG层的空间分离，降低杂质离子的 库仑散射：提高2DEG的迁移率
解决了：器件工作区内增加载流子浓度与提高 载流子迁移率的矛盾——体现微波频率下工作 HEMT的优异特性
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实例2：HBT
npn-HBT剖面示意
npn-HBT层结构示意
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异质层结构的设计优化及外延：能带工程
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实例1：高电子迁移率晶体管（HEMT）
2DEG层
膺配HEMT剖面示意
1948 Schokley 提出不同半导体材料形成异质结双极晶体管的原理 1957 Kroemer 提出完整的HBT设计理论 1977 Konnzai等制造出第一个真正的GaAs/AlGaAs HBT
HEMT——
1978 Dingle 用MBE生长出能产生2DEG的异质结构 1980 Mimura等制造出第一个AlGaAs/GaAs HEMT
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充分挖掘半导体内载流子的各种特性：众多的微波器 件家族
半导体异质结构的实现开创了 “能带工程”器件设计原理时代
III-V半导体材料技术的发展直接推动 器件与应用的进程：例