锗硅|欧盟项目研发出工作频率达到0.7THz的SiGe HBT，实现硅基HBT重大突破

近日在美国旧金山举办的“2016 IEEE国际电子器件会议”（IEDM）上，德国高性能微电子创新研究所（IHP）的Bernd Heinemann博士展示了其SiGe异质结（SiGe HBT）晶体管。 该SiGe HBT的fT/fmax为505GHz/720GHz的，工作电压为1.6V，门延迟仅为1.34ps。该器件速度参数为硅晶体管设定了新的标准。该fmax值已超过当前产品最佳fmax值的50%。这种SiGe HBT晶体管能够使有线和无线系统的数据速率达到100 Gb/s以上。 研究人员将这种超高性能归因于三个因素：（1）优化的发射极-基极-集电极区域垂直剖面；（2）使用“瞬间”退火和低温后端处理，以降低基极和发射极电阻；（3）横向器件尺寸缩小。

左图为透射电子显微镜下的最新SiGe:C HBT。右图中的曲线分别为该SiGe HBT瞬时频率和最高振荡频率。

图 该SiGe HBT工作频率在电磁频谱中所处的位置应用领域使用这种高速HBT的雷达系统，如私人汽车，可以降低雷达系统功耗或提高距离和空间分辨率，实现性能提升。这种高速SiGe HBT与当前的硅工艺兼容，具有很高的成本效益，其潜在应用领域包括0.3～1THz频率范围的图像处理，如安全检查、医学活组织检查、空气污染检测等。意义通常HBT由III-V半导体材料制成，因为III-V材料具有比硅更高的电子迁移率，但是III-V HBT很难与硅技术兼容。而硅器件的工作电压更低，在电池供电领域应用更具吸引力。 该研究成果为欧盟资助的“DOTSEVEN”项目所属。DOTSEVEN项目是德国英飞凌公司与其他13个合作伙伴共同承研，涉及6个国家，为时4年，主要目标是开发出振荡频率达到0.7THz的SiGe HBT。DOTSEVEN项目简介DOTSEVEN项目由欧盟FP7计划资助，为期4年，2012年10月启动，2016年9月结束。合作成员共14个，涉及6个国家。（1）产业界成员包括：德国英飞凌、奥地利集成电路研发公司DICE GmbH & Co KG和法国行政与财务管理公司ALMAcg。（2）中小型企业包括：法国半导体软件公司XMOD、瑞典微波器件研制公司Sivers IMA、瑞典高速数据通信公司Trebax AB。（3）高校和研究机构包括：意大利那不勒斯大学电气与信息技术工程学院、德国亚琛工业大学、德国德累斯顿工业大学、法国波尔多大学、德国乌帕塔尔大学、奥地利林茨约翰·开普勒大学、荷兰代尔夫特理工大学和德国高性能微电子创新研究所。DOTSEVEN项目目标：（1）实现室温下，SiGeC HBT最大频率达到0.7THz；（2）运用研制出的HBT设计和演示集成的毫米波和亚毫米波电路；（3）评估、理解和建模模拟这些高速器件和电路中发生的物理效应。高性能微电子创新研究所简介德国高性能微电子创新研究所（IHP）主要从事硅基系统、高频集成电路、无线宽带通信技术的研发。应用领域包括航空航天、远程医疗和汽车行业等。IHP目前已发展成为国际公认的SiGe技术研发中心。