主流射频半导体材料及特性介绍

掺杂浓度较高，高浓度的铁很可能会随着外延及器件工艺过程发生扩散。而且由于铁在磷化铟中的分凝系数很小，InP单晶锭沿生长轴方向表现出明显的掺杂梯度，顶部和底部的铁浓度相差一个数量级以上，由其切割成的单晶片的一致性和均匀性就很难保证。就切割成的单个InP晶片而言，由于受生长时的固液界面的影响，铁原子从晶片中心向外呈同心圆状分布，这显然也不能满足一些器件应用的需要。所有这些因素是目前制约半绝缘磷化铟单晶片生产质量的最大障碍。

最近几年国内外的研究表明，通过在一定气氛下高温退火处理低阻非掺杂InP晶片所获得的半绝缘衬底可以克服上述问题。在InP晶体中，半绝缘的形成机理大致可概括为两个方面：一是通过掺入深受主(元素)补偿浅施主来实现半绝缘态，原生掺铁的半绝缘磷化铟就属于这种情况；另一种是通过新缺陷的形成使浅施主的浓度降低，同时驻留的深受主(元素)也发生补偿，非掺杂半绝缘磷化铟就属于这一类，这种新缺陷可以在高温退火以及辐照等过程中形成。根据这个思路，中科院半导体所的有关科研人员采取了三个步骤来制备非掺杂半绝缘磷化铟衬底：首先用液封直拉法拉制高纯低阻非掺杂磷化铟单晶(表面为低阻)，然后将其切割成一定厚度的晶片并封装在石英管内，最后在合适的气氛条件下进行高温退火处理。研究人员分别在纯磷气氛和磷化铁气氛下进行了数十次退火比较实验。经过对比测试和分析发现，在磷化铁气氛下退火制备的半绝缘磷化铟晶片不仅缺陷少，而且具有良好的均匀性。

为了进一步研究这种退火衬底对相邻外延层的实际影响，研究人员使用分子柬外延技术分别在原生掺铁的和磷化铁气氛退火制备的半绝缘磷化铟衬底上生长了相同的InAlAs外延层。测试结果表明后者更有利于生长具有良好结晶质量的外延层。此外对这两种衬底分别注入同样剂量的Si 离子和快速退火后，霍尔测试结果证实，后者可以较大幅度提高注入离子的激活效率。

磷化铟晶片常用于制造高频、高速、大功率微波器件和电路以及卫星和外层空间用的太阳能电池等。在当前迅速发展的光纤通信领域，它是首选的衬底材料。另外InP基器件在IC和开关运用方面也具有优势。这种新型半绝缘磷化铟晶片的研制成功，将在国防和高速通信领域发挥重要作用。中国电子科技集团第十三研究所使用这种新型半绝缘磷化铟纯磷衬底成功制作了工作频率达100GHz的高电子迁移率晶体管。

硅锗SiGe

1980 年代IBM 为改进Si 材料而加入Ge，以便增加电子流的速度，减少耗能及改进功能，却意外成功的结合了Si 与Ge。而自98 年IBM 宣布SiGe 迈入量产化阶段后，近两、三年来，SiGe 已成了最被重视的无线通信IC 制程技术之一。

依材料特性来看，SiGe 高频特性良好，材料安全性佳，导热性好，而且制程成熟、整合度高，具成本较低之优势，换言之，SiGe 不但可以直接利用半导体现有200mm 晶圆制程，达到高集成度，据以创造经济规模，还有媲美GaAs 的高速特性。随着近来IDM 大厂的投入，SiGe 技术已逐步在截止频率(fT)与击穿电压(Breakdown voltage)过低等问题获得改善而日趋实用。

目前，这项由IBM 所开发出来的制程技术已整合了高效能的SiGe HBT(Heterojunction Bipolar Transistor)3.3V 及0.5μm 的CMOS 技术，可以利用主动或被动组件，从事模拟、RF 及混合信号方面的配置应用。

SiGe 既拥有硅工艺的集成度、良率和成本优势，又具备第3 到第5 类半导体(如砷化镓(GaAs)和磷化铟(InP))在速度方面的优点。只要增加金属和介质叠层来降低寄生电容和电感，就可以采用SiGe 半导体技术集成高质量无源部件。此外，通过控制锗掺杂还可设计器件随温度的行为变化。SiGe BiCMOS 工艺技术几乎与硅半导体超大规模集成电路(VLSI)行业中的所有新技术兼容，包括绝缘体硅(SOI)技术和沟道隔离技术。

不过硅锗要想取代砷化镓的地位还需要继续在击穿电压、截止频率、功率消耗方面努力。

RF CMOS

RF CMOS 工艺可分为两大类：体硅工艺和SOI（绝缘体上硅）工艺。由于体硅CMOS 在源和漏至衬底间存在二极管效应，造成种种弊端，多数专家认为采用这种工艺不可能制作高功率高线性度开关。与体硅不同，采用SOI 工艺制作的RF 开关，可将多个FET 串联来对付高电压，就象GAAS 开关一样。

尽管纯硅的CMOS 制程被认为仅适用于数字功能需求较多的设计，而不适用于以模拟电路为主的射频IC 设计，不过历经十几年的努力后，随着CMOS 性能的提升、晶圆代工厂在0.25mm 以下制程技术的配合、以及无线通信芯片整合趋势的引领下，RF CMOS 制程不仅是学界研究的热门课题，也引起了