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超高频RF IC:新型硅锗BiCMOS工艺高达200GHz截止频率

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发表于 2014-12-24 12:48:52 | 显示全部楼层 |阅读模式
借助
IBM
公司开发的一种新型硅锗(SiGe)
BiCMOS工艺
,商用RF IC有可能跳越到前所未闻的频率。8HP工艺及其低成本版8WL工艺的性能基本上是现有
BiCMOS工艺
的两倍,专为部分由于昂贵的RF成本从而至今未能商用的多种应用而打造。

   

“目前业界对汽车的先进导航控制和防撞系统赋予了极大关注。”
IBM
系统和科技事业部的副总裁兼首席技术专家Bernard Meyerson表示,“这些系统基于工作频率为24或77GHz的短距离雷达。而业界对能够提供高带宽,但传输距离有限的个人无线局域网的关注也正在加大。一个60GHz的频带被分配给这些应用。为了向产品化转移,这些应用需要一个最高性能在100GHz以上的商用生产工艺,而这正是我们提供的技术。”


IBM
宣称,最新推出的高性能8HP工艺具备高达200GHz的截止频率,将首次把商用价格的RF芯片带入20GHz以上的频段。而性能大约是8HP一半的低成本版8WL工艺,将主要面向现在由更昂贵的高端解决方案掌控的商用无线和GPS市场。


“SiGe在业界的作用一直以来都是把硅CMOS工艺的经济优势延伸到更高频率的应用。”Meyerson说,“在WLAN应用工作在2.5到2.7GHz范围并需要大型砷化镓前端的时候,我们推出了首个SiGe
BiCMOS工艺
。Intersil公司采用该工艺极大程度降低了802.11 RF级的成本,从而一度控制了约半数的市场份额。”现在,他表示,
IBM
正准备对下一代RF进行类似的变革。


这种新的SiGe BiCMOS技术基于130纳米光刻技术,与
IBM
的130纳米CMOS逻辑和CMOS RF工艺共享工艺技术和设计IP,因而将受益于
IBM
在130纳米节点所积累的批量生产和器件建模经验。但当涉及必须工作在数十GHz甚至更高频率的信号通道时,该工艺是独特的创新技术。


Meyerson表示:“本质上,在SiGe
BiCMOS工艺
中,提高性能的关键是利用难以置信的精度控制SiGe层的外延生长,该层构成了双极性
晶体管
的基极。”

   

IBM
之前的工艺一样,新工艺采用了传统的垂直双极性
晶体管
,在搀杂硅的发射极与集电极之间生长的SiGe薄膜构成了
晶体管
的基极。“此工艺的有源基极厚度在100埃数量级,”Meyerson表示,“在这一厚度上,基极被精确分级,以提供最大的载流子迁移。它真正展示了对外延生长异乎寻常的控制程度。”


这层超薄且被分级的基极能够缩减载流子传输时间,从而使高速
晶体管
成为可能,但是仅凭借基极自身并不能完成上述工作。设计团队还需要克服各种寄生效应,否则所有潜在速度在到达
晶体管
的触点之前就可能会全部消失。首先,这意味着对覆盖层精度要格外注意。“未对准会增加寄生效应,”Meyerson表示,“精确的对准可以降低非基极部分的传导率,而这对性能级别至关重要。”


互连也很重要。在这些频率,为了将信号引入芯片或在
晶体管
中传输,就需要各种带状线(strip-line)技术。如果没有阻抗控制的互连,那么导线上的损耗有可能使大部分电路无法工作。这意味着需要一种前所未有的控制水平,不仅表现在互连线的形成方面,还体现在互连模型的精度上。


IBM
在上层采用粗走线,在下层采用标准铜线互连。通过采用多触点穿孔布局,信号可直接从有源器件移动到粗走线,在此形成可预料的带状线。因而,困扰微细间距双绞铜线的变异性问题得以避免。


在这些频率下的
无源器件
也是一个问题。目前,
IBM
为多数应用提供有足够质量保证的电感和电容,其中电容采用了一种专有的高K介电材料。“设计窄型槽带滤波器的工程师大概仍希望使用片外
无源器件
,”Meyerson表示,“但对于大部分普通电路而言,片上
无源器件
表现很好。”


IBM
表示,该公司对模型、提取工具和设计工具进行了全部升级以应对新的频率范围。在2.5GHz时微不足道的小疏忽对70GHz而言可能意味着信号的完全损失。为了提供一种ASIC产品而不是定制工艺,
IBM
还不得不完全支持这个领域里所有的130纳米SiGe方法。
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    发表于 2014-12-25 09:17:55 | 显示全部楼层
    不用硬件工程设计外部电路了,全部集成了
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