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新技術(shù)滿足了新一代應(yīng)用的低功耗需求
新一代無線應(yīng)用、自動化測試與計量、醫(yī)療儀器及成像、便攜式計算設(shè)備等都需要高性能模擬組件，而且對低功耗的要求越來越高。各公司均推出*工藝技術(shù)以滿足上述要求，如zui近推出的第三代*絕緣的補(bǔ)償雙極工藝 BiCom-III。
多年來，應(yīng)高性能模擬設(shè)計的要求，我們推出了 ±15V、±8V 等一代分離電源 (split power supply) 電壓，zui近又推出了 ±5V 電壓，以實現(xiàn)現(xiàn)有放大器的全部性能。高性能模擬的現(xiàn)代潮流正向 +5V、+3V 乃至更低工作電壓的單電源方向發(fā)展。由于產(chǎn)生的電壓降低，這就降低了電源成本，也為低功耗應(yīng)用節(jié)省了能量。如果信號的可用電壓擺幅也必須減小，上述低壓還能對可用動態(tài)范圍施加影響，這是模擬設(shè)計的一大優(yōu)勢。
噪聲有多種形式。在放大器中，噪聲主要由閃爍噪聲（常稱作 1/f 噪聲，因其與頻率成 1:1 反對數(shù)關(guān)系）、熱噪聲以及散射噪聲等構(gòu)成。
在放大器中，寄生信號是諧波失真或互調(diào)的產(chǎn)物，由放大器的非線性生成。在運算放大器 (op amp) 中，電源電壓降低通常會導(dǎo)致信號電平降低，因為可用來操作放大器內(nèi)晶體管的電壓下降了。當(dāng)噪聲與失真為常量時，SNR 與 SFDR 的降幅相當(dāng)。為了重新獲得動態(tài)范圍，用于制造運算放大器的工藝與架構(gòu)必須具備的噪聲與失真性能，而且晶體管正常工作時所需的電源開銷較低，工藝技術(shù)與*的電路架構(gòu)還要實現(xiàn)重大突破。
BiCom-III 是工藝技術(shù)中這種創(chuàng)新的實例。
BiCom-III 工藝概覽
BiCom-III 是一種專為超高精度模擬集成電路而開發(fā)的硅鍺 (SiGe) 工藝。它是電介質(zhì)絕緣的硅基工藝--在基區(qū)加鍺。在基區(qū)加鍺大大增強(qiáng)了載體移動性，并實現(xiàn)了極快的瞬變時間。該工藝可生產(chǎn)真正補(bǔ)償雙極 NPN 與 PNP 晶體管，其瞬時 (transit) 頻率 (fT) 為 18-19GHz，zui大頻率 (fmax) 為 40-60GHz。互補(bǔ)晶體管實現(xiàn)了對高速高性能模擬電路設(shè)計至關(guān)重要的 AB 類放大級。
BiCom-III 工藝針對工作電壓為 3V 至 5V、溫度范圍廣的晶體管而設(shè)計，同時實現(xiàn) 18-19GHz 范圍內(nèi)的 fT，而 fmax 值則達(dá) 40-50 GHz 的范圍。fT 的值反映出其性能比同類競爭互補(bǔ)技術(shù)要提高近三倍。電介質(zhì)絕緣晶體管zui小化集電極到基板的寄生現(xiàn)象，避免其影響高頻率性能。
高速運算放大器設(shè)計技術(shù)的其它優(yōu)勢還包括：極低電壓系數(shù)的金屬－絕緣體－金屬 (MIM) 電容器、出色的電阻匹配 (0.1%)、可降低寄生電容的電介質(zhì)絕緣 (DI)（或稱為絕緣硅體 (SOI)），以及很高的晶體管電流增益乘以爾利電壓 (βoVA) 得到更高的放大器增益。
此外，該工藝還包括 CMOS FET，可使高度復(fù)雜的數(shù)字功能集成在芯片上，并具有出色的模擬性能。
NPN 與 PNP 雙極管
該技術(shù)的主要組件為雙極管。對于使用互補(bǔ)設(shè)計的高性能模擬應(yīng)用，使 NPN 與 PNP 的 fT 性能合理正確地匹配（因數(shù)在 2 以內(nèi)）極為有用。除高 fT 之外，高速線性運算放大器以有其它信號調(diào)節(jié)電路也需要高晶體管增益，主要特點簡而言之就是 βoVA 的積。增加 VA 通常以 fT 為代價，因為這需要提高基的摻雜級，因而導(dǎo)致移動性降低，并增加了發(fā)射極電容。添加鍺可以增強(qiáng)基場 (field)，從而抵消上述影響，這樣在提高 VA 同時可得到更大的 fT。改進(jìn)的基極電阻 (rb)、瞬時頻率 (fT) 以及寄生結(jié)電容 (cjc 與 cjs) 參數(shù)提高了內(nèi)在寄生極的頻率，這就實現(xiàn)了更高的帶寬運行。互補(bǔ) SiGe 雙極管可實現(xiàn)對稱架構(gòu)，且實現(xiàn)低失真要求，功耗極低。此外，晶體管較小的基極電阻可使等效輸入噪聲電壓較低。典型的雙極管特性見表 1。此外，圖 1 顯示了截面視圖。
CMOS 晶體管
除了雙極組件外，5V CMOS 也集成到工藝流程中，以支持信噪比 (SNR) 性能要求較高的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)。BiCom-III CMOS 晶體管特性見表 2。
表 2 CMOS 器件的特性 (25C)
MIM 電容器
工藝開發(fā)的關(guān)鍵在于集成穩(wěn)定而高性能的無源組件。
金屬-絕緣體-金屬 (MIM) 電容器由 TiN-Ox-TiSi2 層形成。電容器帶有 －6 ppm/V 的線性電壓系數(shù)。穩(wěn)定的電容與電壓特性意味著電容器不會產(chǎn)生較大失真。
電阻器
該工藝提供兩種類型的電阻器，NiCrAl 薄膜電阻器 (TFR) 以及 POLY 電阻器。TFR 的 25 ppm/?C 線性溫度系數(shù)對商用高精度電阻器而言很有競爭力。POLY 電阻器的 －6 ppm/?C 線性溫度系數(shù)在商用產(chǎn)品中還沒有相應(yīng)的產(chǎn)品。通常片上溫度跟蹤緊密地耦合 (couple)，而增益設(shè)置等模擬設(shè)計功能對溫度而言不存在明顯的差異。