---以移动电话和无线局域网（WLAN）为首的无线应用产品，正在急速向高频宽带发展。尤其是在WLAN数字无绳电话等领域，以往一直是2GHz带宽，现在也开始利用5GHz（请参阅图1）。在WLAN的核心部件高频放大器里，一直都是使用GaAs器件，但是GaAs器件价格昂贵，人们期待在成本方面更为有利的高性能SiGe器件早日上市。
---在这样的背景下，很多半导体器件制造商都在竞相开发高性能 SiGe器件。日本NEC公司新开发出一种可用于5GHz带宽高频放大器的圆片工艺UHS2HV工艺;利用这种工艺成功地开发出了高增益且低噪声的SiGeHBT系列产品。该系列产品中的NESG2021M05/NESG2031M05型晶体管，适用于低噪声放大器;NESG2101M05型晶体管，适用于中功率驱动器和功率放大器。 UHS2HV工艺特点
---利用UHS2HV工艺制造的晶体管截面图（确切地说是射极与基极之间的PN结的放大图）如图2所示。在UHS2工艺过程中，基区里使用SiGe选择外延生长技术，可形成混合结双极晶体管结构，基极引出部分利用非结晶硅，这样可减少引出串联电阻。另外，在形成射极的原处采用掺杂砷元素的多晶硅AIPOS（Arsenic In-situ Doped Poly Silicon）技术和快速热退火RTA（Rapid Thermal Annealing）方法，从而可形成浅结的PN结。在UHS2HV工艺里，由于优化了上述技术，所以可实现良好的器件特性。下面介绍详细内容。
(1) SiGe基区设计
---在双极晶体管的基区层里引入锗（Ge）元素，具备如下3个优点：(a) 利用外延生长技术改善基区剖面控制性，以低电阻形成浅的基区;(b) 在射极与基极之间采用混合PN结，由于基区的禁带宽度（Band Gap）变窄，可以提高空穴由基区到发射区的注射势垒，结果是基极电流降低，使晶体管的电流放大倍数提高;(c) 使基区中的Ge浓度变化，从而迫使禁带宽倾斜，于是产生漂移电场;正是由于漂移电场存在，发射极注入到基区的电子在基区渡越时获得加速，于是实现了少数载流子（电子）的基区渡越时间降低。
---利用上述特点，在本工艺里进行设计的重点是实现低噪声化。设计上的主要电参数不外乎是基区电阻（Rb）、电流放大倍hFE和截止频率fT，各参数之间互相制约，需要权衡。追求低噪声的同时要权衡晶体管的功率增益和耐压，以带有0～11% Ge浓度梯度的掺杂硼元素的SiGe层为例，优化各个参数和器件图形。与以往的晶体管相比，此SiGeHBT的基区设计成果是在基区电阻方面降低了35％。
(2) 集电极设计
---在以往的SiGeHBT器件里，获得高fT和低噪声特性的同时，不可避免的要付出耐压VBR（CEO）降低的代价。众所周知，晶体管耐压低是限制广泛应用或制约使用方法的关键因素。在本工艺里，对集电极和基极之间的PN结断面进行优化，耐压的额定值保证不低于5V。因此，可使用的电压范围大幅度扩展，新产品比以往的产品应用领域更广阔。
---晶体管实现高耐压化需要权衡功率增益下降，幸好由于集电极和基极之间的电容降低发挥出补偿作用;因此，此次开发的晶体管产品，具备高功率增益特性。新旧工艺产品的噪声指数NF 和增益Ga的比较结果如图3所示。
新产品性能
(1) 封装结构
---通用高压SiGeHBT系列产品的封装结构为4PTSMM，这种封装结构是扁平4引线薄型模塑结构，其外形尺寸为2.05mm×2.00mm。
(2) 新产品特性
---通用高压SiGeHBT系列产品，力图按照用途提供最佳特性，共分3种类型，电流特性各异：例如，NESG2021M05型是高增益低电流型，NESG2031M05型为低噪声型，NESG2101M05型是中功率型。具体特性如下。
(a) 直流特性
---低噪声型NESG2031M05的IC-VC特性和ICIB-VBE特性分别如图4所示。在该器件里，利用了SiGe中的Ge浓度梯度，正如IC-VC特性所示的那样，实现了高初始电压 （VAF≥60V）。而且，仅就ICIB-VBE特性而论，直到低电流区域也能获得良好波形。各种类型晶体管的hFE线性度如图5所示。从中不难看出，本系列中的3种类型晶体管产品都具备良好的线性。显然，这种宝贵特性对于在放大器里应用是必备的条件。
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(b) 噪声特性
---作为低噪声放大器的重要性能指标，噪声指数NF和放大倍数Ga（增益）的关系，下面将深入介绍。
---实际测试表明，在2GHz情况下，噪声指数和增益Ga都是集电极电流的函数，详见图6所示。例如，在低噪声型 NESG2031M05里，当集电极电流 Ic在低电流区域至Ic=5mA的区间内变化时，获得到如下结果：噪声指数NF=0.8dB(@f=2GHz，VCE=2V);当Ic=5mA， f=2GHz，VCE=2V的情况下，获得17.3dB的增益值。又如，对于NESG2021M05型晶体管，当Ic=3mA时，则噪声指数NF=0.9dB(@f=2GHz VCE=2V)，增益Ga达到18.8dB，不愧为低电流高增益晶体管。
---本系列产品不仅在2GHz下表现出良好性能，而且在5.2GHz下也表现不凡。例如，低噪声型NESG2031M05晶体管，当频率为5.2GHz，Ic=smA的情况下，NF=1.3dB而Ga=1.03dB;这表明在5.2GHz带宽下使用时具备良好性能。NESG2021M05型晶体管，在低集电极电流情况下获得高增益。此外，在1～5GHz情况下，NESG2031M05型晶体管具备良好的NF和Ga值。详情如图7所示。
(c) S21e 2、MSG功率特性
---在f=2GHz的情况下，插入增益（ S21e 2），最大稳定增益（MSG）也是集电极电流Ic的函数，详见图8所示。这同NF、Ga的情况相似，NESG2021M05的增益最高，其MSG为22.4dB。对于NESG2031M05型晶体管，当电流Ic为5mA时，能达到18.8dB。而且在 S21e 2方面，各种型号晶体管的插入增益值如下：NESG2021M05达到19.4dB, NESG2031M05为18.8dB，NESG2101M05也达到13.5dB，堪称是高增益晶体管。
---对于中功率型NESG2101M05晶体管，其输入功率 Pin和输出功率 Pout之间的关系，分别如图9和图10所示。
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结束语
---综上所述，SiGeHBT系列产品不仅可用于2GHz领域，而且可以在5GHz应用并且具备良好性能。也就是说，作为面向WLAN、移动电话和数字化无绳电话等无线机器的高频放大应用的器件，一直是非GaAs器件莫属，如今，这种情况已不复存在，SiGeHBT系列产品成为GaAs器件的有力竞争产品。此外，SiGeHBT系列产品还将采用更小型封装，应用领域也将扩展到压控振荡器等各个方面。
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