硅鍺(SiGe)技術(shù)已經(jīng)從一種富有潛力的技術(shù)發(fā)展成為目前和新一代移動(dòng)設(shè)備的先進(jìn)解決方案，廣泛應(yīng)用于手機(jī)、無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)和藍(lán)牙等產(chǎn)品。在無(wú)線通信應(yīng)用中，這種技術(shù)用于下變頻器、低噪聲放大器、前置放大器和 WLAN 功率放大器。而今，SiGe 技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于CDMA和GSM手機(jī)中的高功率放大器產(chǎn)品。由于這種半導(dǎo)體可以集成更多電路，它將在未來(lái)功率放大器與無(wú)線射頻 (RF) 電路的集成方面發(fā)揮重要作用。

SiGe技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

降低手機(jī)設(shè)計(jì)成本的兩大主要因素是提高集成度，以及使用如SiGe等易于集成的低成本技術(shù)。SiGe既擁有硅工藝的集成度、良率和成本優(yōu)勢(shì)，又具備第3到第5類半導(dǎo)體(如砷化鎵(GaAs)和磷化銦(InP))在速度方面的優(yōu)點(diǎn)。只要增加金屬和介質(zhì)疊層來(lái)降低寄生電容和電感，就可以采用SiGe半導(dǎo)體技術(shù)集成高質(zhì)量無(wú)源部件。此外，通過(guò)控制鍺摻雜還可設(shè)計(jì)器件隨溫度的行為變化。SiGe BiCMOS 工藝技術(shù)幾乎與硅半導(dǎo)體超大規(guī)模集成電路(VLSI)行業(yè)中的所有新技術(shù)兼容，包括絕緣體硅(SOI)技術(shù)和溝道隔離技術(shù)。

實(shí)驗(yàn)證明，SiGe 器件的工作頻率可高達(dá) 350 GHz,而普通硅芯片的工作頻率只能達(dá)到幾個(gè) GHz，而且其電流速度為普通硅半導(dǎo)體的2到4倍。此外，SiGe器件還在噪聲、功效、散熱性能方面優(yōu)于第3至第5類雙極晶體管。事實(shí)上，硅基片的熱導(dǎo)率是GaAs的3倍。

SiGe 的種種優(yōu)勢(shì)使其能在 WLAN、有線電視電話和光通信應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)低成本、高性能產(chǎn)品。隨著擊穿電壓和高性能無(wú)源部件集成領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，SiGe 正逐漸占據(jù)傳統(tǒng)的 GaAs 領(lǐng)地，即手機(jī)功率放大器應(yīng)用的領(lǐng)域。

擊穿電壓

手機(jī)功率放大器必須能在高壓下應(yīng)對(duì)10:1的電壓駐波比(VSWR)，并能發(fā)送 +28dBm(用于CDMA手機(jī))到 +35dBm(用于GSM手機(jī))的信號(hào)。由于 GaAs 半導(dǎo)體具有較高的擊穿電壓，因此傳統(tǒng)的功率放大器一直采用 GaAs 技術(shù)。然而 GaAs 這一優(yōu)勢(shì)很有限，因?yàn)檫@種半導(dǎo)體的成本高，又難以與其它無(wú)線電路相集成。這種缺陷在需要多個(gè)功率放大器的多模手機(jī)上尤其明顯；而且由于還沒有低成本的硅半導(dǎo)體工藝可以實(shí)現(xiàn)這類集成，手機(jī)的用材將會(huì)增加。

為了制造出滿足嚴(yán)格的手機(jī)技術(shù)要求的 SiGe 功率放大器，加拿大 SiGe 半導(dǎo)體公司采用fT為 30GHz 的主流 SiGe 工藝，與 InGaP使用的主流工藝相類似。選擇這種工藝，主要著眼于手機(jī)應(yīng)用環(huán)境下功率放大器的擊穿電壓、線性性能、效率以及集成方面的優(yōu)勢(shì)。

為了確保高功率下的可靠性， SiGe 技術(shù)的 +5.5VDC 擊穿電壓必須獲得改善。SiGe 半導(dǎo)體公司的設(shè)計(jì)人員開發(fā)出專有的電路、工藝技術(shù)和晶體管。利用這些開發(fā)成果就可以生產(chǎn)出高功率的功率放大器，其擊穿電壓能夠在整個(gè)工作循環(huán)中，以及在滿功率和 +5V(當(dāng)用于CDMA手機(jī))或 +4.5V(當(dāng)用于GSM手機(jī))電源電壓下，可靠地應(yīng)對(duì)10:1電壓駐波比。

低擊穿電壓和隨之引起的可靠性問題是 RF CMOS無(wú)法實(shí)現(xiàn)體積小、占位少、成本低和功效高射頻功率放大器的原因所在(參見表 1)。例如，為了提高工作效率，RF CMOS 芯片必須大幅度提高電流強(qiáng)度，因此需要更大的晶體管，這意味著芯片的尺寸會(huì)變大。此外，晶體管增大后會(huì)使器件的功效降低。這些權(quán)衡因素使 RF CMOS 技術(shù)在手機(jī)的高效功率放大器領(lǐng)域上很不稱職。

手機(jī)應(yīng)用

由于技術(shù)的進(jìn)步，SiGe現(xiàn)已具有較高的擊穿電壓，足以達(dá)到GSM-EDGE/CDMA以及最新 WLAN(包括802.11g標(biāo)準(zhǔn)的WLAN)應(yīng)用所要求的功率放大器效率和線性度指標(biāo)。

因此，在設(shè)計(jì)電池供電設(shè)備時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以充分利用 SiGe 技術(shù)在成本、集成度、噪聲和高頻特性方面的優(yōu)勢(shì)。而且，在數(shù)字電路需要與模擬電路接口時(shí)，可采用 SiGe BiCMOS 技術(shù)，因?yàn)槠潆妷河嗔亢驮肼曅阅芫�符合要�?/span>(RF CMOS中的電壓會(huì)逐漸遞減，這將會(huì)減弱數(shù)字電路與具有高動(dòng)態(tài)電壓范圍的模擬輸入的接口能力)。

與用于手機(jī)功率放大器的第3到第5類半導(dǎo)體相比，SiGe 的主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在成本上。SiGe 的主流工藝采用200毫米(8英寸)晶圓，并正在向 300 毫米晶圓目標(biāo)發(fā)展；但 GaAs 卻是使用 4 到 6 英寸晶圓制造的，由于晶圓尺寸較小，在良率和工藝成本方面不利。

采用 SiGe 的另一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)是高集成度，通過(guò)使用SiGe，設(shè)計(jì)人員可在功率放大器周圍集成更多的控制電路。這樣，最終的器件就比第3到第 5類半導(dǎo)體器件更加節(jié)省板卡空間，因?yàn)楹笳咝枰�功率放大器芯片再加一塊 CMOS 控制芯片，而SiGe卻能將這兩項(xiàng)功能集成到一塊芯片中，并具有集成更多無(wú)線功能的潛力。

在不久將來(lái)，設(shè)計(jì)人員很可能需要將 RF 電路集成到 CMOS 電路或功率放大器芯片中。采用 SiGe技術(shù)，設(shè)計(jì)人員就可以將功率放大器和 RF 電路集成在一起，卻不會(huì)影響功率放大器的效率，因而不會(huì)縮短手機(jī)電池的壽命。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)榧��?/span> RF 電路應(yīng)該比將所有無(wú)線電路(包括功率放大器部分)都集成到 CMOS 電路中尺寸更小，而成本效益更高。
（編輯：劉麥）