研究论文

4 基于0.25 μm SiGe BiCMOS工艺的无电感复合电阻-电容反馈结构0.1-5.1 GHz高增益低噪声放大器

硅锗双极互补金属氧化物半导体（SiGe BiCMOS）工艺融合了SiGe异质结双极晶体管与CMOS技术优势。通过在硅衬底中掺入锗元素，既缩小了材料整体带隙又提高了载流子迁移率，显著增强了器件的高速性能。相较于采用III-V族材料（如砷化镓）的工艺，SiGe技术因基于硅基底而具备与其他硅工艺的兼容性，便于实现CMOS工艺集成。

宽带多标准架构收发机通常采用单一宽带低噪声放大器在宽频带范围内实现输入阻抗匹配，顺应软件定义无线电（SDR）技术发展趋势。该架构已成为当前收发机研究的主要焦点，而设计满足带宽要求的低噪声放大器（LNA）正是关键技术之一。本文所提出的LNA主要面向这种需求。

近日，清华大学深圳国际研究生院集成电路与系统设计实验室冯海刚副教授课题组采用0.25 μm SiGe工艺，设计并制备了兼容0.1-5.1 GHz多通信协议的高增益无电感低噪声放大器。提出复合阻容反馈结构实现宽带匹配与良好增益平坦度，采用达林顿对多级放大方案在提升整体增益的同时有效抑制噪声。该设计实现宽带宽匹配范围和良好的增益。通过使用达林顿对作为第二级来提升整体增益，同时降低第一级增益以改善总体噪音表现。该放大器基于0.25 μm硅锗双极互补金属氧化物半导体工艺，得益于无电感电路结构，核心电路面积仅为0.03平方毫米。测试结果表明：在工作频段内最低噪声系数(NF)为1.99 dB，功率增益达29.7 dB，S₁₁和S₂₂参数均小于-10 dB，S₁₂小于-30 dB，输入三阶交调点(IIP3)为0.81 dBm，OP_1dB为10.27 dBm。在3.8 V供电电压下工作电流为31.18 mA。该工作为兼容多标准的宽带无线收发机等提供了一种LNA的选择。

图1. 芯片显微照片。

图2. 测试获得的S参数。(a) 2.4 GHz频段的S参数；(b) 5.1 GHz频段的S参数。

该文章以题为“A 0.1−5.1 GHz high-gain LNA with inductorless composite resistor−capacitor feedback structure based on a 0.25 μm SiGe BiCMOS process”发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

A 0.1−5.1 GHz high-gain LNA with inductorless composite resistor−capacitor feedback structure based on a 0.25 μm SiGe BiCMOS process

Zhouhao Zhao, Qian Chen, Yixing Lu, and Haigang Feng

J. Semicond. 2025, 46(8), 082202. doi: 10.1088/1674-4926/24110028

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5 IGZO晶体管微缩化挑战：阈值电压Roll-up与Roll-off效应研究

氧化物半导体（Oxide Semiconductors，简称OS），尤其是以铟镓锌氧化物（IGZO）为代表的材料，近年来在薄膜晶体管（TFT）领域展现出显著的优势。这类材料不仅载流子迁移率高、亚阈值摆幅（SS）低、漏电流小，还可以实现低温工艺制备，因而在显示技术领域逐渐取代传统硅基TFT。此外，氧化物半导体还被广泛应用于3D堆叠存储器及单片三维集成电路（M3D IC）等新兴领域，这些应用场景对晶体管的尺寸微缩能力提出了更高的要求。在现有的氧化物晶体管结构中，自对准顶栅（SATG）结构由于寄生电容较小，具备更好的微缩潜力，因此受到更多关注。然而，当SATG晶体管的沟道长度减小到亚微米时，阈值电压（V_th）通常会出现明显下降，这种现象被称为短沟道效应（Short Channel Effect，SCE）。过去的研究认为，这主要是由于源漏掺杂元素的横向扩散导致沟道有效长度缩短，被称为“沟道缩短效应”（Channel Shortening Effect, CSE）。现有研究大多集中于较厚栅介质条件下的SCE表现，而在更符合微缩趋势的薄栅介质条件下，其调控机制尚缺乏系统探索。

针对这一问题，北京大学深圳研究生院信息工程学院张盛东教授与陆磊教授团队对SATG结构IGZO晶体管的微缩化特性进行了系统研究。在将栅介质厚度缩减至10 nm、沟道长度缩短至亚微米尺度的条件下，团队首次观察到V_th在沟道长度缩短过程中呈现“先升后降”的非单调演化行为，揭示了V_th roll-up与roll-off两种效应之间的竞争机制。研究对比了不同栅介质厚度、源漏掺杂浓度和器件结构等。结果显示，随着栅介质变薄，栅控能力增强，可有效抑制V_th roll-off；但较大的源漏串联电阻（RSD）导致电势分压显著，引发更明显的V_th roll-up现象。进一步分析表明，现有氢掺杂源/漏结构在微缩条件下面临性能权衡困境：重氢化虽可降低RSD，却易产生严重横向扩散，加剧V_th roll-off；而轻氢化处理则难以实现足够低的RSD，导致V_th roll-up难以抑制。团队提出，可通过优化源/漏材料与结构设计，结合选择性沉积、金属反应等掺杂方式，在降低RSD的同时有效抑制横向扩散，从而协同抑制V_th roll-up与roll-off效应，为进一步实现器件性能优化提供了可行路径。本研究有助于推动氧化物晶体管在更高集成度下的微缩发展，并为新型无电容（2T0C）DRAM与BEOL器件的性能优化与可靠性设计提供了理论支持与工艺借鉴。

图1.（a）不同沟道长度下SATG IGZO晶体管的转移特性曲线。（b）相应的V_th随沟道长度的变化关系。插图为该晶体管的截面示意图，栅介质厚度为10 nm。

图2.（a）SATG IGZO晶体管在栅介质厚度从200 nm缩小至10 nm时，ΔV_th与随沟道长度的变化关系。ΔV_th = V_th(L) – V_th(L = 100 μm)。（b）从n⁺型源/漏区到n⁻型沟道区域的载流子浓度分布示意图。

该文章作为封面文章，以题为“Downscaling challenges in IGZO transistors: A study on threshold voltage roll-up and roll-off effects”发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

Downscaling challenges in IGZO transistors: A study on threshold voltage roll-up and roll-off effects

Jiye Li, Mengran Liu, Zhendong Jiang, Yuqing Zhang, Hua Xu, Lei Wang, Congwei Liao, Shengdong Zhang, Lei Lu

J. Semicond. 2025, 46(8), 082301 doi: 10.1088/1674-4926/24120005

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6 一种采用8英寸工艺实现的辐射剂量探测器

1964年Hughes首次提到高能γ射线对MOSFET结构有影响，并于1988年把这种PMOS探测器命名为RADFET。与气体探测器、闪烁探测器、半导体二极管等辐射探测器相比，RADFET辐射剂量计具有便于集成、体积小、重量轻、功耗很低的优点，被广泛应用于航空航天探测，核工业防护以及医疗放射的个人剂量监测等领域。提高RADFET灵敏度的方法主要包括增加栅氧化层厚度，采用堆栈结构等。北京大学LIU HongRui等在实验室制备了栅氧化层厚度为420 nm的RADFET，灵敏度最高达到了229 mV/Gy。然而，目前国内还没有采用8英寸实现量产的RADFET产品。

近日，联合微电子中心有限责任公司黄俊博士等人在8英寸工艺平台上，采用6层光罩开发出一款具有一定灵敏度的RADFET芯片。芯片的大小为610 mm × 610 mm，包含两只一样的PMOS。其中PMOS的W/L为300 mm × 50 mm，栅氧化层厚度为400 nm，采用了干氧-湿氧-干氧的工艺形成。湿氧形成的栅氧化层中有较多的陷阱，保证在辐射时可以俘获更多的空穴，所以器件的阈值电压可显著变化。对10颗芯片进行了测试，辐射前的测试结果表明，PMOS的初始电压平均值为1.961 V，分散性为5.7%。辐照实验在钴源装置的辐照剂量率为50 rad(Si)/s。辐照时连接10 μA的恒流源电路，测量阈值电压在不同总剂量条件下的变化量。在总剂量达到100 krad(Si)时，阈值电压的增量约为1.37 V，表明制备的芯片实现了辐射探测功能。

图1. RADFET芯片版图。

图2. 阈值电压变化量随总剂量的变化曲线。

该文章以题为“A semiconductor radiation dosimeter fabricated in 8-inch process”发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

A semiconductor radiation dosimeter fabricated in 8-inch process

Jun Huang, Bojin Pan, Hang Bao, Qiuyue Huo, Renxiong Li, Qi Ding, Yutuo Guo, Yu Wang, Kunqin He, Yaxin Liu, Ziyi Zeng, Ning Ning, and Lulu Peng

J. Semicond. 2025, 46(8), 082302. doi: 10.1088/1674-4926/24120027

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