基于InP HBT工艺的太赫兹单片倍频辐射源关键技术研究

TMIC radiated source based on the active frequency multiplier chain with on-chip antenna, extensively used in terahertz imaging and wireless communication applications, has advantages of compactness, low cost, high consistency and high reliability. Aiming at the current two major challenges: low signal power and poor antenna efficiency, this project researches on the scientific problems and key technologies in InP HBT technology. Planning to study on the following three aspects: research on the process optimization technique for multi-finger DHBT devices, explore multiphysics coupling mechanism on the multi-finger device, and establish the dynamic large signal model; study the interaction mechanism between electromagnetic filed and semiconductor material, and design the high efficient on-chip antenna with AMC and 3D printed lens; research the co-design method of the on-chip antenna and TMIC active multiplier chain to improve the signal power and efficiency of TMIC active multiplier chain. System independent intellectual property rights in InP based HBT material growth and large signal modeling method，co-design method of TMIC and on-chip antenna will be acquired.

太赫兹TMIC倍频辐射源，具有体积小、成本低、一致性、可靠性高等诸多优势，在太赫兹成像、通信等领域具有广泛的应用前景。本项目针对目前TMIC倍频辐射源存在的输出功率低、辐射效率低的问题，进行基于InP HBT工艺的相关科学问题和关键技术研究。拟从以下三个方面开展：研究多指DHBT器件工艺优化技术，探索多指器件多物理场耦合机理，建立动态大信号模型，并进行模型验证；研究电磁场与半导体材料器件的相互作用机制，结合AMC及3D打印透镜，设计高效片上天线；研究片上天线和TMIC倍频链路的协同设计方法，进而提升太赫兹TMIC倍频辐射源的辐射功率和效率。本课题完全基于自主工艺，从材料生长到器件建模方法、TMIC电路与片上天线的协同设计方法均享有自主知识产权。

太赫兹TMIC倍频辐射源，具有体积小、成本低、一致性、可靠性高等诸多优势，在太赫兹成像、通信等领域具有广泛的应用前景。本项目从太赫兹InP DHBT器件的工艺优化、多指DHBT器件的模型研究、TMIC倍频放大链路和天线的协同设计出发，进行了以下研究：.（1）从外延层材料结构设计、外延层材料生长技术、InP HBT器件与集成电路制造工艺出发，研究了太赫兹InP DHBT器件工艺优化方法。.（2）从HBT器件的高频参数、特殊效应及物理模型、电磁热耦合机理等方面出发，研究了多指DHBT器件的载流子输运特性及多物理场耦合机理。.（3）基于蒙特卡罗模拟与全波求解结合的方法，从有源线性和非线性模型、无源模型出发，探索了能表征多指功率器件多物理场耦合机理的动态大信号建模方法，并进行器件模型验证和测试；.（4）基于透镜系统、背向辐射、AMC结构、缝隙辐射等机理分析和应用进行了太赫兹片上天线设计，有效的提高了片上天线的增益和辐射效率；.（5）基于多级推放结构和多路功率合成结构完成了高性能太赫兹功率放大器的设计、流片和测试验证，在此基础上实现了宽带二倍频放大芯片的设计验证和宽带三倍频放大芯片的设计验证；通过片上天线和TMIC倍频链路协同设计，有效提升了太赫兹TMIC倍频辐射源的辐射功率和效率。.通过本项目研究，形成了太赫兹器件工艺优化、电路模型求解、芯片设计与互连、芯片与天线协同设计等研究方法和成果。在项目支持下，课题组发表学术论文12篇，其中SCI检索9篇，EI检索2篇；申请国家、国防专利4项；在器件工艺、电路模型、芯片互连和系统应用方面开展了一系列创新性工作。