收稿日期 ：２００９‐１１‐１８
基金项目 ：国家自然科学基金资助项目（６０７７６０３４）
作者简介 ：柴常春（１９６０‐） ，男 ，教授 ，Ｅ‐ｍａｉｌ ：ｃｃｃｈａｉ＠ ｍａｉｌ ．ｘｉｄｉａｎ ．ｅｄｕ ．ｃｎ ．
ｄｏｉ ：１０ ．３９６９／ ｊ ．ｉｓｓｎ ．１００１‐２４００ ．２０１０ ．０５ ．０２２
集 成 Ｓｉ 基 低噪 声 放 大 器 的 注 入 损伤 研 究
柴 常 春 ， 张 冰 ， 任 兴 荣 ， 冷 鹏
（西安电子科技大学 宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室 ，陕西 西安 ７１００７１）
摘要 ： Ｓｉ 基和 ＧａＡｓ 基低噪声放大器（ＬＮＡ）内部有源器件的基极／发射极间是注入能量作用下容易损伤
的敏感部位 ，同时 Ｓｉ 基 ＬＮＡ 内部的无源电阻也是外界能量作用下的易损薄弱环节之一 ．为了研究注入损
伤机理和对 ＬＮＡ 性能参数的影响 ，进行了能量色散谱（ＥＤＳ）分析和表面形貌（ＳＥＭ）分析 ．ＳＥＭ 分析表明 ，
不同能量作用下的样品其内部无源电阻和晶体管基极分别出现了异常 ，而对比正常和异常区域的 ＥＤＳ 谱
表明电极异常区域的组分有明显变化 ．ＡＤＳ２００４Ａ 的仿真结果表明 ，能量作用后电阻损伤阻值增大引起
ＬＮＡ 噪声系数和增益特性退化 ．实验结果表明 ，ＬＮＡ 噪声系数
Ｎ
Ｆ
对能量的作用更敏感 ，能量注入对 Ｎ
Ｆ
的影响远强于其对增益的影响 ，噪声系数 Ｎ
Ｆ
的变化应作为 Ｓｉ 基 ＬＮＡ 能量作用损伤的判据之一 ．
关键词 ：低噪声放大器 ；噪声系数 ；能量注入 ；损伤效应 ；无源电阻
中图分类号 ：Ｔ Ｎ４０６ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１００１‐２４００（２０１０）０５‐０８９８‐０６
Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｄａｍａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｉｌｉｃｏｎ ｌｏｗ‐ｎｏｉｓｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ
Ｃ Ｈ Ａ Ｉ Ｃｈａｎ
ｇ
‐
ｃｈｕｎ ， ＺＨ Ａ ＮＧ Ｂｉｎ
ｇ
， ＲＥＮ Ｘ ｉｎ
ｇ
‐
ｒｏｎ
ｇ
， Ｌ Ｅ ＮＧ Ｐｅｎ
ｇ
（
Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ Ｋｅｙ Ｌａｂ ． ｏｆ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ‐Ｇａｐ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｍ ａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ
Ｄｅｖｉｃｅｓ ， Ｘｉｄｉａｎ Ｕｎｉｖ ． ， Ｘｉ摧ａｎ ７１００７１ ， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ ： Ｔ ｈｅ ａｒｅａ ｂｅｔｗ ｅｅｎ ｔｈｅ ｂａｓｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｍｉｔｔｅｒ ｏｆ ａ ｂｉｐｏｌａｒ ａｃｔｉｖｅ ｄｅｖｉｃｅ ｉｎｓｉｄｅ ｔｈｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ａｎｄ
ＧａＡｓ ｌｏｗ ｎｏｉｓｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ（ ＬＮＡ ） ｉｓ ｍｏｓｔ ｖｕｌｎｅｒａｂｌｅ ｔｏ ｅｎｅｒｇｙ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ． Ｂｅｓｉｄｅｓ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｅ ｄｅｖｉｃｅ ， ｔｈｅ
ｉｎｔｅｒｉｏｒ ｐａｓｓｉｖｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ Ｓｉ‐ＬＮＡ ｉｓ ａｌｓｏ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｖｕｌｎｅｒａｂｌｅ ｔｏ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｅｎｅｒｇｙ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ．
Ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｄａｍａｇｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｔｓ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ
ＬＮＡ ， ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ‐ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ‐ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ （ ＥＤＳ ） ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ
（
ＳＥＭ ） ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｉ‐ＬＮＡ ｐｒｅ‐ａｎｄ ｐｏｓｔ‐ｅｎｅｒｇｙ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｍａｄｅ ． Ｔｈｅ ＳＥＭ ａｎａｌｙｓｉｓ
ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐａｓｓｉｖｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｂａｓｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｏｆ ａ ｂｉｐｏｌａｒ ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｉｓｉｔｏｒ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ
ａｂｎｏｒｍａｌ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ． Ａ ｃｏｍｐａｒｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ‐
ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ‐ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｕｍｓ ｏｆ ｎｏｒｍａｌ ａｎｄ ａｂｎｏｒｍａｌ ｒｅｇｉｏｎｓ ｓｈｏｗ ｓ ａｎ ｏｂｖｉｏｕｓ ｃｈａｎｇｅ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓ
ｏｆ ｔｈｅ ａｂｎｏｒｍａｌ ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ ａｎ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ． Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ＡＤＳ２００４Ａ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｉｎ
ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｐａｓｓｉｖｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｄａｍａｇｅ ａｆｔｅｒ ｅｎｅｒｇｙ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｌｅａｄｓ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ
ＬＮＡ ｎｏｉｓｅ ｆｉｇｕｒｅ ａｎｄ ｇａｉｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ． Ｍ ｅａｎｗ ｈｉｌｅ ， ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｎｏｉｓｅ ｆｉｇｕｒｅ
Ｎ
Ｆ
ｉｓ ｍｏｒｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｔｏ ｅｎｅｒｇｙ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｇａｉｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ， ｉ ．ｅ ． ， ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ
ｎｏｉｓｅ ｆｉｇｕｒｅ ｉｓ ｆａｒ ｓｔｒｏｎｇｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｎ ｔｈｅ ｇａｉｎ ． Ｔ ｈｅｒｅｆｏｒｅ ， ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｉｎ ｔｈｅ ｎｏｉｓｅ ｆｉｇｕｒｅ
Ｎ
Ｆ
ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ
ｒｅｃｏｇｎｉｚｅｄ ａｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｃｒｉｔｅｒｉａ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｓｉ‐ＬＮＡ ｄａｍａｇｅ ｅｆｆｅｃｔ ．
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ ： ｌｏｗ ｎｏｉｓｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ （ Ｌ ＮＡ ） ； ｎｏｉｓｅ ｆｉｇｕｒｅ ； ｅｎｅｒｇｙ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ； ｄａｍａｇｅ ｅｆｆｅｃｔ ；
ｐ
ａｓｓｉｖｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ
由于半导体器件和集成电路在材料 、设计 、结构和工艺制造等方面自身存在着一些难以避免的易损薄弱
环节 ，加之应用场合和应用环境的某些不良作用 ，因而在外界应力 、特别是电应力的作用下其生存能力比较
弱 ．例如微电子器件在外界感应电压或电流的冲击效应下很容易产生各种损伤效应而导致性能退化 ，甚至使
２０１０ 年 １０ 月
第 ３７ 卷 第 ５ 期
西安电子科技大学学报（自然科学版）
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＸＩＤＩＡＮ ＵＮＩＶ ＥＲＳＩＴＹ
Ｏｃｔ ．２０１０
Ｖｏｌ ．３７ Ｎ ｏ ．５
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