E-pHEMT（增强模式高电子迁移率晶体管）是一种专为使用单一正电压源的无线通信应用而优化的半导体制程。在零闸偏压时，或电流汲极Id在逻辑闸信号源电压（Vgs）等于0 VDC的情况下达到饱和位准（Idss）时，一般的消耗模式pHEMT便会进行传导。E-pHEMT在零闸偏压时并不会进行传导动作，所以当Vgs = 0 V时，Id = 0。因此，它不像消耗模式的组件，必须使用负电压（用来启动）来操作。其他的砷化镓金属半导体场效晶体管（GaAs MESFET - 也可简称为GaAs FET）和高电子迁移率晶体管（HEMT）也使用正电压来操作，并需要负电压来启动。为提供负电压而使用的额外组件，将会提高系统的成本、占用宝贵的电路板空间、并且需要额外的设计。

安捷伦E-pHEMT技术的发展过程

安捷伦于1980年代，在当时位于加州Palo Alto的HP实验室（现为安捷伦实验室）发展出它的第一个E-pHEMT组件，最初的动机其实是要发展数字信号处理所需的IC。对该项应用来说，个别的晶体管必须很小，并完全配合IC的布局。一个晶体管平均的逻辑闸周边为100微米，并强调临界电压应一律小于30 mV。以2,000个晶体管的整合层次来看，泄漏电流并不是很重要，这在当时对GaAs来说是一个值得达到的目标。

现在的情况则是相反，掌上型设备的改良式功率放大器IC，使用了含20毫米的总逻辑闸周边之E-pHEMT输出驱动器晶体管，使得个别组件的大小增加了100倍。同时，在静止的状态下，泄漏电流会下降到低于0.5μA/mm，以延长电池再充电的间隔。

安捷伦自1988年开始制造和销售pHEMT（假相高电子迁移率晶体管）产品，过去10年来，pHEMT产品占了安捷伦GaAs制造输出的绝大比例。在1994年，安捷伦实验室推出了增强模式的pHEMT技术。到了1997年，有鉴于这项技术的成功，公司决定在Santa Clara的晶圆制造中心成立设计与晶圆制造小组，专门解决E-pHEMT技术的问题。在过去4年来，安捷伦将他们发展外延和晶圆的专长与资源，全部应用到4吋pHEMT晶圆的制造。这一点和其他的公司不太一样，因为他们考虑在行动手机的功率放大器中使用的晶体管有二、三种选择，而E-pHEMT只是其中一种而已。

为了达到低成本、大组件尺寸、高统一性、高功率、以及高效率等特性，对于外延晶圆生长法和晶圆制程技术的质量相对会有较高的需求。虽然有好几家半导体公司声称具备了制造E-pHEMT的能力，但他们所生产的组件中只有少数能够以真正的增强模式来操作，也就是完全不需要使用负电压。而其他的组件则是具备了RF性能，但泄漏值却不符合电池寿命所需，反之亦然。

外延晶圆技术

为了降低晶圆制造成本，晶圆的尺寸势必要加大才行。对安捷伦来说，这表示位于Santa Clara的晶圆厂必须从3吋晶圆升级到4吋，不久之后，位于科罗拉多州Ft. Collins的新厂则会升级到6吋。多重4吋晶圆生长所需的分子束外延（MBE）反应器，才进入例行生产3年半而已。由于E-pHEMT的临界灵敏度取决于一些外延生长参数，所以必须迅速发展出原位监测及后生长晶圆的特性分析方法。它的学习曲线将会很陡峭，而且因为设备的升级非常快速，所以移转到下一代机器的时间很短。6吋MBE晶圆生长用的设备才刚刚上线。

就晶圆的特性分析而言，仪器厂商从去年才开始推出匣对匣（cassette-to-casette）的GaAs晶圆特性分析仪器，例如PL（冷光）和X光线。III-V半导体晶圆所需的可靠、准确、自动化之外延晶圆分析软件，也是最近才问市。在这样的背景之下，虽然有些制造商宣称已经开始在生产E-pHEMT，但大量制造外延晶圆的知识基础还是很新。

我们在晶圆层的厚度与合成之控制，以及外延制造技术方面，都有明显的改进。E-pHEMT通常比HBT更需要对外延的某些部份进行高度的控制，因为它必须使用多个薄层，才能达到高电流与低泄漏的性能。

晶圆制程

对临界电流Imax和泄漏电流的良好控制，有赖于Schottky逻辑闸接点的制程控制。由于E-pHEMT是一个表面频道组件，所以表面特性非常重要 - 尤其是因为III-V材料并没有氧化物可提供保护。任何的表面残余，都会改变晶体管的临界值和泄漏。举例来说，过度地用水清洗很容易侵蚀表面层，而导致较低的Imax和临界电压。在进行蚀刻时等离子的撞击，会降低频道的电流并增加泄漏。

对小型的数字晶体管来说，只要对其他的组件参数加以取舍，就能达到统一的临界值。不过，对移动电话的PA晶体管而言，在指定的临界电压范围内同时达到较低的泄漏和较高的Imax是有必要的。这时III-V晶圆的蚀刻、清洗和保护、以及逻辑闸电极的形成顺序，会构成一个专属的制程，安捷伦认为这将是E-pHEMT技术成功的关键。

GaAs IC制造设备及标准的制造方法才刚开始出现。以前GaAs的市场太小，不值得设备厂商花太多的心力从事开发。因此，每一家GaAs IC制造商的特殊制程设备中，都有他们自己的专属制程模块。由于每一家制造商的设备组合都不一样，因此如果没有一套共同的量测标准来校准不同厂牌的设备，想要复制制程并不容易。

组件与电路的交互作用

硅IC在性能与密度方面的进步十分快速，主要归功于组件/电路的模型制作与仿真软件。但GaAs IC的发展情形却大异其趣。功率pHEMT深受个别组件的结构与寄生等效电路的影响。此外，功率放大器还需要较大的操作动态范围。建立小信号模型，对于低噪声的GaAs放大器设计有一定的帮助 - 虽然功率放大器需要较大信号的模型来进行仿真，但通常不是缺乏，就是不足够，即使是硅功率组件也一样。

缺乏有效的组件模型与电路仿真，许多E-pHEMT模型参数就只能从反复操作的实际经验中获得了。因此，组件及其电路会发展出共生的关系，彼此透过一些设计周期馈送必要的信息给对方。即使到了最后，还是可以进行一些微幅的调整，以改善整体效能。

结语

III-V E-pHEMT功率放大器的开发过程，可以比喻为一场竞赛，所有的参赛者只能根据指定的经纬度，在最短的时间内抵达世上人烟罕至的一个地方。虽然指定了目的地，但每位参赛者的起点都不一样，使用的交通工具也没有限制。能否顺利抵达目的地，将取决于起点、选择的路线、沿途所获得的信息、以及可利用的机会和运气。

《图一 E-pHEMT 展示电路板》