InP/In_(0.53)Ga_(0.47)As/InP双异质结双极型晶体管的仿真与分析

运用Silvaco-TCAD软件构建了InP/In_(0.53)Ga_(0.47)As/InP双异质结双极型晶体管模型,研究了掺杂浓度、厚度以及温度对器件特性的影响.结果表明:双异质结双极型晶体管DHBT的开启电压能达到约0.4V,当浓度达到4×10^(19) cm^(-3)的时候,电流增益可以达到一个最佳状态,其峰值能达到约125左右,且浓度对截止频率以及最高振荡频率没有太大的影响;当增大基区厚度时,电流增益会减小,改变厚度能够使DHBT输出特性得以提升,并且提高基区电流的注入;双异质结双极型晶体管具有很好的温度稳定性.     

新型宽温区高热稳定性微波功率SiGe 异质结双极晶体管

宽温区大电流下的热不稳定性严重制约着功率SiGe 异质结双极晶体管 (HBT) 在射频和微波电路中的应用.为改善器件的热不稳定性, 本文利用SILVACO TCAD建立的多指功率SiGe HBT模型, 分析了器件纵向结构中基区Ge组分分布对微波功率SiGe HBT电学特性和热学特性的影响. 研究表明, 对于基区Ge组分为阶梯分布的HBT, 由于Ge组分缓变引入了少子加速电场, 使它与均匀基区Ge组分HBT相比, 具有更高的特征频率f_T, 且电流增益β和f_T随温度变化变弱, 这有利于防止器件在宽温区工作时电学特性的漂移.同时, 器件整体温度有所降低, 但器件各指温度分布均匀性较差.考虑多指HBT各发射极指散热能力存在差异, 在器件纵向结构设计为基区Ge组分阶梯分布的同时, 对其横向版图进行发射极指间距渐变结构设计, 用于改善器件各指温度分布的均匀性, 进而提高HBT的热稳定性.结果表明, 与基区Ge组分为均匀分布的等发射极指间距结构HBT相比, 新器件各指温度分布均匀性明显改善, f_T保持了较高的值, 且β和f_T 随温度变化不敏感, 热不稳定性得到显著改善, 显示了新器件在宽温区大电流下工作的优越性. 关键词： SiGe 异质结双极晶体管 Ge组分分布 发射极指间距渐变技术 热稳定性     

沟槽型发射极SiGe异质结双极化晶体管新结构研究

提出了一种沟槽型发射极SiGe异质结双极化晶体管新结构. 详细分析了新结构中沟槽型发射极的引入对器件性能的影响,并对其机理进行研究. 新型发射极结构通过改变发射极电流路径使电阻分区并联,在不增大结电容的前提下,有效减小发射极电阻,提高器件的频率特性. 结果表明,新结构器件的截止频率和最大振荡频率分别增加至100.2 GHz和134.4 GHz,更重要的是沟槽型发射极结构的引入,在提高器件频率特性的同时,不会降低器件的电流增益,也不会增加结电容,很好实现了频率特性、电流增益和结电容之间的折中. 对沟槽型发射极进行优化设计,改变侧墙高度和侧墙宽度. 沟槽型发射极电阻不受侧墙高度改变的影响,频率性能不变;侧墙宽度增加,频率性能降低. 关键词： SiGe 异质结双极化晶体管 沟槽型发射极 发射极电阻     

Ge组分分布对基区杂质非均匀分布的SiGe HBT温度特性的影响

众所周知, 双极型晶体管的设计主要是基区的设计. 一般而言, 基区的杂质分布是非均匀的. 本文首先研究了非均匀的杂质高斯分布对器件温度分布、增益和截止频率的温度特性的影响, 发现增益和截止频率具有正温度系数, 体内温度较高. 随后研究了基区Ge组分分布对这些器件参数的影响. 均匀Ge组分分布和梯形Ge组分分布的SiGe 异质结双极型晶体管增益和截止频率具有负温度系数, 具有较好的体内温度分布. 进一步的研究表明, 具有梯形Ge组分分布的SiGe 异质结双极型晶体管, 由于Ge组分缓变引入了少子加速电场, 不但使它的增益和截止频率具有较高的值, 而且保持了较弱的温度敏感性, 在增益、特征频率大小及其温度敏感性、体内温度分布达到了很好的折中.     

半导体量子器件物理讲座第三讲 异质结双极晶体管（HBT）

文章首先给出了同质结双极晶体管和异质结双极晶体管（HBT）在材料结构参数上的差异,这种差异表明,在器件的材料结构设计上已从掺杂设计步到了能带工程设计,和同质结双极晶体管相比,HBT具有更优越的性能,接着介绍了HBT的工作原理,典型的材料结构及器件的制作。     

三维数值仿真研究锗硅异质结双极晶体管总剂量效应

为探索锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT)总剂量效应的损伤机理,采用半导体器件三维模拟工具(TCAD),建立电离辐照总剂量效应损伤模型,分析比较电离辐射在SiGe HBT不同氧化层结构的不同位置引入陷阱电荷缺陷后,器件正向Gummel特性和反向Gummel特性的退化特征,获得SiGe HBT总剂量效应损伤规律,并与⁶⁰Coγ辐照实验进行对比.结果表明:总剂量辐照在SiGe HBT器件中引入的氧化物陷阱正电荷主要在pn结附近的Si/SiO₂界面处产生影响,引起pn结耗尽区的变化,带来载流子复合增加,最终导致基极电流增大、增益下降;其中EB Spacer氧化层中产生的陷阱电荷主要影响正向Gummel特性,而LOCOS隔离氧化层中的陷阱电荷则是造成反向Gummel特性退化的主要因素.通过数值模拟分析获得的SiGe HBT总剂量效应损伤规律与不同偏置下⁶⁰Coγ辐照实验的结论符合得较好.     

异质结界面电荷对突变InP/InGaAs异质结双极晶体管热场发射影响研究

异质结界面电荷的存在改变了异质结的内建势, 这引起了界面势垒尖峰高度和形状的扰动, 从而使异质结界面载流子的输运产生相应的变化, 最终导致异质结双极晶体管 (HBT) 性能的改变. 基于热场发射-扩散模型, 对异质结界面电荷对InP/InGaAs HBT性能的改变做了研究, 得到结论是正极性的界面电荷有利于InP/InGaAs HBT的直流和高频特性的改善, 而负极性的界面电荷则使器件的直流和高频特性变差. 关键词： InP/InGaAs异质结双极晶体管 界面电荷 内建势 热场发射     

沟槽型发射极SiGe异质结双极晶体管新结构研究

提出了一种沟槽型发射极SiGe异质结双极晶体管新结构.详细分析了新结构中沟槽型发射极的引入对器件性能的影响,并对其机理进行研究.新型发射极结构通过改变发射极电流路径使电阻分区并联,在不增大结电容的前提下,有效减小发射极电阻,提高器件的频率特性.结果表明,新结构器件的截止频率和最大振荡频率分别增加至100.2 GHz和134.4 GHz,更重要的是沟槽型发射极结构的引入,在提高器件频率特性的同时,不会降低器件的电流增益,也不会增加结电容,很好实现了频率特性、电流增益和结电容之间的折中.对沟槽型发射极进行优化设计,改变侧墙高度和侧墙宽度.沟槽型发射极电阻不受侧墙高度改变的影响,频率性能不变;侧墙宽度增加,频率性能降低.     

重离子导致的锗硅异质结双极晶体管单粒子效应电荷收集三维数值模拟

针对国产锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBTs), 采用半导体器件模拟工具, 建立SiGe HBT单粒子效应三维损伤模型, 研究影响SiGe HBT单粒子效应电荷收集的关键因素. 分析比较重离子在不同位置入射器件时, 各电极的电流变化和感生电荷收集情况, 确定SiGe HBT电荷收集的敏感区域. 结果表明, 集电极/衬底结内及附近区域为集电极和衬底收集电荷的敏感区域, 浅槽隔离内的区域为基极收集电荷的敏感区域, 发射极收集的电荷可以忽略. 此项工作的开展为下一步采用设计加固的方法提高器件的抗辐射性能打下了良好的基础. 关键词： 锗硅异质结双极晶体管 单粒子效应 电荷收集 三维数值仿真     

不同偏置影响锗硅异质结双极晶体管单粒子效应的三维数值仿真研究

针对国产锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT),采用半导体器件三维计算机模拟工具,建立单粒子效应三维损伤模型,研究不同偏置状态对SiGe HBT单粒子效应的影响.分析比较不同偏置下重离子入射器件后,各端口电流瞬变峰值和电荷收集量随时间的变化关系,获得SiGe HBT单粒子效应与偏置的响应关系.结果表明:不同端口对单粒子效应响应的最劣偏置不同,同一端口电荷收集量和瞬变电流峰值的最劣偏置也有所差异.载流子输运方式变化和外加电场影响是造成这种现象的主要原因.     

High-Breakdown-Voltage Submicron InGaAs/InP Double Heterojunction Bipolar Transistor with ft=170GHz and fmax=253GHz

The layer structure of InGaAs/InP double heterojunction bipolar transistor (DHBT) is designed to enhance the frequency performance and breakdown voltage. The composition-graded base structure is used to decrease the base transit time. The InGaAs setback layer and two highly doped InGaAsP layers are used to eliminate the conduction band spike of the collector. The submicron-emitter InGaAs/InP DHBT is fabricated successfully. The base contact resistance is greatly decreased by optimization of contact metals. The breakdown voltage is more than 6V. The current gain cutoff frequency is as high as 170GHz and the maximum oscillation frequency reached 253GHz. The DHBT with such high performances can be used to make W-band power amplifier.     

High-Speed InGaAs/InP Double Heterostructure Bipolar Transistor with High Breakdown Voltage

e design and fabricate an InGaAs/InP double heterostructure bipolar transistor (DHBT). The spike of the conduction band discontinuity between InGaAs base and InP collector is successfully eliminated by insertion of an InGaAs layer and two InGaAsP layers. The current gain cutoff frequency and maximum oscillation frequency are as high as 155 and 144GHz. The breakdown voltage in common-emitter configuration is more than 7V. The high cutoff frequency and high breakdown voltage make high-speed andhigh-power circuits possible     

SiGe HBT集电结耗尽层渡越时间模型

集电结耗尽层的渡越时间是影响晶体管交流放大系数和频率特性的重要参数。本文分三种情况求解了SiGe HBT集电结耗尽层宽度。建立了不同集电极电流密度下的集电结耗尽层渡越时间模型，该模型考虑了基区扩展效应。利用MATLAB对该模型进行了模拟，定量地研究了集电结反偏电压、集电区掺杂磷或砷的浓度、集电区宽度对集电结耗尽层渡越时间的影响。模拟结果表明：随着集电结反偏电压、集电区掺杂浓度以及集电区宽度的增大，集电结耗尽层渡越时间增大；集电结耗尽层渡越时间对薄基区的SiGe HBT频率特性影响显著，不能忽略。     

Comparative study of InGaP/GaAs heterojunction bipolar transistors (HBTs) with different base surface treatments

The interesting InGaP/GaAs heterojunction bipolar transistors (HBTs) with different surface passivations on the base surface are fabricated and studied. Experimentally, the HBT device with sulfur treatment passivation displays the lowest offset voltage. However, the device with a 0.02 μm-thick emitter ledge structure reveals better transistor behaviors such as higher current gain and lower base surface recombination current. In addition, it also exhibits improved thermal stability. For the reliability test, the device with a 0.02 μm-thick emitter ledge structure shows the best performance. Therefore, from experimental results, the HBT device performance could be improved by appropriate base surface treatments, e.g., sulfur passivation and emitter ledge structure.     

Performance enhancement of a heterojunction bipolar transistor (HBT) by two-step passivation

An interesting two-step passivation (with ledge structure and sulphide based chemical treatment) on base surface, for the first time, is demonstrated to study the temperature-dependent DC characteristics and noise performance of an InGaP/GaAs heterojunction bipolar transistor (HBT). Improved transistor behaviors on maximum current gain β_max, offset voltage ΔV_CE, and emitter size effect are obtained by using the two-step passivation. Moreover, the device with the two-step passivation exhibits relatively temperature-independent and improved thermal stable performances as the temperature is increased. Therefore, the two-step passivationed device can be used for high-temperature and low-power electronics applications.     

InAlAs/GaSbAs/InP DHBT与InP/GaSbAs/InP DHBT性能比较分析

双异质结双极晶体管(DHBT)的性能与发射区-基区(E-B) 异质结和基区-集电区(B-C)异质结的能带突变类型关系密切, 本文基于热场发射-扩散模型, 对两类不同能带结构类型的新型DHBT的性能做了比较分析. 结论表明: 与作为当今研究热点的E-B和B-C异质结构均为全交错II型能带结构的InP/GaSbAs/InP DHBT的性能相比, E-B异质结采用传统I型、B-C异质结采用交错II型的一类新型能带结构的InAlAs/GaSbAs/InP DHBT虽然在开启电压上更高, 但具有更好的电流驱动能力、直流增益和高频性能.     

Generation and recombination in two-dimensional bipolar transistors

We study the effects of recombination and generation process on the operation of bipolar junction transistor based on two-dimensional materials, and in particular, graphone. Here, we use Shockley–Read–Hall model to study these process. First, we investigate the current–voltage characteristics of a graphone p–n junction considering generation and recombination process. Then, we calculate the estimated changes in current gain, cutoff frequency, and output characteristics of a graphone bipolar junction transistor designed in a recent study.