锗硅异质结晶体管单粒子效应激光微束模拟

对国产锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT)进行了单粒子效应激光微束辐照试验,观测SiGe HBT单粒子效应的敏感区域,测试不同外加电压和不同激光能量下SiGe HBT集电极瞬变电流和电荷收集情况,并结合器件结构对试验结果进行分析。试验结果表明:国产SiGe HBT位于集电极/衬底结内的区域对单粒子效应敏感,波长为1064 nm的激光在能量约为1.5 nJ时诱发SiGe HBT单粒子效应,引起电流瞬变。入射激光能量增强,电流脉冲增大,电荷收集量增加;外加电压增大,电流脉冲的波峰增大;SiGe HBT的单粒子效应与外加电压大小和入射激光能量都相关,电压主要影响瞬变电流的峰值,而电荷收集量主要依赖于入射激光能量。     

锗硅异质结双极晶体管单粒子效应加固设计与仿真

本文设计了一种通过在版图布局中引入伪集电极的方法来提高锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT)抗单粒子性能的方法. 利用半导体器件模拟工具, 针对加固前后的SiGe HBT开展了单粒子效应仿真模拟, 分析了伪集电极对SiGe HBT电荷收集机理的影响. 结果表明, 引入的伪集电极形成的新的集电极-衬底结具有较大的反偏能力, 加固后SiGe HBT伪集电极通过扩散机理, 大量收集单粒子效应产生的电荷, 有效地减少了实际集电极的电荷收集量, 发射极、基极电荷收集量也有不同程度的降低, 加固设计后SiGe HBT 的单粒子效应敏感区域缩小, 有效的提高了SiGe HBT 器件抗单粒子效应辐射性能. 此项工作的开展为SiGe HBT电路级单粒子效应抗辐射加固设计打下良好的基础.     

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.     

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.     

SiGe BiCMOS低噪声放大器激光单粒子效应研究

随着CMOS工艺的日益成熟和SiGe外延技术水平的不断提高, SiGe BiCMOS低噪声放大器(LNA)广泛应用于空间射频收发系统的第一级模块. SiGe HBT作为SiGe BiCMOS LNA的核心器件,天然具有优异的低温特性、抗总剂量效应和抗位移损伤效应的能力,然而,其瞬态电荷收集引起的空间单粒子效应是制约其空间应用的瓶颈问题.本文基于SiGe BiCMOS工艺低噪声放大器开展了单粒子效应激光微束实验,并定位了激光单粒子效应敏感区域.实验结果表明, SiGe HBT瞬态电荷收集是引起SiGe BiCMOS LNA单粒子效应的主要原因. TCAD模拟表明,离子在CMOS区域入射时,电离径迹会越过深沟槽隔离结构,进入SiGe HBT区域产生电子空穴对并引起瞬态电荷收集. ADS电路模拟分析表明,单粒子脉冲瞬态电压在越过第1级与第2级之间的电容时,瞬态电压峰值骤降,这表明电容在传递单粒子效应产生的瞬态脉冲过程中起着重要作用.本文实验和模拟工作为SiGe BiCMOS LNA单粒子效应抗辐射设计加固提供了技术支持.     

不同剂量率下锗硅异质结双极晶体管电离损伤效应研究

对于相同制作工艺的NPN锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT), 在不同辐照剂量率下进行⁶⁰Co γ射线的辐照效应与退火特性的研究. 测量结果表明, 两种辐照剂量率下, 随着辐照总剂量增加, 晶体管基极电流增大, 共发射极电流放大倍数降低, 且器件的辐照损伤、性能退化与辐照剂量率相关, 低剂量率下辐照损伤较高剂量率严重. 在经过与低剂量率辐照等时的退火后, 高剂量率下的辐照损伤仍较低剂量率下的损伤低, 即待测SiGeHBT具有明显的低剂量率损伤增强效应(ELDRS). 本文对相关的物理机理进行了探讨分析. 关键词： 锗硅异质结双极晶体管 低剂量率辐照损伤增强 辐照效应     

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     

光辅助超高真空CVD系统制备SiGe异质结双极晶体管研究

介绍了采用紫外光化学汽相淀积(UVCVD)、超高真空化学汽相淀积(UHVCVD)和超低压化学汽相淀积(ULPCVD)技术研制的化学汽相淀积(CVD)工艺系统,简称U³CVD系统.应用该系统,在450℃低温和10^-7Pa超高真空环境下研制出了硅锗(SiGe)材料和硅锗异质结双极晶体管(SiGe HBT)材料.实验表明,该系统制备的SiGe HBT材料性能良好.     

SiGe HBT大信号等效电路模型

基于SiGe HBT(异质结双极晶体管)的物理模型，建立了描述SiGe HBT的大信号等效电路模型.该等效电路模型考虑了准饱和效应和自热效应等，模型分为本征和非本征两部分，物理意义清晰，拓扑结构相对简单.该模型嵌入了PSPICE软件的DEVEO(器件方程开发包)中.在PSPICE软件资源的支持下，利用该模型对SiGe HBT器件进行了交直流特性模拟分析，模拟结果与理论分析结果相一致，并且与文献报道的结果符合较好. 关键词： SiGe HBT 等效电路模型 PSPICE     

重掺B对应变SiGe材料能带结构的影响

硅锗异质结双极晶体管(SiGe HBT)一般以重掺硼(B)的应变SiGe层作为基区.精确表征SiGe材料能带结构对SiGe HBT的设计具有重要的意义.在应变SiGe材料中，B的重掺杂一方面会因为重掺杂效应使带隙收缩，另一方面，B的引入还会部分补偿Ge引起的应变，从而改变应变引起的带隙变化.在重掺B的应变SiGe能带结构研究中，采用半经验方法，考虑了B的应变补偿作用对能带的影响，对Jain-Roulston模型进行修正，并分析了重掺杂引起的带隙收缩在导带和价带的分布.     

Three-dimensional simulation of fabrication process-dependent effects on single event effects of SiGe heterojunction bipolar transistor

The fabrication process dependent effects on single event effects(SEEs) are investigated in a commercial silicon–germanium heterojunction bipolar transistor(SiGe HBT) using three-dimensional(3D) TCAD simulations. The influences of device structure and doping concentration on SEEs are discussed via analysis of current transient and charge collection induced by ions strike. The results show that the SEEs representation of current transient is different from representation of the charge collection for the same process parameters. To be specific, the area of C/S junction is the key parameter that affects charge collection of SEE. Both current transient and charge collection are dependent on the doping of collector and substrate. The base doping slightly influences transient currents of base, emitter, and collector terminals. However, the SEEs of SiGe HBT are hardly affected by the doping of epitaxial base and the content of Ge.     

SiGe HBT势垒电容模型

在考虑SiGe HBT的势垒电容时，通常的耗尽层近似不再适用，应考虑可动载流子的影响.在分析研究SiGe HBT载流子输运的基础上，建立了考虑发射结势垒区内载流子分布的发射结势垒电容模型和不同电流密度下包括基区扩展效应的集电结势垒电容模型.将以上势垒电容 模型应用于SiGe HBT频率特性模拟，模拟结果与实验结果符合得很好. 关键词： SiGe HBT 势垒电容 微分电容     

SOI部分耗尽SiGe HBT集电结空间电荷区模型

SOI上的薄膜异质SiGe晶体管通过采用"折叠"集电极,已成功实现SOI上CMOS与HBT的兼容.本文结合SOI薄膜上的纵向SiGe HBT结构模型,提出了包含纵向、横向欧姆电阻和耗尽电容的"部分耗尽 (partially depleted) 晶体管"集电区简化电路模型.基于器件物理及实际考虑,系统建立了外延集电层电场、电势、耗尽宽度模型,并根据该模型对不同器件结构参数进行分析.结果表明,空间电荷区表现为本征集电结耗尽与MOS电容耗尽,空间电荷区宽度随集电结掺杂浓度减小而增大,随集电结反偏电压提高而增大, 关键词： SOI SiGe HBT 集电区 空间电荷区模型     

22 nm工艺超薄体全耗尽绝缘体上硅晶体管单粒子瞬态效应研究

利用计算机辅助设计技术数值仿真工具, 研究22 nm工艺技术节点下超薄体全耗尽绝缘体上硅晶体管单粒子瞬态效应, 系统地分析了掺杂地平面技术、重离子入射位置、栅功函数和衬底偏置电压对于单粒子瞬态效应的影响. 模拟结果表明, 掺杂地平面和量子效应对于单粒子瞬态效应影响很小, 重离子入射产生大量电荷, 屏蔽了初始电荷分布的差异性. 单粒子瞬态效应以及收集电荷和重离子入射位置强相关, 超薄体全耗尽绝缘体上硅最敏感的区域靠近漏端. 当栅功函数从4.3 eV变化到4.65 eV时, 单粒子瞬态电流峰值从564 μA减小到509 μA, 收集电荷从4.57 fC减小到3.97 fC. 超薄体全耗尽绝缘体上硅器件单粒子瞬态电流峰值被衬底偏置电压强烈调制, 但是收集电荷却与衬底偏置电压弱相关. 关键词： 超薄体全耗尽绝缘体上硅 单粒子瞬态效应 电荷收集 数值仿真     

Substrate bias effects on collector resistance in SiGe heterojunction bipolar transistors on thin film silicon-on-insulator

An analytical expression for the collector resistance of a novel vertical SiGe heterojunction bipolar transistor(HBT) on thin film silicon-on-insulator(SOI) is obtained with the substrate bias effects being considered.The resistance is found to decrease slowly and then quickly and to have kinks with the increase of the substrate-collector bias,which is quite different from that of a conventional bulk HBT.The model is consistent with the simulation result and the reported data and is useful to the frequency characteristic design of 0.13 μm millimeter-wave SiGe SOI BiCMOS devices.     

Effect of lateral structure parameters of SiGe HBTs on synthesized active inductors

The effect of lateral structure parameters of transistors including emitter width, emitter length, and emitter stripe number on the performance parameters of the active inductor(AI), such as the effective inductance Ls, quality factor Q,and self-resonant frequency ω_0 is analyzed based on 0.35-μm Si Ge Bi CMOS process. The simulation results show that for AI operated under fixed current density JC, the HBT lateral structure parameters have significant effect on Ls but little influence on Q and ω_0, and the larger Ls can be realized by the narrow, short emitter stripe and few emitter stripes of Si Ge HBTs. On the other hand, for AI with fixed HBT size, smaller JCis beneficial for AI to obtain larger Ls, but with a cost of smaller Q and ω_0. In addition, under the fixed collector current IC, the larger the size of HBT is, the larger Ls becomes, but the smaller Q and ω_0 become. The obtained results provide a reference for selecting geometry of transistors and operational condition in the design of active inductors.     

A single-event transient induced by a pulsed laser in a silicon-germanium heterojunction bipolar transistor

A study on the single event transient (SET) induced by a pulsed laser in a silicon-germanium (SiGe) heterojunction bipolar transistor (HBT) is presented in this work. The impacts of laser energy and collector load resistance on the SET are investigated in detail. The waveform, amplitude, and width of the SET pulse as well as collected charge are used to characterize the SET response. The experimental results are discussed in detail and it is demonstrated that the laser energy and load resistance significantly affect the SET in the SiGe HBT. Furthermore, the underlying physical mechanisms are analyzed and investigated, and a near-ideal exponential model is proposed for the first time to describe the discharge of laser-induced electrons via collector resistance to collector supply when both base-collector and collector-substrate junctions are reverse biased or weakly forward biased. Besides, it is found that an additional multi-path discharge would play an important role in the SET once the base-collector and collector-substrate junctions get strongly forward biased due to a strong transient step charge by the laser pulse.