硅基单片式复合晶体管的结构参数对高功率微波损伤效应的影响

建立了三种不同结构的硅基单片式复合晶体管(由T1和T2两个晶体管构成)的二维电热模型,研究了高功率微波对不同结构的硅基单片式复合晶体管的损伤效应的影响。获得了不同器件结构下导致复合晶体管损伤的损伤功率阈值和损伤能量阈值分别与脉宽的关系。结果表明,当复合晶体管的总体尺寸不变而T2和T1晶体管的面积比值更大时需要更多的功率和能量来损伤器件。通过分析器件内部电场、电流密度和温度分布的变化,得到了复合晶体管的结构对其微波损伤效应的影响规律。对比发现,三种结构的复合晶体管的损伤点均位于T2管的发射极附近,随着T2和T1晶体管面积比的增大,电场、电流密度和温度在器件内部的分布将变得更加分散。此外,在发射极处增加外接电阻R_e,研究表明损伤时间随发射极电阻的增大而增加。因此可以得出结论,适当改变器件结构或增加外接元件可以增强器件的抗微波损伤能力。晶体管的仿真毁伤点与实验结果一致。     

双极晶体管微波损伤效应与机理

结合Si基n⁺-p-n-n⁺外延平面双极晶体管, 考虑了器件自热、高电场下的载流子迁移率退化和载流子雪崩产生效应, 建立了其在高功率微波(high power microwave, HPM)作用下的二维电热模型. 通过分析器件内部电场强度、电流密度和温度分布随信号作用时间的变化, 研究了频率为1 GHz的等效电压信号由基极和集电极注入时双极晶体管的损伤效应和机理. 结果表明集电极注入时器件升温发生在信号的负半周, 在正半周时器件峰值温度略有下降, 与集电极注入相比基极注入更容易使器件毁伤, 其易损部位是B-E结. 对初相分别为0和π的两个高幅值信号的损伤研究结果表明, 初相为π的信号更容易损伤器件, 而发射极串联电阻可以有效的提高器件的抗微波损伤能力.     

外界条件在电磁脉冲对GaAs赝高电子迁移率晶体管损伤过程中的影响

结合器件仿真软件Sentaurus TCAD,建立了GaAs赝高电子迁移率晶体管器件的电磁脉冲损伤模型.基于此模型,从信号参数和外接电阻两个方面出发讨论了外界条件对器件电磁脉冲损伤效应的影响.结果表明,信号参数的改变能够显著影响器件的损伤时间:信号幅度通过改变器件的吸收能量速度来影响器件的损伤效应,其与器件损伤时间成反比;信号上升时间的改变能够提前或延迟器件的击穿点,其与器件损伤时间成正比.器件外接电阻能够减弱器件的电流沟道,进而延缓器件的损伤进程,且源极外接电阻的影响更加明显.     

强电磁干扰对达林顿管的损伤效应与机理（英文）

建立了PNP型达林顿管的二维电热模型,对处于有源放大区的达林顿管的集电极注入高功率微波(HPM)和强电磁脉冲(EMP)时的瞬态响应进行了仿真。结果表明:HPM注入下,器件内部的峰值温度呈周期性的"下降-上升",温度升高过程发生在信号的正半周,靠近达林顿管发射极的晶体管发射结边缘是最易毁伤处;EMP注入下,其损伤机理与HPM注入时的正半周时相似,器件内部峰值温度一直上升,易毁伤部位与HPM注入时相同。得到了损伤功率阈值和损伤能量阈值与损伤脉宽的关系,这两种干扰注入下的损伤能量阈值-脉宽关系和损伤功率阈值-脉宽关系公式相似,并且在相同脉宽下,HPM注入下的损伤能量阈值大于EMP注入下的损伤能量阈值。     

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     

外电路在电磁脉冲对双极型晶体管作用过程中的影响

 借助自主开发的2维半导体器件-电路联合仿真器，研究了电磁脉冲从发射极注入双极型晶体管时，外电路的影响，分析了共基极接法晶体管的电流分配系数，然后在此基础上研究了3种典型外电路元件的影响。结果表明：当脉冲从发射极注入时，基极外接电阻对器件烧毁过程影响不大；集电极外接正电压源等效于削减电磁脉冲的幅度，有延缓器件烧毁的作用；集电极外接电阻能明显提高器件对电磁脉冲的耐受性。     

强电磁干扰对达林顿管的损伤效应与机理

建立了PNP型达林顿管的二维电热模型,对处于有源放大区的达林顿管的集电极注入高功率微波(HPM)和强电磁脉冲(EMP)时的瞬态响应进行了仿真。结果表明:HPM注入下,器件内部的峰值温度呈周期性的“下降-上升”,温度升高过程发生在信号的正半周,靠近达林顿管发射极的晶体管发射结边缘是最易毁伤处;EMP注入下,其损伤机理与HPM注入时的正半周时相似,器件内部峰值温度一直上升,易毁伤部位与HPM注入时相同。得到了损伤功率阈值和损伤能量阈值与损伤脉宽的关系,这两种干扰注入下的损伤能量阈值-脉宽关系和损伤功率阈值-脉宽关系公式相似,并且在相同脉宽下,HPM注入下的损伤能量阈值大于EMP注入下的损伤能量阈值。     

不同样式的高功率微波对双极晶体管的损伤效应和机理

结合Si基n⁺-p-n-n⁺ 外延平面双极晶体管, 通过分析器件内部的温度分布变化以及电流密度和烧毁时间随信号幅值的变化关系, 研究了其在三角波信号、正弦波信号和方波脉冲信号等三种样式的高功率微波信号作用下的损伤效应和机理. 研究表明, 三种高功率微波信号注入下器件的损伤部位都是发射结, 在频率和信号幅值相同的情况下方波脉冲信号更容易使器件损伤; 位移电流密度和烧毁时间随信号幅值的增大而增大, 而位移电流在总电流所占的比例随信号幅值的增大而减小; 相比于因信号变化率而引起的位移电流, 信号注入功率在高幅值信号注入损伤过程中占主要作用. 利用数据分析软件, 分别得到了三种信号作用下器件烧毁时间和信号频率的变化关系式. 结果表明, 器件烧毁时间随信号频率的增加而增加, 烧毁时间和频率都符合t= af^b的关系式. 关键词： 双极晶体管 高功率微波 损伤机理 信号样式     

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.     

GaN高电子迁移率晶体管强电磁脉冲损伤效应与机理

提出了一种新型GaN异质结高电子迁移率晶体管在强电磁脉冲下的二维电热模型,模型引入材料固有的极化效应,高场下电子迁移率退化、载流子雪崩产生效应以及器件自热效应,分析了栅极注入强电磁脉冲情况下器件内部的瞬态响应,对其损伤机理和损伤阈值变化规律进行了研究.结果表明,器件内部温升速率呈现出"快速-缓慢-急剧"的趋势.当器件局部温度足够高时(2000 K),该位置热电子发射与温度升高形成正反馈,导致温度急剧升高直至烧毁.栅极靠近源端的柱面处是由于热积累最易发生熔融烧毁的部位,严重影响器件的特性和可靠性.随着脉宽的增加,损伤功率阈值迅速减小而损伤能量阈值逐渐增大.通过数据拟合得到脉宽τ与损伤功率阈值P和损伤能量阈值E的关系.     

集成电路器件微波损伤效应实验研究

 主要介绍了微波脉冲参数变化对集成电路器件微波易损性的影响。实验表明：集成电路器件损伤功率阈值随着微波频率的增加而增大，随着脉冲重复频率的增加而减小。随脉冲宽度的变化较为复杂，总体是随着脉冲宽度的增加损伤功率阈值逐渐降低，但存在一拐点区域（约100ns），在此区域后，脉冲宽度增加但器件损伤功率阈值变化不甚明显。器件损伤功率阈值基本呈正态分布，且方差较小，因此，器件的损伤概率近似于0~1分布。     

硅单结晶体管γ射线辐照电阻变化规律研究

针对硅材料和硅基器件辐照损伤机理之间存在的矛盾,采用对单结晶体管基区电阻实时监测的方法,得到单结晶体管基区阻值随γ射线辐照剂量的增加先减小后增大的规律.结合国内外硅材料和器件的辐照理论,从γ射线与物质的微观作用分析,提出单结晶体管基区主要的γ射线辐照机制位移效应较电离效应具有一定滞后性的观点,解决了原有矛盾,对器件加固的研究具有重要意义. 关键词： 单结晶体管 γ射线 实时监测 基区电阻     

高功率微波作用下高电子迁移率晶体管的损伤机理

本文针对高电子迁移率晶体管在高功率微波注入条件下的损伤过程和机理进行了研究,借助SentaurusTCAD仿真软件建立了晶体管的二维电热模型,并仿真了高功率微波注入下的器件响应.探索了器件内部电流密度、电场强度、温度分布以及端电流随微波作用时间的变化规律.研究结果表明,当幅值为20 V,频率为14.9 GHz的微波信号由栅极注入后,器件正半周电流密度远大于负半周电流密度,而负半周电场强度高于正半周电场.在强电场和大电流的共同作用下,器件内部的升温过程同时发生在信号的正、负半周内.又因栅极下靠近源极侧既是电场最强处,也是电流最密集之处,使得温度峰值出现在该处.最后,对微波信号损伤的高电子迁移率晶体管进行表面形貌失效分析,表明仿真与实验结果符合良好.     

阶梯氧化层新型折叠硅横向双扩散功率器件

为了设计功率集成电路所需的低功耗横向功率器件, 提出了一种具有阶梯氧化层折叠硅横向双扩散金属-氧化物-半导体(step oxide folding LDMOS, SOFLDMOS)新结构. 这种结构将阶梯氧化层覆盖在具有周期分布的折叠硅表面, 利用阶梯氧化层的电场调制效应, 通过在表面电场分布中引入新的电场峰而使表面电场分布均匀, 提高了器件的耐压范围, 解决了文献提出的折叠积累型横向双扩散金属-氧化物-半导体器件击穿电压受限的问题. 通过三维仿真软件ISE分析获得, SOFLDMOS 结构打破了硅的极限关系, 充分利用了电场调制效应、多数载流子积累和硅表面导电区倍增效应, 漏极饱和电流比一般LDMOS 提高3.4倍左右, 可以在62 V左右的反向击穿电压条件下, 获得0.74 mΩ·cm²超低的比导通电阻, 远低于传统LDMOS相同击穿电压下2.0 mΩ·cm²比导通电阻, 为实现低压功率集成电路对低功耗横向功率器件的要求提供了一种可选的方案.     

电磁脉冲对CMOS与非门的干扰和损伤效应与机理（英文）

利用Sentaurus-TCAD建立了CMOS与非门电路的二维电热模型,仿真研究了在电磁脉冲注入下,CMOS与非门电路产生的扰乱和损伤效应及其机理。结果表明,在EMP注入下,电路输出电压、内部的峰值温度呈周期性的"下降-上升",当注入功率较大时,EMP撤销后输出电压停留在异常值,PMOS源极电流增加,温度不断上升,最终烧毁在PMOS源极,这是因为器件内部产生了闩锁效应。随着脉宽的增加,损伤功率阈值减小而损伤能量阈值增大,通过数据拟合得到脉宽与损伤功率阈值和损伤能量阈值的关系。该结果可对EMP损伤效应进行评估并对器件级EMP抗毁伤加固设计具有指导作用。     

电磁脉冲对CMOS与非门的干扰和损伤效应与机理

利用Sentaurus-TCAD建立了CMOS与非门电路的二维电热模型,仿真研究了在电磁脉冲注入下,CMOS与非门电路产生的扰乱和损伤效应及其机理。结果表明,在EMP注入下,电路输出电压、内部的峰值温度呈周期性的“下降-上升”,当注入功率较大时,EMP撤销后输出电压停留在异常值,PMOS源极电流增加,温度不断上升,最终烧毁在PMOS源极,这是因为器件内部产生了闩锁效应。随着脉宽的增加, 损伤功率阈值减小而损伤能量阈值增大,通过数据拟合得到脉宽与损伤功率阈值和损伤能量阈值的关系。该结果可对EMP损伤效应进行评估并对器件级EMP抗毁伤加固设计具有指导作用。     

双极晶体管在强电磁脉冲作用下的损伤效应与机理

针对典型n⁺-p-n-n⁺结构的双极晶体管,从器件内部电场强度、电流密度和温度分布变化的分析出发,研究了在强电磁脉冲(electromagnetic pulse,EMP)作用下其内在损伤过程与机理.研究表明,双极晶体管损伤部位在不同幅度的注入电压作用下是不同的,注入电压幅度较低时,发射区中心下方的集电区附近首先烧毁,而在高幅度注入电压作用下,由于基区-外延层-衬底构成的PIN结构发生击穿,导致靠近发射极一侧的基极边缘处首先发生烧毁.利用数据分析软件,对不同注入电 关键词： 双极晶体管 强电磁脉冲 器件损伤 损伤功率     

微波低噪声晶体管电磁脉冲敏感端对研究

 在研究电磁脉冲对微电子器件作用效应的过程中，针对三种不同型号的微波低噪声硅半导体器件进行了电磁脉冲（静电放电和方波电磁脉冲）直接注入的试验，结果发现该类器件对电磁脉冲最敏感的端对并不是EB结（发射极-基极），而是CB结（集电极-基极）。通过对器件结构与放电过程的分析，分别得出了CB结、EB结的损伤机理：随放电电压的增大，热载流子撞击界面，使流经界面处的少数载流子复合速度增加，少数载流子在界面处及界面附近被复合，从而降低了器件的电流放大系数。而无论从哪个结注入，器件完全失效均是由热二次击穿造成。从而更进一步地证明了CB结比EB结更敏感。     

质子注入能量对垂直腔面发射激光器的阈值和功率的影响

文章研究了如何兼顾质子注入型垂直腔面发射激光器的功率和阈值性能.从模拟和实验两方面分析了质子注入能量与器件功率和阈值特性的关系.发现注入能量过高时,损伤有源区,降低了功率性能.而能量过低则会减弱对注入电流的限制,增加阈值.计算和实验结果表明,对于文中的器件结构,315 keV的注入能量是合适的.在10μm的注入孔径下获得器件的阈值为4.3 mA,功率为1.7 mW.     

功率晶体管的发射极设计

本文讨论功率晶体管设计中设计发射极时所需考虑的两个问题。一个是在给定的注入条件下如何保证足够大的电流放大;另一个是如何提高发射极发射电流的有效面积。文中着重分析在各种注入条件下发射结面上发射极电流密度的分布,亦即所谓基区电阻自偏压截止效应,最后给出主要结论。