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.     

基区Ge组分分布对SiGe HBTs热学特性的影响

基区Ge组分的加入可以改善SiGe HBT的直流特性、 频率特性和噪声特性, 但Ge组分及其分布对HBT热学特性的影响报道还很少. 本文利用SILVACO半导体器件仿真工具, 建立了多指SiGe HBT模型, 对基区具有不同Ge组分梯度结构的SiGe HBTs的热学特性和电学特性的热稳定性进行了研究. 研究发现, 在Ge组分总量一定的条件下, 随着Ge组分梯度的增大, 器件的特征频率明显提高, 增益β和特征频率f_T随温度变化变弱, 器件温度分布的均匀性变好, 但增益变小; 而基区均匀Ge组分(Ge组分梯度为零) 的HBT的增益较大, 但随温度的变化较大, 器件温度分布的均匀性也较差. 在此基础上, 将基区Ge组分均匀分布和Ge组分缓变分布相结合, 提出了兼顾器件热学特性、 增益特性和频率特性的新型基区Ge组分分布- 分段分布结构. 结果表明, 相比于基区Ge组分均匀分布的器件, 新器件温度明显降低; β和f_T保持了较高的值, 且随温度的变化也较小, 显示了新结构器件的优越性. 这些结果对HBT的热学设计具有重要的参考意义, 是对SiGe HBT性能研究的一个补充.