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     

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.     

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.     

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     

超结硅锗碳异质结双极晶体管机理研究与特性分析优化

提出一种超结硅锗碳异质结双极晶体管(SiGeC HBT)新结构.详细分析了新结构中SiGeC基区和超结结构的引入对器件性能的影响,并对其电流输运机制进行研究.基于SiGeC/Si异质结技术,新结构器件的高频特性优良;同时超结结构的存在,在集电区内部水平方向和垂直方向都建立了电场,二维方向上的电场分布相互作用大大提高了新结构器件的耐压能力.结果表明:超结SiGeC HBT与普通结构SiGeC HBT相比,击穿电压提高了48.8%;更重要的是SiGeC HBT器件中超结结构的引入,不会改变器件高电流增益、高频率特性的优点;新结构器件与相同结构参数的Si双极晶体管相比,电流增益提高了10.7倍,截止频率和最高震荡频率也得到了大幅度改善,很好地实现了高电流增益、高频率特性和高击穿电压三者之间的折中.对超结区域的柱区层数和宽度进行优化设计,随着柱区层数的增多,击穿电压显著增大,电流增益有所提高,截止频率和最高震荡频率减低,但幅度很小.综合考虑认为超结区域采用pnpn四层结构是合理的.     

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。     

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.     

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     

采用发射极非均匀指间距技术改善功率异质结双极晶体管热稳定性的研究

为了提高多发射极功率异质结双极晶体管的热稳定性,本文利用耦合热阻表征发射极指间距变化对发射极指间热耦合作用的影响,得到了耦合热阻与发射极指间距之间的变化关系,提出了发射极非均匀指间距技术.通过热电反馈模型对采用发射极非均匀指间距技术的功率HBT进行热稳定性分析,得到了多发射极指上的温度分布.结果表明,多发射极HBT在采用非均匀发射极指间距技术后,峰值温度明显下降,温度变化幅度更加平缓,有效地提高了器件的热稳定性. 关键词： 异质结双极晶体管 耦合热阻 指间距     

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.     

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.     

Early effect modeling of silicon-on-insulator SiGe heterojunction bipolar transistors

Silicon germanium(SiGe) heterojunction bipolar transistor(HBT) on thin silicon-on-insulator(SOI) has recently been demonstrated and integrated into the latest SOI BiCMOS technology.The Early effect of the SOI SiGe HBT is analysed considering vertical and horizontal collector depletion,which is different from that of a bulk counterpart.A new compact formula of the Early voltage is presented and validated by an ISE TCAD simulation.The Early voltage shows a kink with the increase of the reverse base-collector bias.Large differences are observed between SOI devices and their bulk counterparts.The presented Early effect model can be employed for a fast evaluation of the Early voltage and is useful to the design,the simulation and the fabrication of high performance SOI SiGe devices and circuits.     

含有本征SiGe层的SiGe异质结双极晶体管集电结耗尽层宽度模型

本文分别建立了含有本征SiGe层的SiGe HBT(异质结双极晶体管)集电结耗尽层各区域的电势、电场分布模型,并在此基础上,建立了集电结耗尽层宽度和延迟时间模型,对该模型进行了模拟仿真,定量地分析了SiGe HBT物理、电学参数对集电结耗尽层宽度和延迟时间的影响,随着基区掺杂浓度和集电结反偏电压的提高,集电结耗尽层延迟时间也随之增大,而随着集电区掺杂浓度的提高和基区Ge组分增加,集电结耗尽层延迟时间随之减小. 关键词： SiGe HBT 集电结耗尽层 延迟时间     

A device model for thin silicon-on-insulator SiGe heterojunction bipolar transistors with saturation effects

In this paper, we describe the saturation effect of a silicon germanium (SiGe) heterojunction bipolar transistor (HBT) fabricated on a thin silicon-on-insulator (SOI) with a step-by-step derivation of the model formulation. The collector injection width, the internal base—collector bias, and the hole density at the base—collector junction interface are analysed by considering the unique features of the internal and the external parts of the collector, as they are different from those of a bulk counterpart.     

Angular dependence of proton-induced single event transient in silicon-germanium heterojunction bipolar transistors

We investigate the angular dependence of proton-induced single event transient (SET) in silicon-germanium heterojunction bipolar transistors. Experimental results show that the overall SET cross section is almost independent of proton incident angle. However, the proportion of SET events with long duration and high integral charge collection grows significantly with the increasing angle. Monte Carlo simulations demonstrate that the integral cross section of proton incident events with high ionizing energy deposition in the sensitive volume tends to be higher at larger incident angles, which is associated with the angular distribution of proton-induced secondary particles and the geometry of sensitive volume.