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。     

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     

SOI SiGe HBT结构设计及频率特性研究

将SOI技术优势引入SiGe HBT,可满足当前BiCMOS高速低功耗的应用需求.SOI SiGe HBT作为BiCMOS工艺的核心器件,其频率特性决定了电路所能达到的工作速度.为此,本文针对所提出的SOI SiGe HBT器件结构,重点研究了该器件的频率特性,并通过所建立的集电区电容模型予以分析.规律和结果为:1)SOI SiGe HBT特征频率随集电区掺杂浓度的升高而增加;2)SOI SiGe HBT特征频率与集电极电流IC之间的变化规律与传统SiGe HBT的相一致;3)正常工作状态,SOI SiGe HBT(集电区3×1017cm-3掺杂)最高振荡频率fmax大于140 GHz,且特征频率fT大于60 GHz.与传统SiGe HBT相比,特征频率最大值提高了18.84%.以上规律及结论可为SOI SiGe HBT及BiCMOS的研究设计提供重要依据.     

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.     

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.     

薄膜SOI上SiGe HBT集电结耗尽电荷和电容改进模型

文章研究了SOI衬底上SiGe npn异质结晶体管集电结耗尽电荷和电容.根据器件实际工作情况,基于课题组前面的工作,对耗尽电荷和电容模型进行扩展和优化.研究结果表明,耗尽电荷模型具有更好的光滑性;耗尽电容模型为纵向耗尽与横向耗尽电容的串联,考虑了不同电流流动面积,与常规器件相比,SOI器件全耗尽工作模式下表现出更小的集电结耗尽电容,因此更大的正向Early电压;在纵向工作模式到横向工作模式转变的电压偏置点,耗尽电荷和电容的变化趋势发生改变.SOI薄膜上纵向SiGe HBT集电结耗尽电荷和电容模型的建立和扩展为毫米波SOI BiCMOS工艺中双极器件核心参数如Early电压、特征频率等的设计提供了有价值的参考. 关键词： 耗尽电容 SiGe HBT SOI     

能带工程对射频功率SiGe异质结双极晶体管热性能的改善

众所周知,基区"能带工程"可以改善Si_1-xGe _{x 基区异质结双极晶体管(HBT)的直流、频率和噪声等特性,但"能带工程"对HBT热学特性的影响的研究还很少。本文基于三维热电反馈模型,分析了"能带工程"对射频功率SiGe HBT热性能的影响。考虑到电流增益随温度的变化以及发射结电压负温度系数,给出了器件热稳定所需最小镇流电阻(REmin)的表达式,在此基础上给出了非均匀镇流电阻的设计,进一步提高了SiGe HBT的热稳定性 关键词： SiGe HBT Ge组分 热电反馈 镇流电阻}     

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     

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     

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.     

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.     

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.     

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.     

Analytical base–collector depletion capacitance in vertical SiGe heterojunction bipolar transistors fabricated on CMOS-compatible silicon on insulator

The base--collector depletion capacitance for vertical SiGe npn heterojunction bipolar transistors (HBTs) on silicon on insulator (SOI) is split into vertical and lateral parts. This paper proposes a novel analytical depletion capacitance model of this structure for the first time. A large discrepancy is predicted when the present model is compared with the conventional depletion model, and it is shown that the capacitance decreases with the increase of the reverse collector--base bias--and shows a kink as the reverse collector--base bias reaches the effective vertical punch-through voltage while the voltage differs with the collector doping concentrations, which is consistent with measurement results. The model can be employed for a fast evaluation of the depletion capacitance of an SOI SiGe HBT and has useful applications on the design and simulation of high performance SiGe circuits and 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.     

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