高效在线测量加速实验中双极晶体管结温方法的研究

针对晶体管在加速寿命实验和老炼实验等实际工程中结温的在线测控问题,本文基于大电流电学测温方法研究了型号为2N3055的双极大功率晶体管在恒定的集电极电压V_(ce)和集电极电流I_(ce)条件下发射结电压V_(be)随着温度T变化的对应关系.研究结果表明,温度在40—140℃范围内时,在集电极加载大功率电流电压的条件下,发射结电压随温度上升而线性减小,基极电流随温度变化不超过4%.通过理论推导恒定功率下发射结电压与温度的数学模型,证明了当基极电流数值随温度变化不超过4%时,V_(be)-T关系曲线呈线性且理论上引起的温度误差不超过0.5℃,以此为基础推导出一种新的在线测量加速实验中结温测试公式.最后利用Phase11进行对比验证实验,证明了该方法的正确性.     

不同顺序中子/γ辐照对双极器件电流增益的影响

利用CFBR-Ⅱ快中子反应堆(中国第二座快中子脉冲堆)和60Co装置开展不同顺序的中子/γ辐照双极晶体管的实验。在集电极-发射极电压恒定条件下,测量了双极晶体管电流增益随集电极电流的变化曲线,研究不同顺序中子/γ辐照对双极晶体管电流增益的影响。分析实验结果发现,集电极-发射极电压一定时,集电极电流极低情况下电流增益退化比较大,随集电极电流增加电流增益逐渐减小;就实验选中的两类晶体管而言,先中子后γ辐照造成双极晶体管电流增益的退化程度大于先γ后中子辐照,而且PNP型晶体管比NPN型晶体管差异更明显。本文进行了双极晶体管电离/位移协同辐照效应相关机理的初步探讨。     

小电容Josephson隧道特性——二次量子宏观效应

本文对小电容的Josephson结,在流过结的电流小于临界电流I_c时。从“二次”量子化哈密顿出发,用Feynman路径积分方法,对I_c随温度的变化关系进行了计算。对于小的静电能,I_c随温度的降低而增加。对于大的静电能,I_c随温度的变化出现峰值。     

关于晶体管饱和区直流特性的研究

本文从晶体管饱和状态下的载流子分布与外部电流的关系出发,分析了合金管饱和区的直流特性;结果说明,在同样的集电极与基极电流比值下,在大电流情况的饱和压降将比小电流情况大一倍以上,这说明了Moll的饱和压降表达式在大电流情况误差大至一倍的原因。分析的结果,不论在小电流或大电流情况均与实验测量结果符合很好。分析结果说明了Miller所提出的测量发射极串联电阻的方法所测得的结果,对合金管来说,实际上不是发射极串联电阻,而主要是基极层纵向电阻和少子与多子迁移率比值的乘积,还包括基极层横向电阻的影响。分析结果还说明,对合金管从降低饱和压降的观点来说,集电极面积的多余部分(即集电极与基极重迭部分),在保持足够的电流放大系数下,应尽可能地减小。最后对台面类型的晶体管在饱和状态下的特性也进行了计算,并与实测结果作了比较。计算结果可以用来分析台面类型晶体管饱和压降各有关因素的贡献,同时也可用来准确地测量集电极串联电阻等有关参数。     

低温LBJT性能表征

作为集成电路的重要组成器件,双极结型晶体管在高速高频等方面有着互补金属氧化物半导体不能替代的优点.由于常规双极结型晶体管在低温环境中增益骤降,器件性能大幅衰减,故双极结型晶体管低温性能的研究较少且仅限于77K以上的温度.本文对在绝缘体上硅衬底上制造的与CMOS工艺相兼容的对称水平双极结型晶体管进行了4.2～300K宽温度范围的变温直流性能的测试,研究了施加正向衬底偏压对器件性能的影响,并探究了基于LBJT PN结的结温与温度关系用作低温温度传感器的可能性.通过施加12V的正向衬底偏压,得出了LBJT在4.2K的低温下具有～100的增益,并且LBJT PN结的正向电压与温度具有良好的线性关系,具备用作低温片上集成温度传感器的可能性.     

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     

绝缘栅双极型晶体管感性负载关断下电压变化率的建模与仿真研究

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)多用于感性负载下的电力电子线路中,这导致了在器件关断过程中集电极电压上升阶段时集电极电流仍然保持在额定电流值,从而造成大量的能量损耗.集电极电压的上升过程可以看作是栅极电流对集电极与栅极之间的电容(即米勒电容)充电的过程.本文提出一种解析模型,通过计算米勒电容值随时间的变化来预测IGBT在关断过程中集电极电压值的变化.在对米勒电容的计算上,不仅考虑了电容值与其端电压之间的依赖关系,同时也考虑到关断过程中耗尽区存在的大量载流子对电容值的影响,使得模型更加准确.最后,运用数值计算仿真软件对绝缘栅双极型晶体管的关断过程进行了模拟,对本文提出的模型进行了验证.仿真结果与模型计算结果显示出良好的一致性.     

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。     

关于晶体管最高振荡频率有关因素的测量分析

本文讨论了晶体管最高振荡频率有关因素的一种测量分析方法。利用在基极和集电极迴路中串入外加串联电阻后测量最高振荡频率的变动,可以同时获得晶体管共发射极短路电流放大零增益频率f_T、基极电阻γ_b、集电极电容C_c以及本征的特性频率f_Td。讨论了当基极层厚度调制作用所致的集电极电导起作用时的分析方法。最后分析了漂移晶体管最高振荡频率与晶体管外部参数的关系,结果说明,上述方法在考虑了适应于漂移晶体管的修正步骤后,除同样能得到f_Td、γ_b、C_c等有关参数外,还可以分析得出漂移晶体管基极层中的漂移电场强度。     

尺寸相关的弹性常数对应变硅纳米线电学性质的影响

从Keating模型出发,基于离散化思想建立了计算单晶硅纳米线弹性常数和杨氏模量的半连续原子晶格力学模型. 从微扰理论和形变势理论出发,采用有限差分方法建立了计算不同晶向应变硅纳米线价带结构的数值模型. 结合上述的两个计算模型,进而应用经典弹道传输模型研究了轴向应力和弹性常数对p型硅纳米线弹道晶体管电学特性的影响. 研究结果表明,硅纳米线的弹性常数和杨氏模量呈现尺寸效应,该结果与分子动力学的模拟结果具有很好的一致性. 同时发现尺寸相关的弹性常数对硅纳米线晶体管输运电流的影响强烈依赖于单轴应力对输运电流的影 关键词： 应变硅纳米线 弹性常数 弹道电流 价带结构模型     

伽玛辐照对SiGe异质结双极型晶体管的集电极电流和厄尔利电压的影响

 研究了伽玛辐照效应对SiGe异质结双极型晶体管的集电极电流和厄尔利电压的影响。经过10⁴ Gy的伽玛总剂量辐照后,集电极电流和厄尔利电压均增加。另外,辐照后发射结和极电结的开启电压和击穿电压也均有一定程度的减小。以上这些变化均是由于辐照产生的缺陷引起发射区和集电区有效掺杂浓度减小所致。     

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。     

硅光电池实验设计

采用开放式的实验平台设计了硅光电池系列实验,测量了硅光电池在全暗和光照下的伏安特性,开路电压、短路电流和输出电压与光照强度的关系,以及短路电流和开路电压与温度的依赖关系.实验内容包含电学和光度学知识,学生可以掌握硅光电池的工作原理和基本特性.     

中带电压法分离栅控横向pnp双极晶体管辐照感生缺

设计并制作了一种新型双极测试结构,即在常规横向pnp双极晶体管基区表面氧化层上淀积一栅电极,通过扫描栅极所加电压,获得漏极(集电极)电流随栅极电压的变化特性,利用中带电压法分离栅控横向pnp双极晶体管 在辐照过程中感生的氧化物陷阱电荷和界面陷阱电荷.本文对设计的晶体管测试结构和采用 的测试方法做了具体介绍.     

基极注入强电磁脉冲对双极型晶体管的作用

 空间电磁脉冲注入硅双极型晶体管后可能会导致晶体管烧毁。借助2维数值仿真和理论分析研究了基极注入短电磁脉冲对双极型晶体管的作用,得出结论：晶体管的热斑位于基极边缘,由于该点既是电场峰所在,又是电流最密集之处,热量产生集中,因此基极注入脉冲使晶体管烧毁所需的能量比其它两电极注入要少;在基极注入短脉冲作用下,晶体管烧毁所需能量几乎不随脉冲宽度变化;烧毁所需脉冲功率近似与脉冲宽度成反比。     

晶体管杂系参数与自然等效线路

本文研究面结合型晶体管共发射极线路的小讯号h参数与自然等效线路中元件的关系。根据两种合金管(2N104及Ⅱ-6晶体管)h参数的实验结果求出h参数与自然等效线路元件随频率及随直流运用状态(直流发射极电流及直流集电极电压)的相互关系。对实验结果与根据晶体管物理构造分析计算的结果进行了比较。对开路反向电压放大系数μ_bc的现象给予详细分析,并求出μ_bc与开路输出导纳h₂₂的相互关系。两套晶体管的h参数及自然等效线路的完整资料可供晶体管器件设计及线路研究者的使用。     

基于Multisim仿真的晶体管电流放大作用机理研究

晶体管是电子线路中极其重要的基本半导体器件之一,其主要作用是电流放大。晶体管的电流放大作用及其机理是电子学基础课程教学内容的重点和难点,是学生熟练掌握晶体管放大电路分析与设计方法的理论基础。本文针对教学中出现的问题,详细研究了晶体管的电流放大作用及其机理;同时应用Multisim软件对晶体管电路进行了仿真测试,以验证晶体管的电流放大作用。本文对晶体管电流放大作用的教学具有借鉴作用,有助于提高教学质量和效果,能够使学生更好地理解和掌握晶体管的电流放大作用及其机理,为电子学基础课程的理论学习和实验研究打下良好基础。     

低温区硅的禁带宽度和本征载流子浓度与温度的关系

本文提出了低温区硅禁带宽度的精确的温度关系,计算值与实测值的误差小于0.3meV,在此基础上推得了低温区硅本征载流子浓度的简明表达式,计算误差小于3%.     

双极型晶体管在强电磁脉冲作用下的瞬态响应

 利用时域有限差分法,对双极型晶体管在强电磁脉冲作用下的瞬态响应进行了2维数值模拟,分析了器件烧毁过程中电场、电流密度、温度等参数的分布及变化情况,分别观察了低电压和高电压脉冲作用下烧毁过程中热点的形成过程,并得到了器件烧毁所需时间以及能量与脉冲电压幅度之间的关系。在电压脉冲较低时,烧毁点位于通道中靠近集电极的位置,当脉冲电压达到一定幅度的时候,由于发射极与集电极之间发生雪崩击穿,基极和发射极之间电势会抬高,从而引起基极和发射极之间的击穿,形成新的热点,并在电压幅度约高于100 V的情况下会率先达到烧毁温度。随着脉冲电压幅度的增高,晶体管烧毁所需时间呈负指数减少,而所需能量在55~100 V之间接近于线性增长,直到电压幅度约高于100 V时才开始减少。     

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.