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.     

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     

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     

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.     

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。     

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。     

基于波形测试的异质结双极型晶体管器件负载失配影响分析

大功率电磁脉冲冲击下,射频集成微系统内部容易产生负载失配问题,严重者可能导致系统失效甚至损毁。采用实时的波形测试方法,对射频器件的负载失配进而导致器件损毁的机理进行了分析。该方法以矢量网络分析仪作为主要测试仪器,结合回波信号注入和相位参考模块获得待测器件实时电压电流波形,进而分析其负载失配影响机制。采用有源负载牵引技术模拟大功率耦合电磁脉冲注入,进行了电压驻波比39∶1的失配测试,大幅提升了测试范围。创新性地采用了谐波信号源注入模拟杂散谐波电磁干扰,评估器件的谐波阻抗失配特性。通过实际异质结双极型晶体管（HBT）器件测试的结果表明,基波的失配会造成负载端电压过大,增加器件的易损性;基波和谐波频率的干扰分量组合使得输出电压瞬态峰值升高,造成器件的损毁。在进行电磁安全防护时,应同时考虑基波和谐波频率的防护。     

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.     

InP/In0.53Ga0.47As/InP双异质结双极型晶体管的仿真与分析

运用Silvaco-TCAD软件构建了InP/In_(0.53)Ga_(0.47)As/InP双异质结双极型晶体管模型,研究了掺杂浓度、厚度以及温度对器件特性的影响.结果表明:双异质结双极型晶体管DHBT的开启电压能达到约0.4V,当浓度达到4×10^(19) cm^(-3)的时候,电流增益可以达到一个最佳状态,其峰值能达到约125左右,且浓度对截止频率以及最高振荡频率没有太大的影响;当增大基区厚度时,电流增益会减小,改变厚度能够使DHBT输出特性得以提升,并且提高基区电流的注入;双异质结双极型晶体管具有很好的温度稳定性.     

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     

SOI SiGe HBT电学性能研究

研究了SOI衬底上SiGe npn异质结晶体管的设计优化.给出了器件基本直流交流特性曲线,分析了与常规SiGeHBT的不同.由于SOI衬底的引入使SOI SiGe HBT成为四端器件,重点研究了衬底偏压对Gummel曲线、输出特性曲线以及雪崩电流的影响.最后仿真实现材料物理参数和几何物理参数对频率特性的改变.结果表明SOI SiGeHBT与常规器件相比具有更大的设计自由度.SOI SiGe HBT的系统分析为毫米波SOI SiGe BiCMOS电路的设计提供了有价值的参考.     

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}     

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     

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.     

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.     

A single-event transient induced by a pulsed laser in a silicon-germanium heterojunction bipolar transistor

A study on the single event transient (SET) induced by a pulsed laser in a silicon-germanium (SiGe) heterojunction bipolar transistor (HBT) is presented in this work. The impacts of laser energy and collector load resistance on the SET are investigated in detail. The waveform, amplitude, and width of the SET pulse as well as collected charge are used to characterize the SET response. The experimental results are discussed in detail and it is demonstrated that the laser energy and load resistance significantly affect the SET in the SiGe HBT. Furthermore, the underlying physical mechanisms are analyzed and investigated, and a near-ideal exponential model is proposed for the first time to describe the discharge of laser-induced electrons via collector resistance to collector supply when both base-collector and collector-substrate junctions are reverse biased or weakly forward biased. Besides, it is found that an additional multi-path discharge would play an important role in the SET once the base-collector and collector-substrate junctions get strongly forward biased due to a strong transient step charge by the laser pulse.     

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.     

不同偏置影响锗硅异质结双极晶体管单粒子效应的三维数值仿真研究

针对国产锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT),采用半导体器件三维计算机模拟工具,建立单粒子效应三维损伤模型,研究不同偏置状态对SiGe HBT单粒子效应的影响.分析比较不同偏置下重离子入射器件后,各端口电流瞬变峰值和电荷收集量随时间的变化关系,获得SiGe HBT单粒子效应与偏置的响应关系.结果表明:不同端口对单粒子效应响应的最劣偏置不同,同一端口电荷收集量和瞬变电流峰值的最劣偏置也有所差异.载流子输运方式变化和外加电场影响是造成这种现象的主要原因.