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.     

改善SiGe HBTs热稳定性的Ge组分分布优化与设计

The impact of the three state-of-the-art germanium(Ge) profiles(box,trapezoid and triangular) across the base of SiGe heterojunction bipolar transistors(HBTs) under the condition of the same total amount of Ge on the temperature dependence of current gainβand cut-off frequency f_T,as well as the temperature profile,are investigated.It can be found that although theβof HBT with a box Ge profile is larger than that of the others,it decreases the fastest as the temperature increases,while theβof HBT with a triangular Ge profile is smaller than that of the others,but decreases the slowest as the temperature increases.On the other hand,the f_T of HBT with a trapezoid Ge profile is larger than that of the others,but decreases the fastest as the temperature increases,and the f_T of HBT with a box Ge profile is smaller than that of the others,but decreases the slowest as temperature increases.Furthermore,the peak and surface temperature difference between the emitter fingers of the HBT with a triangular Ge profile is higher than that of the others.Based on these results,a novel segmented step box Ge profile is proposed,which has modestβand f_T,and trades off the temperature sensitivity of current gain and cut-off frequency,and the temperature profile of the device.     

基区不同Ge组分分布的多指SiGe HBT热学特性

基于半导体器件仿真工具SILVACO TCAD,研究了三种常见的基区Ge组分分布(矩形、梯形和三角形)对多指功率SiGe异质结双极型晶体管(HBT)的热学特性的影响。结果表明,基区Ge组分为梯形分布和三角形分布的多指SiGe HBT的增益随温度变化比较平缓,各发射极指的峰值温度明显小于矩形分布的各指峰值温度,器件纵向和表面温度分布也更加均匀,因此,与矩形分布相比,梯形分布和三角形分布的多指SiGe HBT在热学特性上有了很大的改善,电学特性也相对热稳定。在这三种结构中,梯形分布可以更好地兼顾增益特性和热学特性。     

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.     

射频前端宽带高Q值可调节集成有源电感

针对传统接地有源电感的电感值低、Q值低等缺点,提出了一种改进型的有源电感,并给出了等效电路图及等效阻抗的表达式。基于TSMC 0.35μm SiGe BiCMOS工艺,利用Cadence软件,完成了电路和版图设计。提出的有源电感,在频率小于5GHz时,其等效电感值随频率变化很小,大于5GHz后,随频率变化略有增大。通过改变外加偏置电压,实现了电感值和Q值的可调,电感值可调范围为1.035～5.631nH,Q值最大值可达到1 557;同时,也可调节有源电感Q值达到最大值时所对应的工作频率。     

基于有源电感的全集成超宽带低噪声放大器

利用有源电感来实现超宽带低噪声放大器(UWB LNA),不但可以减小芯片面积、改善增益平坦度,而且可通过外部调节偏置电压来调谐有源电感的电感值,进而调整设计中没有考虑到的由工艺变化及封装寄生带来的增益退化.采用TSMC 0.35 μm SiGe BiCMOS工艺,利用Cadence设计工具完成了放大器电路及版图的设计.在3.1～10.6 GHz工作频率范围内,通过外部调节电压来调谐有源电感,可使LNA的增益S21在16～19 dB范围内变化,输入输出回波损耗S11,S22均小于-10 dB,噪声为2.4～3.7 dB,输入3阶截点IIP3为-4 dBm.整个电路芯片面积仅为0.11 mm2.