具有高频高压大电流优值的超结集电区SiGe HBT

为了在高频下兼顾电流增益β和击穿电压V_CBO、V_CEO的同步改善, 从而有效提升器件的高频功率性能, 利用SILVACO TCAD建立了npn型绝缘层上硅(silicon-on-insulator, SOI)基横向硅锗(SiGe)异质结双极晶体管(heterojunction bipolar transistor, HBT)的器件模型.研究结果表明: 通过基区Ge的摩尔分数的梯形分布设计, 可在基区引入电子加速场, 并减小有效基区宽度, 一方面有利于缩短基区渡越时间, 提高器件的特征频率f_T; 另一方面也有利于降低电子在基区的复合, 提高基区输运系数, 从而增大β.然而, 在基区Ge的物质的量一定的情况下, 随着Ge的摩尔分数的梯形拐点位置向集电结一侧不断靠近, 集电结一侧对应的Ge的摩尔分数也将随之增加, 此时, 器件的集电极电流处理能力将显著下降, 因此, 需对摩尔分数值进行优化.同时, 通过在衬底施加正偏压的衬底偏压结构设计, 可在埋氧层上方形成电子积累层, 提高发射结注入效率, 从而增大β, 但会退化击穿特性.进一步通过优化衬底偏压结构, 设计出了兼具复合衬底偏压结构和基区Ge的摩尔分数的梯形分布设计的SOI基横向SiGe HBT.结果表明, 与常规器件相比, 新器件在保持峰值特征频率f_Tm=306.88 GHz的情况下, 峰值电流增益β_m提高了84.8, V_CBO和V_CEO分别改善了41.3%和21.2%.

     

具有高频高压大电流优值的超结集电区SiGe HBT

为了在兼顾特征频率( fT )和电流增益(β)的情况下有效提高器件的击穿电压( BVCBO/BVCEO ),利用SILVACO TCAD建立了npn型超结集电区SiGe异质结双极晶体管( heterojunction bipolar transistor,HBT)的器件模型.研究表明：通过在集电结空间电荷区( collector-base space charge region,CB SCR)内引入p型超结层可有效降低“死区”内的电场强度,使较高的电场强度转移至“死区”外较深的CB SCR内,进而在几乎不增加CB SCR宽度的情况下抑制碰撞电离,达到提高击穿电压、改善fT和β的目的.随着p型超结层厚度( dp )的增加,击穿电压BVCBO和BVCEO的改善也越明显.但dp值需优化,较大的dp值将引发Kirk效应,大幅降低器件的fT和β.进一步通过优化p型超结层的dp值,设计出一款dp为0.2μm且具有高频高压大电流优值( fT ×BVCEO ×β)的新型超结集电区SiGe HBT.结果表明：与传统SiGe HBT相比,新器件的fT ×BVCEO ×β优值改善高达35.5%,有效拓展了功率SiGe HBT的高压大电流工作范围.     

小尺寸应变Si/SiGe PMOSFET阈值电压及其电流电压特性的研究

针对Si/SiGe pMOSFET器件结构求解泊松方程,同时考虑器件尺寸减小所致的物理效应,如漏致势垒降低(DIBL)效应、短沟道效应(SCE)和速度过冲效应,获得了强反型时小尺寸P+多晶SiGe栅应变Si pMOSFET的阈值电压模型和I-V特性模型。运用Matlab对模型进行计算,获得阈值电压随多晶SiGe栅Ge组分、栅长、氧化层厚度、弛豫SiGe虚拟衬底Ge组分、掺杂浓度以及漏源偏压的变化规律,I-V特性计算结果表明MOS器件采用Si基应变技术将有更高的输出特性。用器件仿真软件ISETCAD对模型结构进行仿真,所得结果与Matlab计算结果一致,从而证明了该模型的正确性,为小尺寸应变Si MOS器件的分析设计提供了参考。     

SOI基SiGe HBT高频功率性能改善技术

为了兼顾高电流增益β和发射极开路集电结的高击穿电压V_CBO与基极开路集电极-发射极间的高击穿电压V_CEO, 有效提升电荷等离子体双极晶体管(bipolar charge plasma transistor, BCPT)的高压大电流处理能力, 利用SILVACO TCAD建立了npn型BCPT的器件模型。考虑到双极晶体管的击穿电压主要取决于集电区掺杂浓度, 首先研究了集电极金属对BCPT性能的影响。分析表明, BCPT集电区的电子浓度强烈依赖于电极金属的功函数, 当采用功函数较大的铝(Al)作为集电极金属时, 由于减小了金属-半导体接触的功函数差, 降低了集电区中诱导产生的电子等离子体浓度, 从而有效降低了集电结空间电荷区峰值电场强度, 减小了峰值电子温度以及峰值电子碰撞电离率, 因此, 达到改善击穿电压V_CBO和V_CEO的目的。然而, 集电区电子浓度的减小会引起基区Kirk效应, 增大基区复合, 降低β。为此, 进一步提出了一种采用衬底偏压结构的BCPT, 通过在发射区和基区下方引入正衬底偏压, 调制发射区和基区有效载流子浓度, 达到提高发射结注入效率、增大β的目的。结果表明: 与仅采用锆(Zr)作为集电极金属的BCPT相比, 该器件的峰值电流增益改善了21.69%, 击穿电压V_CBO和V_CEO分别改善了12.78%和56.41%, 从而有效扩展了BCPT的高功率应用范围。

     

低温生长SiO_2膜的性质及其在SiGe/Si HBT研制中的应用

用磁控溅射SiO2膜作为台面SiGe／SiHBT的表面保护纯化膜和光刻掩膜．测试分析了溅射工艺对SiO2膜的性质和SiGe／SiHBT性能的影响．研究发现,较高的衬底温度（200℃）有得于改善SiO2膜的质量．用溅射SiO2方法制备的HBT的电流增益明显高于用热分解正硅酸乙脂方法淀积SiO2制备的HBT．这说明溅射法避免了高温引起SiGe层应变驰豫所造成的HBT性能变差．     

SiGe／Si HBT的直流特性分析

应用＂掺杂工程＂和＂带隙工程＂各自的特点，设计了一种独特的基区双向高速输运的ＳｉＧｅ／Ｓｉ　ＨＢＴ层结构，并利用此结构在３μｍ工艺线上做出了性能良好的ＳｉＧｅ／Ｓｉ　ＨＢＴ。其主要直流参数为：室温共发射极最大电流增益βｍａｘ（３００Ｋ）可达３００，低温βｍａｘ（７７Ｋ）可达８０００，厄利电压３００Ｖ，漏电流在ｎＡ量级，均为国际先进水平。同时，给出了ＳｉＧｅ／ＳｉＨＢＴ的室温（大注入，小注入），低温（大注入，小注入）的输出特性曲线，进行了对比分析，详细讨论了影响室温β，低温β及其它直流参数的主要因素。     

Si／SiGe腐蚀停止技术的研究及其在SiGe／SiHBT工艺中的应用

对ＳｉＧｅ／Ｓｉ腐蚀停止技术进行了大量的实验研究，分析了腐蚀的化学机理，并在一定的腐蚀液浓度和温度下，获得了Ｓｉ和ＳｉＧｅ的腐蚀速率比大于３０的结果。该技术极宜在ＳｉＧｅ／ＳｉＨＢＴ制作中应用。     

高增益大功率达林顿晶体管的设计与制造

介绍了ｈｆｅ≥１２０００的两级功率达林顿器件的设计方法及关键技术，并对在１０Ａ比１ｍＡ的条件下实现低饱和压降的几项措施作了较详细的讨论。     

用TL494构成的恒流恒压双闭环系统

开发了一种用ＴＬ４９４构成的恒流恒压双闭环控制系统。系统通过两个闭环共用同一个脉宽调制实时处理方法，实现了恒流调节和恒压调节功能。该控制系统结构简单，在高速换向脉冲电镀电源的性能测试及运行中表明，其性能稳定，控制效果好，具有实用多功能性，可随时进行周期性给定值的调节。     

PWM变频器电流特征及滤波器设计

主要研究大功率晶体管（ＧＴＲ）构成的电压型ＰＷＭ变频调速系统电流特征，推导出ＧＴＲＬ作电流、直流母线电流和电动机电流解析表达式．文中还导出了中间滤波器参数计算公式并附有计算实例．工程应用已证明研究结论是有效的．     

Research of Current Mode Atomic Force Microscopy (C-AFM) for Si/SiC Heterostructures on 6H-SiC(0001)

Si/SiC heterostructures with different growth temperatures were prepared on 6 HSiC(0001) by LPCVD. Current mode atomic force microscopy and transmission electron microscopy were employed to investigate the electrical properties and crystalline structure of Si/SiC heterostructures. Face-centered cubic(FCC) on hexagonal close-packing(HCP) epitaxy of the Si(111)/SiC(0001) heterostructure was realized at 900°C. As the growth temperature increases to1 050°C, the 110 preferred orientation of the Si film is observed. The Si films on 6 H-SiC(0001)with different growth orientations consist of different distinctive crystalline grains: quasi-spherical grains with a general size of 20 μm, and columnar grains with a typical size of 7 μm×20 μm. The electrical properties are greatly influenced by the grain structures. The Si film with 110 orientation on SiC(0001) consists of columnar grains, which is more suitable for the fabrication of Si/SiC devices due to its low current fluctuation and relatively uniform current distribution.