硅低温双极晶体管的优化设计与制备：II结构与电特性分析

本文在前文器件掺杂分布优化设计的基础上，实现了结构设计和工艺选择，采用多晶硅发射极技术，研制成功了７７Ｋ下高增益（ＨＦＥ可达２５０）硅双极晶体管；采用多晶硅发射区和基区重掺杂技术，获得了可与ＣＭＯＳ结构兼容，基区电阻较小的硅低温双极晶体管。     

选择离子注入集电极技术研究

为提高超高速双极晶体管的电流增益 ,降低大电流下基区扩展效应对器件的影响 ,将选择离子注入集电区技术 (SIC)应用于双层多晶硅发射极晶体管中。扩展电阻的测试结果显示出注入的 P离子基本上集中在集电区的位置 ,对发射区和基区未造成显著影响。电学特性测量结果表明 ,经过离子注入的多晶硅发射极晶体管的电流增益和最大电流增益对应的集电极电流明显高于未经离子注入的晶体管。因此 ,在双层多晶硅晶体管中采用 SIC技术 ,有效地降低了基区的扩展效应 ,提高了器件的电学特性。     

硅低温双极晶体管的优化设计与制备──Ⅱ结构与电特性分析

本文在前文器件掺杂分布优化设计的基础上，实现了结构设计和工艺选择，采用多晶硅发射极技术，研制成功了７７Ｋ下高增益（Ｈ＿（ＦＥ）可达２５０）硅双极晶体管；采用多晶硅发射区和基区重掺杂技术，获得了可与ＣＭＯＳ结构兼容，基区电阻较小的硅低温双极晶体管。     

低温多晶硅发射极晶体管电流增益和截止频率的解析模型

本文综合考虑了多晶硅发射极的载流子输运障碍,界面氧化物遂穿、晶粒间界杂质分凝和界面能带弯曲等因素,以及禁带变窄效应、低温下载流子冻析效应和浅能能补偿杂质隐阱效应,建立了低温多晶硅发射极晶体管电流增益和截止频率的解析模型,对电流增益和截止频率的温度关系进行了理论分析并与３００Ｋ和７７Ｋ下的实测结果进行了比较。     

低温高注入硅双极晶体管电流增益的定量模拟

本文考虑了基区复合电流，发射结空间电荷区复合电流，基区高注入引起的禁带变窄效应，Ｅａｒｌｙ效应，基区和发射区电导调制效应，有效基区展宽效应以及发射区电流集边效应，定量地模拟了硅双极晶体管电流增益在７７Ｋ和３００Ｋ时与集电极电流的关系，并且与实验结果相吻合，计算还表明在低温７７Ｋ时，电流增益的大注入效应由基区电导调制效应和发射区电流集边效应决定，而在３００Ｋ时则由有效基区展宽效应决定。     

低温硅双极晶体管电流增益研究

着重分析了多晶硅发射极对提高电流增益的作用和低温下集电区中性杂质碰撞电离引起的电流倍增效应，导出多晶硅发射极晶体管电流增益的表达式，很好地解释了实验结果。     

硅双极晶体管直流特性低温效应的研究

从理论和实验上研究了硅双极晶体管直流特性的低温效应,建立了不同发射结结深的硅双极晶体管电流增益的温度模型,讨论了不同工作电流下H_(FE)的温度特性,并分析了大电流下基区展宽效应的温度关系。     

双极晶体管发射极电阻的提取方法及应用研究

以双多晶自对准互补双极器件中NPN双极晶体管为例,阐述了发射极电阻提取的基本原理和数学方法。在大电流情况下,NPN管的基极电流偏离理想电流是发射极串联电阻效应引起的。该提取方法综合考虑了辐照过程中NPN管的电流增益退化特性,分析了总剂量辐照效应对NPN管的损伤机理和模式。该提取方法适用于多晶硅发射极器件,也适用于SiGe HBT器件。     

工作在液氮温度下的低频低噪声双极晶体管的研究

对双极晶体管的低温物理模型和低频噪声模型进行了研究，认为低温下硅双极晶体管电流增益下降的主要原因是低温下非理想基极电流的增加。同时指出，低温下硅双极晶体管１／ｆ噪声的增大，是由于低温下电流增益的减小和载流子在体内和表面的复合增加。通过优化设计，做出了一种低温、低频、低噪声硅双极晶体管。测试表明，在室温（３００Ｋ）下，电流增益、低频转折频率、１ｋＨｚ点的噪声电压分别为β≥８００，ｆＬ≤３０Ｈｚ，Ｅｎ     

硅双极晶体管低温电流增益模型修正

多晶硅发射区双极晶体管的低温（７７Ｋ）电流增益模型建立在理想掺杂近似的基础上．本文由基区电子电流密度Ｊｎ和发射区空穴电流密度Ｊｐ出发，根据实际掺杂情况中的近似高斯分布，分析了理想掺杂近似对电流增益结果的影响，指出引用这一近似在常温下偏差较小，在低温下则会出现较大的误差．在此基础上，对多晶硅发射区双极晶体管低温电流增益模型作了修正．结果表明，修正后的模型与ＰＩＳＣＥＳ模拟结果取得了较好的吻合．     

工作在液氮温度下的低频低噪声双极晶体管的研究

对双极晶体管的低温物理模型和低频噪声模型进行了研究，认为低温下硅双极晶体管电流增益下降的主要原因是低温下非理想基极电流的增加。同时指出，低温下硅双极晶体管１／ｆ噪声的增大，是由于低温下电流增益的减小和载流子在体内和表面的复合增加。通过优化设计，做出了一种低温、低频、低噪声硅双极晶体管。测试表明，在室温（３００Ｋ）下，电流增益、低频转折频率、１ｋＨｚ点的噪声电压分别为β≥８００，ｆ＿Ｌ≤３０Ｈｚ，Ｅｎ（１ｋＨｚ）≤１．５ｎＶ／　　；低温（７７Ｋ）下，电流增益、低频转折频率、１ｋＨｚ点的噪声电压分别为β≥３０，ｆ＿Ｌ≤３００Ｈｚ，Ｅｎ（１ｋＨｚ）≤１．２ｎＶ／。     

超增益硅MIS异质结发射极晶体管

描述了共发射极电流增益接近25000的硅双极晶体管,这个值被认为是曾报导过的双极器件电流增益的最大值。以一个隧道贯穿金属二薄绝缘体一半导体(MIS)接触连同一个浅注入基区为基础的异质结发射极结构是获得这种改进性能的主要原因。该结果的意义在于:它证明了在发射极的注入效率和可以导致在应用范围内改进硅双极晶体管性能的基区特性控制这两方面的优点。     

掺砷多晶硅发射极RCA晶体管

研究了掺砷多晶硅发射极RCA晶体管的工艺实验技术.以先进多晶硅发射极器件制备工艺为基础,在淀积发射极多晶硅之前,用RCA氧化的方法制备了一层超薄氧化层,并采用氮气快速热退火的方法处理RCA氧化层,制备出可用于低温超高速双极集成电路的掺砷多晶硅发射极RCA晶体管.晶体管的电流增益在-55-+125℃温度范围内的变化率小于15%,而且速度快,发射区尺寸为4×10μm2的RCA晶体管其特征频率可达3.3GHz.     

低温、小电流、高增益硅双极晶体管的研究与设计

介绍了一种用于低温、小注入电流条件下工作的新型多晶硅发射区双极晶体管,并给出了晶体管电流增益的低温模型。该模型考虑了低温下多子和少子的冻析效应、禁带变窄效应、Auger复合、多晶硅发射效率增强效应等。在此基础上,通过用SUPREM-Ⅲ和PISCES-Ⅱ进行了工艺模拟和器件模拟,最后完成了实际版图制作和工艺流水。对管子的测试表明,该晶体管具有极好的小电流特性,在0.5μA的注入电流下其共射电流放大倍数可高达1000,在低温(77K)下其β仍可达70左右,能够正常工作。     

硅低温低频低噪声双极晶体管的分析与设计

对硅双极晶体管低频噪声的本征与非本征两种分量进行了系统的理论分析，并研究了各自的温度特性，在此基础上，设计并研制出一种多晶硅发射极低温低频低噪声晶体管，其等效输入噪声电压。     

多晶硅发射极晶体管直流特性研究

研究了砷注入多晶硅发射极晶体管的直流特性,并与采用常规平面工艺制作的晶体管性能进行了比较.结果表明多晶硅发射极晶体管具有较高的发射效率,高的电流能力,改善了EB击穿和CB击穿.电流增益依赖于淀积多晶硅前的表面处理条件.     

掺砷多晶硅发射极RCA晶体管

研究了掺砷多晶硅发射极RCA晶体管的工艺实验技术.以先进多晶硅发射极器件制备工艺为基础,在淀积发射极多晶硅之前,用RCA氧化的方法制备了一层超薄氧化层,并采用氮气快速热退火的方法处理RCA氧化层,制备出可用于低温超高速双极集成电路的掺砷多晶硅发射极RCA晶体管.晶体管的电流增益在-55—+125℃温度范围内的变化率小于15%,而且速度快,发射区尺寸为4×10μm2的RCA晶体管其特征频率可达3.3GHz.     

多晶硅有晶体管直流特性研究

研究了砷注入多晶硅发射极晶体管的直流特性,并与采用常规平面工艺制作的晶体管性能的进行比较。结果表明多晶硅发射极晶体管具有较高的发射效率,高的电流能力,改善了ＥＢ击穿和ＣＢ击穿,电流增益依赖于淀积多晶硅前的表面处理条件。     

低温高注入硅双极晶体管电流增益和特征频率的定量模拟

本文定量地模拟了硅双极晶体管电流增益和特征频率与集电极电流在77K和300K时的关系，计算结果与实验相吻合．结果表明在77K时，电流增益大注入效应由基区电导调制效应和发射区电流集边效应决定，而在300K时则由有效基区展宽效应决定，特征频率在300K时主要由基区渡越时间决定，而在77K时，由于发射区禁带变窄效应非常明显，以至于发射区少于存贮时间可能成为主要因素．低温下特征频率蜕变的主要原因是禁带变窄效应，而不是低温浅能级杂质陷阱效应．     

低温高注入硅双极晶体管电流增益的定理模拟

本文了基区复合电流，发射结空间电荷区复合电流，基区高主入引起的禁带变窄效应，Ｅａｒｌｙ效应，基区和发射区电导调制效应，有效基区展宽效应以及发射区电流集边效应，定量地模拟了硅双极晶体管电流增益在７７Ｋ和３００ｋ时与集电极电流的关系，并且与实验结果相吻合。