PNP型SiGe HBT的电流增益与Ge组分研究

在进行PNP型SiGe HBT的设计时，通过改变Ge组分而改变能带结构，而获得较高的电流增益。文章对基区中的Ge组分分布三种形式：三角形、梯形、矩形进行计算机模拟并进行结果分析，认为其它条件相同时，梯形分布的PNP SiGe HBT的放大系数最大，而且梯形和三角形随Ge的增大而增大，但是矩形分布在Ge组分增大到一定数值后开始减小，本文从能带结构和势垒角度对此进行讨论。     

基区Ge组分分布对SiGe HBT热学特性的影响

建立了SiGe HBT热电反馈模型,对基区Ge组分矩形分布、三角形分布和梯形分布的SiGe HBT的热特性进行研究。结果表明,在Ge总量一定的前提下,Ge组分为三角形和梯形分布结构的SiGe HBT峰值温度较低、温差较小,温度分布的均匀性优于Ge组分矩形分布结构的SiGeHBT,具有更好的热特性。对不同Ge组分分布下器件增益与温度的依赖关系进行研究,发现当基区Ge组分为三角形和梯形分布时,随着温度升高,器件增益始终低于Ge组分矩形分布的器件,且增益变化较小,提高了器件的热学和电学稳定性,扩大了器件的应用范围。     

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 pnp HBT的影响

采用SiGe异质结结构提高pnp晶体管的性能,重点研究了Ge组分在基区的三角形分布对晶体管电流增益β和特征频率fτ的影响。三角形分布,又分为起点为零和不为零两种情况。同时为了消除集电结处SiGe异质结的价带势垒对空穴输运的影响,Ge组分向集电区延伸进一步提高了晶体管的性能。得到最大电流增益β可达150和特征频率fτ可达15GHz的pnp SiGe HBT,可以广泛地应用到通信、微波和射频领域。     

SiGe HBT基区渡越时间研究

对基于SiGe HBT基区本征载流子浓度和电子迁移率依赖于掺杂、基区Ge组分分布和速度饱和效应的基区渡越时间进行了研究。结果表明,相同Ge组分条件下,基区渡越时间bτ随WB由100 nm减薄到50 nm,降低了74.9%;相同WB,Ge组分为0.15比0.1 Ge组分的bτ减小了33.7%。该研究与其他文献的结果相吻合,可为SiGe HBT基区设计提供一定的理论指导。     

SiGe和SiGeC HBT速度过冲模型

建立了超薄基区SiGe和SiGeC HBT的速度过冲模型。通过求解能量平衡方程,得到电子温度分布,B-C结附近的电子温度远高于晶格温度。Ge的分布对SiGeC BHT速度分布影响很大,对于线性分布,Ge梯度越大,速度过冲越明显;Ge梯度一样时,线性分布比梯形分布的速度大。梯形分布的Si Ge HBT基区也发生速度过冲。SiGeC HBT速度过冲现象与SiGeC HBT相似。     

SiGe异质结双极晶体管的基区优化

对应用于高频微波功率放大器的SiGe异质结双极晶体管(HBT)的基区进行了优化.研究发现,器件对基区Ge组分以及掺杂浓度十分敏感.采用重掺杂基区,适当提高Ge组分并形成合适的浓度分布,可以有效地改进SiGe HBT的直流特性,同时能够提高器件的特征频率.晶体管主要性能的提高使SiGe HBT技术在微波射频等高频电子领域得到更加广泛的应用.     

p型重掺杂应变Si1-xGex基区内建电场的物理机制

采用解析的方法计算了在基区掺杂为高斯分布,Ge组分分布为三角形分布和矩形三角形分布时基区内建电场的变化情况.重新拟合了价带有效态密度公式,并在计算内建电场时考虑了导带有效态密度的影响.发现加入Ge组分后引起的导带有效态密度变化、价带有效态密度变化以及禁带宽度变窄量变化对基区内建电场的影响要大于掺杂对内建电场的影响.Ge组分为三角形分布时,在总的Ge组分一定的条件下,内建电场从发射结到集电结逐渐变大.在任一给定位置x处,内建电场随着Ge组分的增加而增大.当Ge组分分布为矩形三角形分布时,对于给定的Ge组分转折点x1,基区内建电场从发射结到集电结缓慢地增大.在Ge组分恒定的区域,内建电场变化甚微,在Ge组分为线性缓变区域的同一位置x处,内建电场随Ge组分转折点x1的增大而缓慢地增大.此外,在x1附近内建电场变化有一个很大的陡坡.     

p型重掺杂应变Si1-xGex基区内建电场的物理机制

采用解析的方法计算了在基区掺杂为高斯分布,Ge组分分布为三角形分布和矩形三角形分布时基区内建电场的变化情况.重新拟合了价带有效态密度公式,并在计算内建电场时考虑了导带有效态密度的影响.发现加入Ge组分后引起的导带有效态密度变化、价带有效态密度变化以及禁带宽度变窄量变化对基区内建电场的影响要大于掺杂对内建电场的影响.Ge组分为三角形分布时,在总的Ge组分一定的条件下,内建电场从发射结到集电结逐渐变大.在任一给定位置x处,内建电场随着Ge组分的增加而增大.当Ge组分分布为矩形三角形分布时,对于给定的Ge组分转折点x1,基区内建电场从发射结到集电结缓慢地增大.在Ge组分恒定的区域,内建电场变化甚微,在Ge组分为线性缓变区域的同一位置x处,内建电场随Ge组分转折点x1的增大而缓慢地增大.此外,在x1附近内建电场变化有一个很大的陡坡.     

高性能锗硅异质结器件击穿特性的研究

对高频下的SiGe HBT器件击穿特性进行了研究。借助TCAD仿真工具,分析了影响器件击穿特性的基区Ge分布与集电区掺杂浓度超结结构。在3种不同Ge分布下,仿真结果表明,基区Ge的均匀分布有利于提高击穿电压;同时将超结结构引入集电区后,SiGe HBT器件的击穿电压提高了36%,由2.5 V提高到3.4 V。     

SiGe-HBT中雪崩击穿效应对电流电压特性的影响

本文报道了一个在较宽温度范围内能精确描述6H SiC JEFT性能(包括亚阈区)的器件模型，器件的电流电压特性由包含少数几个物理模型参数连续统一的解析表达式表述.该模型也包括了串联电阻效应、沟道中电子速度饱和效应、饱和区的有限输出电导、温度决定的模型参数等效应.载流子的计算考虑了SiC中杂质能级特点，采用两级电离模型，模拟了典型结构器件的高温特性，结果和实验符合很好.     

Ge-profile design for improved linearity of SiGe double HBTs

The influence of Ge-profile design on SiGe HBT linearity-harmonic distortion has been quantified using finite element physical device simulation. It was demonstrated that proper Ge-profile tailoring allows the linearity to be improved for both low- and high-current operation. High injection heterojunction barrier effects are shown to have a significant influence on the higher order harmonics. The influence of the Ge-profile design on linearity was found to be comparable to the influence from the epitaxial collector doping profile     

Applications and processing of SiGe and SiGe:C for high-speed HBT devices

The continued growth of high-speed-digital data transmission and wireless communications technology has motivated increased integration levels for ICs serving these markets. Further, the increasing use of portable wireless communications tools requiring long battery lifetimes necessitates low power consumption by the semiconductor devices within these tools. The SiGe and SiGe:C materials systems provide solutions to both of these market needs in that they are fully monolithically integratible with Si BiCMOS technology. Also, the use of SiGe or SiGe:C HBTs for the high-frequency bipolar elements in the BiCMOS circuits results in greatly decreased power consumption when compared to Si BJT devices.Either a DFT (graded Ge content across the base) or a true HBT (constant Ge content across the base) bipolar transistor can be fabricated using SiGe or SiGe:C. Historically, the graded profile has been favored in the industry since the average Ge content in the pseudomorphic base is less than that of a true HBT and, therefore, the DFT is tolerant of higher thermal budget processing after deposition of the base. The inclusion of small amounts of C (e.g. <0.5%) in SiGe is effective in suppressing the diffusion of B such that very narrow extremely heavily doped base regions can be built. Thus the f_T and f_max of a SiGe:C HBT/DFT are capable of being much higher than that of a SiGe HBT/DFT.The growth of the base region can be accomplished by either nonselective mixed deposition or by selective epitaxy. The nonselective process has the advantage of reduced complexity, higher deposition rate and, therefore, higher productivity than the selective epitaxy process. The selective epi process, however, requires fewer changes to an existing fabrication sequence in order to accommodate SiGe or SiGe:C HBT/DFT devices into the BiCMOS circuit.     

SiGe HBT高频特性研究

从器件结构、工艺条件等方面,对影响SiGe HBT高频特性的因素进行对比分析,并在此基础上,对提高SiGe HBT频率特性的方法进行了总结归纳。渡越时间受温度改变影响,SiGe HBT的高频性能在低温下提高。多种形状的基区Ge分布影响基区渡越时间,对提高频率起关键作用。降低工艺温度能有效减小杂质扩散,优化频率。采用新结构以减小发射极电阻,或增加工艺隔离步骤以抑制寄生参数,均可提高频率。     

一种采用BiCMOS工艺的SiGe HBT基区生长方法

为抑制SiGeHBT基区生长过程中岛状物生成,降低位错密度,基于渐变温度控制方法和图形外延技术,结合BiCMOS工艺,研发了在Si衬底上制备高质量Si1-xGex基区的外延生长方法。通过原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线双晶衍射(XRD)测试,显示所生长的Si1,Gex基区表面粗糙度为0.45nm,穿透位错密度是0.3×103～1.2×103cm-2。,在窗口边界与基区表面未发现位错堆积与岛状物。结果表明,该方法适宜生长高质量的SiGeHBT基区,可望应用于SiGeBiCMOS工艺中HBT的制备。     

Carrier Depth Profile of Si/SiGe/Si n-p-n HBT Structural Materials Characterized by Electrochemical Capacitance-Voltage Method

Si/SiGe/Si n-p-n HBT structural materials have been grown by gas source molecular beam epitaxy with disilane, solid Ge, diborane and phosphine as sources. The materials are of good structural properties. The effectiveness of Electrochemical Capacitance-Voltage (ECV) technique on profiling the shallow doped layers of nanometer dimensions has been demonstrated. Compared with spreading resistance probe, the ECV technique is relatively easy to get the carrier distribution profile, especially for the Si/SiGe/Si HBT structural materials with shallow (≤50nm) base regions (p-type SiGe layer, Ge content about 0.2). The results show that n-p-n structures can be obtained by in situ doping.     

新型恒压控制型负阻HBT的研制进展

研究了HBT产生负阻的可能机制,通过对材料结构和器件结构的特殊设计,采用常规台面HBT工艺,先后研制出3类高电流峰谷比的恒压控制型负阻HBT.超薄基区HBT的负阻特性是由超薄基区串联电阻压降调制效应造成的,在GaAs基InGaP/GaAs和AlGaAs/GaAs体系DHBT中均得到了验证.双基区和电阻栅型负阻HBT均为复合型负阻器件.双基区负阻HBT通过刻断基区,电阻栅负阻HBT通过在集电区制作基极金属形成集电区反型层,构成纵向npn与横向pnp的复合结构,由反馈结构(pnp)的集电极电流来控制主结构(npn)的基极电流从而产生负阻特性.3类负阻HBT与常规HBT在结构和工艺上兼容,兼具HBT的高速高频特性和负阻器件的双稳、自锁、节省器件的优点.