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。

双极型晶体管在强电磁脉冲作用下的瞬态响应

利用时域有限差分法,对双极型晶体管在强电磁脉冲作用下的瞬态响应进行了2维数值模拟,分析了器件烧毁过程中电场、电流密度、温度等参数的分布及变化情况,分别观察了低电压和高电压脉冲作用下烧毁过程中热点的形成过程,并得到了器件烧毁所需时间以及能量与脉冲电压幅度之间的关系.在电压脉冲较低时,烧毁点位于通道中靠近集电极的位置,当脉冲电压达到一定幅度的时候,由于发射极与集电极之间发生雪崩击穿,基极和发射极之间电势会抬高,从而引起基极和发射极之间的击穿,形成新的热点,并在电压幅度约高于100V的情况下会率先达到烧毁温度.随着脉冲电压幅度的增高,晶体管烧毁所需时间呈负指数减少,而所需能量在55～100V之间接近于线性增长,直到电压幅度约高于100V时才开始减少.

双极型晶体管损坏与强电磁脉冲注入位置的关系

利用时域有限差分法,对双极型晶体管(BJT)在强电磁脉冲作用下的瞬态响应进行了2维数值模拟,研究了电磁脉冲从不同极板注入时BJT的响应情况,根据温度分布的集中程度分析了发生烧毁的难易程度。模拟得出:发射极注入最容易导致烧毁,集电极注入次之,基极注入相对不易导致烧毁;发射极注入烧毁所消耗能量随着脉冲电压上升而下降,到30 V以后基本与电压的升高无关,集电极注入烧毁所消耗的能量则随着电压上升而上升,到100 V以后由于BE结上热点的出现而开始下降。

基极注入强电磁脉冲对双极型晶体管的作用

空间电磁脉冲注入硅双极型晶体管后可能会导致晶体管烧毁。借助2维数值仿真和理论分析研究了基极注入短电磁脉冲对双极型晶体管的作用,得出结论:晶体管的热斑位于基极边缘,由于该点既是电场峰所在,又是电流最密集之处,热量产生集中,因此基极注入脉冲使晶体管烧毁所需的能量比其它两电极注入要少;在基极注入短脉冲作用下,晶体管烧毁所需能量几乎不随脉冲宽度变化;烧毁所需脉冲功率近似与脉冲宽度成反比。

外电路在电磁脉冲对双极型晶体管作用过程中的影响

借助自主开发的2维半导体器件-电路联合仿真器,研究了电磁脉冲从发射极注入双极型晶体管时,外电路的影响,分析了共基极接法晶体管的电流分配系数,然后在此基础上研究了3种典型外电路元件的影响。结果表明:当脉冲从发射极注入时,基极外接电阻对器件烧毁过程影响不大;集电极外接正电压源等效于削减电磁脉冲的幅度,有延缓器件烧毁的作用;集电极外接电阻能明显提高器件对电磁脉冲的耐受性。

微波脉冲对硅基双极型晶体管的损伤特性

利用微波脉冲注入实验平台,对硅基双极型晶体管低噪声放大器进行了损伤效应实验。在微波脉冲对硅基双极型晶体管低噪声放大器损伤的失效分析中,当低噪声放大器增益下降大于10d B时,发现硅基双极型晶体管出现了永久损伤。通过对比测量硅基双极型晶体管损伤前后的电特性以及利用扫描电子显微镜观测损伤后晶体管的微观特性发现:硅基双极型晶体管被微波脉冲损伤后,基区的硅材料烧蚀导致发射结和集电结短路,不再具有PN结特性,导致器件失效。

双极型晶体管温度特性的Multisim仿真研究

基于Multisim仿真分析,研究了双极型晶体管参数的温度特性。通过数据仿真和曲线拟合得到了双极型晶体管参数温度特性近似方程。分析了2种不同偏置的电压放大电路的温度性能,为掌握电路系统的温度漂移,优化系统性能提供设计依据。

双极型晶体管电流增益温度特性的研究

修正了电流增益表达式。对样品3DK105B在不同温度点下进行测试分析。考虑样品理想因子n随温度的变化、VBE随温度的变化,以及禁带宽度随温度变化对电流增益的影响,对电流增益表达式进行了修正,使修正后的结果更加接近实际测试结果。

双极型晶体管EM大信号模型参数提取方法探讨

集成电路设计过程中离不开计算机模拟,模拟的精确度不仅与器件模型本身有关,还与给定的器件模型参数值是否正确密切有关,所以准确地提取器件的模型参数显得至关重要。双极型晶体管是集成电路中重要组成单元,为提高学生对集成电路设计中对晶体管单元的参数含义的全面深刻认识,在介绍了双极型晶体管各种模型参数的基础上,分析了三极管EM模型参数的相关公式;并讨论了其模型参数提取的简单易行的方法;最后介绍了参数提取的实验设备和仪器、实验方法和实验手段。该实验方法可以帮助学生掌握双极型晶体管模型参数的提取,同时可以加深学生对双极型晶体管模型参数物理意义的理解。

基极注入HPM导致的双极型晶体管失效分析

为了研究高功率微波对双极型晶体管的作用,在双极型晶体管基极直接注入高功率微波效应实验现象的基础上,建立了高功率微波作用于双极型器件的物理过程与模型,并通过器件仿真,分析确定了高功率微波引起器件失效的主要原因是:高功率微波产生的感应电压脉冲,引起双极型器件基区烧毁形成熔丝和产生大量缺陷.基区烧毁面积与缺陷数量随高功率微波作用的时间和功率的增大而增大,不同的烧毁面积引起失效器件的直流特性将发生变化.器件仿真与实验结果能较好吻合,验证了文中结论.

双极型晶体管GP模型参数自动提取系统

在叙述晶体管模型参数提取原理的基础上，着重介绍了自制晶体管ＧＰ模型参数自动提取系统的工作原理．该系统通过计算机控制实现数据自动采集、采用模型参数总体优化提取方法提取晶体管ＧＰ模型参数．运用该系统对ＭＪＥ１３００５晶体管进行参数提取及ＰＳＰＩＣＥ模拟。

硅锗基区异质结双极型晶体管的研究进展

本文综述了SiGe-HBT工艺及性能研究的最新进展,提出了若干重要的研究课题.

Bi-CMOS双极型晶体管的研制

本文论述了在常规CMOS工艺下制作Bi-CMOS双极型晶体管的设计方法及制造工艺.首先通过对Bi-CMOS双极型晶体管版图结构的分析,探讨了工作机理,阐明了采用标准CMOS工艺制作高性能Bi-CMOS双极型晶体管的设计方法.然后,建立了分析计算晶体管直流特性的数学模型,并分析计算了工艺参数、器件结构对器件性能的影响,给出了CMOS工艺全兼容的Bi-CMOS双极型npn晶体管的最佳设计方案.采用常规p阱CMOS工艺进行了投片试制.测试结果表明,器件性能达到了设计指标;器件的电流增益在200以上,与理论计算完全一致.

电离辐射前后双极型晶体管统计特性

双极型晶体管性能统计分布在电离辐射之后会发生变化,从辐射前对称的正态分布转化为辐射后非对称的对数正态分布,这一统计特性转化缺乏清晰的物理图像。为了从微观机理层次解释这一转化过程,通过大样本定制晶体管电离辐射效应实验,获得基极电流、界面陷阱电荷辐射前后的统计特性,发现两者统计特性转化具有一致性。基于基极电流的解析物理模型分析发现辐射前后基极电流统计特性转化源自于界面陷阱电荷统计特性转化,并基于中心极限定理给出了界面陷阱电荷辐射前后统计特性转化的物理解释,即界面缺陷面密度的分散性转化源于多个随机变量以乘积形式实现界面缺陷物理过程。

双极型晶体管输入特性测试电路的改进

指出了某电子线路基础实验教材中双极型晶体管特性测试电路存在的问题 ,并给出了改进后的测试电路。

双极型晶体管非理想效应的Gummel-Poon模型分析及其在IC中的应用

主要研究双极结型晶体管BJT(Bipolar Junction Transistor)的Gummel-Poon模型在集成电路设计中的应用。用Gummel-Poon模型对BJT的一些非理想效应进行定量分析,包括基区非均匀掺杂,基区宽度调制效应,大注入效应,产生-复合作用等。从BJT的基本电流用方程出发,用Gummel-Poon建立起器件性能与材料、结构和工艺参数之间的联系。分析基区多数载流子电荷的作用,建立起器件性能与基区多数载流子电荷的联系。论文中将该模型与现代BJT的典型结构参数和工艺参数结合起来,应用于现代BJT的理论分析之中,通过具体计算给出了应用实例。

Matlab在双极型晶体管特性曲线讲授中的应用

双极型晶体管的特性曲线是讲授双极型晶体管原理时的重要内容，现有教材给出的特性曲线都是含有一个参变量的二维图形，本文介绍了双极型晶体管的Ebers-moll模型及其特性曲线，在此基础上，利用MATLAB仿真技术实现了双极型晶体管特性曲线三维图形绘制，与二维图形相比更为直观，便于学生对双极型晶体管特性曲线的理解和掌握。

异质结双极型晶体管SPICE模型及其参数提取

将异质结双极型晶体管(HBT)模型分为本征模型和外模型,并综合考虑了异质结双极型晶体管的寄生效应、空间电荷区的复合效应、隧道效应、热效应和重搀杂效应等因数,应用VC++语言编制提取HBT模型参数软件包,根据HBT的物理参数模拟了HBT的I-V特性、差分电路的稳态特性和瞬态特性,并与实验结果相对比,验证了HBT模型的正确性。

一种新型的大功率绝缘栅双极型晶体管驱动器

介绍了保护功能齐全、性能优良的国产 HL 40 3A(B) IGBT厚膜驱动器 ,文中不但给出了它的引脚排列、各引脚的名称、功能和用法、主要设计特点和电参数限制 ,而且剖析了它们的内部结构和工作原理 。

双极型晶体管的电荷控制参数及其在宽带放大器中的应用

本文提出双极型晶体管是一种电荷控制器件和它的电荷控制参数的概念;建立描述晶体管内部物理过程的微分方程;与外电路的Kirchhoff定律结合,导出各种基本晶体管宽带放大器的传递函数、输入和输出阻抗的解析表示,作为应用Bode反馈理论来设计宽带反馈放大器的基础.