基于锗硅异质结双极晶体管的低噪声放大器及其反模结构的单粒子瞬态数值仿真研究

针对锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT)进行TCAD仿真建模,基于SiGe HBT器件模型搭建低噪放大器(LNA)电路,开展单粒子瞬态(SET)的混合仿真,研究SET脉冲随离子不同LET值、入射角度的变化规律.结果表明:随着入射离子LET值的增大,LNA端口的SET脉冲的幅值增大,振荡时间延长;随着离子入射角的增大,LNA端口的SET脉冲的幅值先增大后减小,振荡时间减小.使用反模(IM)共射共基结构(Cascode)降低LNA对单粒子效应的敏感度,验证了采用IM结构的LNA电路的相关射频性能.针对离子于共基极(CB)晶体管、共发射极(CE)晶体管两种位置入射进行SET实验.实验结果与本实验中的正向模式相比,IM Cascode结构的LNA电路的瞬态电流持续时间明显减少,并且峰值减小了66%及以上.

基于反向恢复电流的绝缘栅双极型晶体管模块动态结温估测方法

针对传统结温估测方法响应速度慢、测量误差大问题,采用绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)模块的反向恢复电流作为温敏电参数,提出一种新型结温估测方法.分析了IGBT模块结温和负载电流对反向恢复电流的影响机理,并建立了三者间的理论关系.考虑实际工况并采用试验数据拟合得到IGBT模块的结温预测模型,通过比较试验测量数据与预测模型计算结果的差异,证实了采用反向恢复电流提取IGBT模块动态结温的估测方法具有较高的估测精度和较快的响应速度.

绝缘栅双极型晶体管脉冲工作时结温特性及温度分布研究

建立了电热耦合和损耗热场耦合计算模型,采用该模型,获得了相同外部条件下的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)芯片结温波动特性及温度分布特征,完成了使用红外热成像实时探测短时脉冲工作方式下IGBT芯片表面温度波动及分布特性的预测.探测结果表明,在一定散热条件和占空比不大的情况时,短时脉冲间歇等非周期瞬态工作方式下芯片表面温度快速上升之后,进入一个缓慢的上升周期,实验也表明,在特殊工作场合时可突破器件手册推荐使用的最大电流值.利用建立的热分析模型,还可以实现对不同工作方式下器件结壳温差和结温波动幅度的预测.

电阻栅结构负阻异质结双极晶体管

设计并研制成功了具有电阻栅结构的n-InGaP/p-GaAs/n-GaAs负阻异质结双极晶体管.研制出的器件IV特性优于相关文献的报导;得到了恒定电压和恒定电流两种模式的负阻特性曲线;对两种模式负阻特性产生的物理机制进行了解释;最后对此器件的应用前景进行了预测.

三相逆变器中绝缘栅双极型晶体管模块结温仿真评估

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块的工作性能和可靠性以及逆变器中IGBT模块散热系统的设计等均与其工作结温直接相关,掌握器件的结温状况对于确保其安全可靠的使用和冷却装置的合理选择具有重要意义。推导获得基于数学方法的IGBT模块损耗模型和实现热电模拟的Foster热网络模型,基于此在MATLAB/Simulink中建立了简单实用的三相逆变器中IGBT模块结温仿真评估模型,同半导体器件制造商软件计算方法相比,加入了热电耦合因素,可以更真实地模拟器件芯片结温状况,并分析了不同负载工况下IGBT模块结温的变化趋势,所得结论可以为逆变器中IGBT模块的结温控制方法服务。

绝缘栅双极型晶体管模块的双向热网络模型构建方法

针对传统热网络模型提取结温时忽略了硅胶和外壳的影响而导致结温提取存在误差的问题,建立了完整封装结构的绝缘栅双极型晶体管(insulation gate bipolar transistor, IGBT)模块的双向Cauer模型,得到了精确的暂态结温,验证了传统热网络模型计算稳态结温的可行性。通过有限元仿真结果和试验数据对比,证明双向Cauer模型计算结果的正确性。

i-GaAlAs/GaAs异质结绝缘栅场效应晶体管的静态特性研究

本文在改进型电荷控制模型基础上,引进GSW速度场方程,推导出异质结绝缘栅场效应晶体管(HIGFETs)的I_D-V_D-V_G,I_(DS)-V_G,G_m,和C_G等一系列静态特性方程。计算结果与文献实测值进行了比较,在V_G<2V,I_D<I_(DS)时两者符合得甚好。本文讨论了温度对V_(ik)的影响;器件的结构参数:栅长L、栅宽W,源电阻R_S,GaAlAs厚度d,GaAs迁移率和温度对G_m的影响。并指出了提高HIGFETs性能的可能途径。

绝缘栅双极型晶体管传热模型建模分析

绝缘栅双极型晶体管(简称IGBT)等全控型电力电子器件是电能变换装置的核心部件,由于电力电子器件的工作性能与可靠性等都与其工作结温直接相关,而电力电子器件的热阻抗直接影响器件的结温,开展以IGBT热阻网络为对象的传热特性研究对于延长IGBT的使用寿命和提高其应用可靠性具有很重要的现实意义。为此,概述了IGBT物理结构、热阻网络及提取动态热阻抗曲线测试原理、传热模型3种建模方法及各方法的优劣。以某型IGBT模块为研究对象,通过理论计算得到其各分层及模块结壳稳态热阻值,建立了Cauer热网络模型,并在数值仿真软件ANSYS热仿真分析环境下利用有限元法(FEM)建立了数值仿真模型,利用搭建的试验平台开展了提取动态热阻抗实验,建立了7阶Foster实验测定模型。数值仿真和实验测定所得到的稳态结壳热阻值与理论计算模型接近,并对偏差进行了分析。建模研究IGBT传热模型对该类电力电子器件热传递模型建模研究及散热设计具有一定的指导意义。

用气态源分子束外延生长法制备Si/SiGe/Sinpn异质结双极晶体管

用气态源分子束外延法制备了Ｓｉ／ＳｉＧｅ／Ｓｉｎｐｎ 异质结双极晶体管．晶体管基区Ｇｅ 组分为０．１２，Ｂ掺杂浓度为１．５×１０１９ｃｍ － ３，ＳｉＧｅ合金厚度约４５ｎｍ ．直流特性测试表明，共发射极直流放大倍数约５０，击穿电压ＶＣＥ约９Ｖ；射频特性测试结果表明，晶体管的截止频率为７ＧＨｚ，最高振荡频率为２．５ＧＨｚ．

具有表面超结的横向绝缘栅双极晶体管研究

提出了一种基于体硅的表面超结横向绝缘栅双极晶体管(SSJ LIGBT)。分析了工艺参数注入剂量和注入能量对器件性能的影响,基于耐压需求的考虑,设计并优化了SSJ LIGBT器件及其终端。对该SSJ LIGBT进行了击穿特性、输出特性和转移特性的测试。测试结果表明,该SSJ LIGBT的耐压达到693 V,比导通电阻仅为6.45Ω·mm~2。

绝缘栅型双极晶体管串联匀压并联匀流模拟分析

绝缘栅型双极晶体管(IGBT)采用串联和并联方法构成大功率开关组件能够有效提高工作电压和电流,是实现开关重频高功率应用的主要技术途径,同时也存在着动、静态的匀压、匀流问题。从电路层面详细分析了IGBT串并联运行时导致电压、电流不均衡的主要原因及其表现,研究了动静态不均衡的发展过程及其影响因素,针对性地提出了电阻/电容/二极管(RCD)缓冲网络及电流平衡变压器等匀压、匀流措施,解析推导出了IGBT串、并联模块的设计判据,建立了相应的等效电路模型,对所提出的解决方案进行了仿真验证。仿真模拟结果表明,所提出的方法是可行可靠的。

高功率密度自对准结构AlGaAs/GaAs异质结双极晶体管

利用各向异性的湿法刻蚀和侧墙隔离技术实现了发射极金属和基极金属的自对准 ,采用该自对准技术成功地研制出了自对准结构的 Al Ga As/ Ga As异质结双极晶体管 ,器件直流电流增益大于 2 0 ,电流增益截止频率 f T 大于30 GHz,最高振荡频率 fmax大于 5 0 GHz,连续波功率测量表明 :在 1d B增益压缩时 ,单指 HBT可以提供 10 0 m W输出功率 ,对应的功率密度为 6 .6 7W/ m m,功率饱和时最大输出功率 112 m W,对应功率密度为 7.48W/ m m,功率附加效率为 6 7%

SiGe异质结双极晶体管频率特性分析

在分析载流子输运和分布的基础上,建立了物理意义清晰的各时间常数模型.模型体现了时间常数与SiGe异质结双极晶体管结构参数及电流密度之间的关系,并且包含了基区扩展效应.同时对特征频率与上述参数之间的关系进行了模拟分析和讨论.

四元系AlGaInP为发射极异质结双极晶体管研究

本文对ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ异质结双极晶体管（ＨＢＴ）进行了研究．设计并制备了ＡｌＧａＩｎＰ为发射极的叉指结构ＨＢＴ器件．研究结果表明，ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓＨＢＴ具有较高的电流增益和较好的温度特性．同时，由于对ＡｌＧａＩｎＰ和ＧａＡｓ腐蚀选择性大，因而工艺简单、重复性好．

SiGe/Si异质结双极晶体管研究

介绍了一种 Si Ge/Si分子束外延异质结双极晶体管 ( HBT)的研制。该器件采用 3μm工艺制作 ,测量得其电流放大系数β为 50 ,截止效率 f T 为 5.1 GHz,表明器件的直流特性和交流特性良好。器件的单片成品率在 90 %以上。

MOCVD制备GaAs/AlGaAs异质结和异质结双极晶体管(HBT)的研究

本文应用MOCVD技术制备出高质量的GaAs,AlGaAs外延材料以及GaAs/AlGaAs异质结和多量子阱结构.首次成功地用该技术生长了微波HBT全结构材料,并获得了较高性能的器件结果:300K时直流增益(β)为15～40,77K时为60,截止频率大于10GHz,最高振荡频率为5.5GHz.

基于Darlington Cascode结构的SiGe异质结双极晶体管UWB低噪声放大器的设计

详细地分析了Cascode结构的线性度和3dB带宽，利用Cascode结构的高线性度和Darlington结构的高增益的优点构成了Darlington—Cascode结构，在此基础上，基于台积电TSMC0．35μm SiGe工艺，设计了一款芯片面积小的满足超宽带（UWB）标准的无电感SiGe异质结双晶体管（HBT）低噪声放大器（LNA）。该放大器利用电阻反馈结构替代了电感-电容（LC）匹配网络结构，实现了输入、输出阻抗匹配，未采用无源电感，节省了芯片面积，芯片面积仅为0．046mm2，并将Darlington—Cascode结构作为LNA的输出级，既提高了增益，又提高了线性度。LNA版图仿真结果表明，在UWB频带范围内，LNA的增益为19．5～20dB，增益平坦度为4-0．25dB；输入、输出匹配良好；线性度为-5- -2dBm；在整个频段内，无条件稳定。

SiGe异质结双极晶体管基区渡越时间分析

对SiGe异质结双极晶体管(HBT)的基区渡越时间进行了计算和分析,考虑了基区掺杂和Ge组分分布对本征载流子浓度和电子迁移率的影响,以及大电流密度下产生的感应基区(CIB)的渡越时间.结果表明,Ge组分为转折点X1/Wb≈0.12的矩形-三角形分布时,可得到最小的基区渡越时间;Ge分布对SiGe和Si的有效态密度之比的影响很小,但对迁移率的影响较大;基区掺杂为指数分布或高斯分布对基区渡越时间影响很小.

绝缘栅双极型晶体管动态电热联合仿真模型

简述了IGBT电热耦合模型理论,在Saber仿真环境里搭建了动态电热联合仿真模型,计算得到结温和各层温度的精确瞬变过程。在相同加热电流下,采用红外热成像仪探测IGBT模块芯片表面瞬态温度分布,通过分析结温温升及温度特性验证了仿真计算结果,探测结果表明芯片表面温度分布并不均匀,中心温度较边缘要高3~5 K且开始上升很快,随后进入一个缓慢的上升过程。采用该动态电热联合仿真模型可对不同工作状态下模块各层的温度和上升时间进行预测,并结合探测结果提出了提高IGBT可靠性的方法。