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.

锗硅异质结晶体管单粒子效应激光微束模拟

对国产锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT)进行了单粒子效应激光微束辐照试验,观测SiGeHBT单粒子效应的敏感区域,测试不同外加电压和不同激光能量下SiGe HBT集电极瞬变电流和电荷收集情况,并结合器件结构对试验结果进行分析。试验结果表明:国产SiGe HBT位于集电极/衬底结内的区域对单粒子效应敏感,波长为1064nm的激光在能量约为1.5nJ时诱发SiGe HBT单粒子效应,引起电流瞬变。入射激光能量增强,电流脉冲增大,电荷收集量增加;外加电压增大,电流脉冲的波峰增大;SiGe HBT的单粒子效应与外加电压大小和入射激光能量都相关,电压主要影响瞬变电流的峰值,而电荷收集量主要依赖于入射激光能量。

锗硅异质结双极晶体管空间辐射效应研究进展

异质结带隙渐变使锗硅异质结双极晶体管(SiGeHBT)具有良好的温度特性,可承受-180~+200℃的极端温度,在空间极端环境领域具有诱人的应用前景。然而,SiGeHBT器件由于材料和工艺结构的新特征,其空间辐射效应表现出不同于体硅器件的复杂特征。本文详述了SiGeHBT的空间辐射效应研究现状,重点介绍了国产工艺SiGeHBT的单粒子效应、总剂量效应、低剂量率辐射损伤增强效应以及辐射协同效应的研究进展。研究表明,SiGeHBT作为双极晶体管的重要类型,普遍具有较好的抗总剂量和位移损伤效应的能力,但单粒子效应是制约其空间应用的瓶颈问题。由于工艺的不同,国产SiGeHBT还表现出显著的低剂量率辐射损伤增强效应响应和辐射协同效应。

5 GHz无线局域网的锗硅异质结晶体管功率放大器

采用IBM 0.35μm SiGe BiCMOS工艺设计了一种应用于5 GHz无线局域网的射频功率放大器。功率放大器工作在A类状态,由两级共发射极放大电路组成,并利用自适应偏置技术改善了功放的线性度。输入输出和级间匹配网络都采用片内元件实现。在3.3 V的电源电压下,模拟得到的功率增益为32.7 dB;1 dB压缩点输出功率为25.7 dBm;最大功率附加效率(PAE)为15%。

偏置条件对NPN型锗硅异质结双极晶体管电离辐射效应的影响

本文研究了不同偏置条件下国产商用NPN型锗硅异质结双极晶体管(Silicon germanium hetero-junction bipolar transistors,SiGe HBTs)在60Coγ辐射环境中电离辐照响应特性和变化规律。实验结果表明,在0.8 Gy(Si)·s-1剂量率辐照下,总累积剂量达到1.1×104 Gy(Si)时,发射结反向偏置条件下60Coγ射线辐照对SiGe HBTs造成的损伤最大,零偏次之,正偏损伤最小;经过一定时间的退火后,零偏恢复程度最小,而正偏和反偏时的恢复趋势以及程度相同。分析了不同偏置状态下其电离辐照敏感参数随累积总剂量以及退火时间的变化关系,讨论了引起电参数失效的潜在机理。

三维数值仿真研究锗硅异质结双极晶体管总剂量效应

为探索锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT)总剂量效应的损伤机理,采用半导体器件三维模拟工具(TCAD),建立电离辐照总剂量效应损伤模型,分析比较电离辐射在SiGe HBT不同氧化层结构的不同位置引入陷阱电荷缺陷后,器件正向Gummel特性和反向Gummel特性的退化特征,获得SiGe HBT总剂量效应损伤规律,并与^(60)Coγ辐照实验进行对比.结果表明:总剂量辐照在SiGe HBT器件中引入的氧化物陷阱正电荷主要在pn结附近的Si/SiO_(2)界面处产生影响,引起pn结耗尽区的变化,带来载流子复合增加,最终导致基极电流增大、增益下降;其中EB Spacer氧化层中产生的陷阱电荷主要影响正向Gummel特性,而LOCOS隔离氧化层中的陷阱电荷则是造成反向Gummel特性退化的主要因素.通过数值模拟分析获得的SiGe HBT总剂量效应损伤规律与不同偏置下^(60)Coγ辐照实验的结论符合得较好.

非外延集电区的超高压锗硅异质结双极晶体管

介绍了在0.18μm逻辑工艺平台上全新设计的超高压锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT),该器件改变了外延的一维纵向集电区,而采用了通过离子注入掺杂的"L形"二维集电区结构,集电区包括本征基区下方的纵向集电区和场氧底部横向集电区。该器件可在同一工艺中通过版图中横向集电区长度的变化实现不同的击穿电压,因此可制作超高压SiGe HBT,并实现不同击穿电压的超高压SiGe HBT阵列。详细阐述了该器件的制作工艺,并对器件的直流和射频性能作了系统的总结和分析。

高速NPN锗硅异质结双极晶体管的设计与制作

报告了0.18μm高速N型锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT)的器件结构和制作工艺。分析了SiGe HBT器件的直流和射频特性,其截止频率为110 GHz,击穿电压为1.8 V,电流增益为270。研究了集电区掺杂及锗硅碳外延基区的厚度与掺杂工艺条件对器件特性的影响,并给出最优化的工艺条件。

气体吸附对硅锗异质结纳米线电子结构与光学性质的影响

基于密度泛函理论体系下的广义梯度近似(GGA),采用第一性原理方法探讨了沿[112]晶向的硅锗异质结纳米线作为气体传感器检测CO,CO_(2)和Cl2的能力,着重计算了其吸附气体分子前后的吸附能、能带结构与光学性质.几何结构优化计算表明:不同硅锗组分的[112]晶向的硅锗纳米线对CO,CO_(2)和Cl_(2)分子的吸附能的绝对值在0.001 eV至1.36 eV之间,其中Si_(24)Ge_(36)H_(32)对CO_(2)气体的吸附能最大,气敏性能最好.能带结构计算表明:吸附CO和CO_(2)分子的[112]晶向硅锗纳米线能带的简并度明显减小,带隙变化较小;而吸附Cl2分子后的价带顶与导带底之间产生了杂质能级使其带隙减小.光学性质计算表明:Si_(24)Ge_(36)H_(32)纳米线吸附CO, CO_(2)和Cl_(2)分子后的光学性质差异明显,主要体现在吸收谱的范围及吸收峰的峰值上,上述研究结果为[112]晶向Si_(24)Ge_(36)H_(32)纳米线可作为气体传感器敏感材料提供了一定的理论依据.

重离子导致的锗硅异质结双极晶体管单粒子效应电荷收集三维数值模拟

针对国产锗硅异质结双极晶体管(SiGeHBTs),采用半导体器件模拟工具,建立SiGeHBT单粒子效应三维损伤模型,研究影响SiGeHBT单粒子效应电荷收集的关键因素.分析比较重离子在不同位置入射器件时,各电极的电流变化和感生电荷收集情况,确定SiGeHBT电荷收集的敏感区域.结果表明,集电极/衬底结内及附近区域为集电极和衬底收集电荷的敏感区域,浅槽隔离内的区域为基极收集电荷的敏感区域,发射极收集的电荷可以忽略.此项工作的开展为下一步采用设计加固的方法提高器件的抗辐射性能打下了良好的基础.

不同偏置影响锗硅异质结双极晶体管单粒子效应的三维数值仿真研究

针对国产锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT),采用半导体器件三维计算机模拟工具,建立单粒子效应三维损伤模型,研究不同偏置状态对SiGe HBT单粒子效应的影响.分析比较不同偏置下重离子入射器件后,各端口电流瞬变峰值和电荷收集量随时间的变化关系,获得SiGe HBT单粒子效应与偏置的响应关系.结果表明:不同端口对单粒子效应响应的最劣偏置不同,同一端口电荷收集量和瞬变电流峰值的最劣偏置也有所差异.载流子输运方式变化和外加电场影响是造成这种现象的主要原因.

锗硅异质结双极晶体管单粒子效应加固设计与仿真

本文设计了一种通过在版图布局中引入伪集电极的方法来提高锗硅异质结双极晶体管(Si Ge HBT)抗单粒子性能的方法.利用半导体器件模拟工具,针对加固前后的Si Ge HBT开展了单粒子效应仿真模拟,分析了伪集电极对Si Ge HBT电荷收集机理的影响.结果表明,引入的伪集电极形成的新的集电极-衬底结具有较大的反偏能力,加固后Si Ge HBT伪集电极通过扩散机理,大量收集单粒子效应产生的电荷,有效地减少了实际集电极的电荷收集量,发射极、基极电荷收集量也有不同程度的降低,加固设计后Si Ge HBT的单粒子效应敏感区域缩小,有效的提高了Si Ge HBT器件抗单粒子效应辐射性能.此项工作的开展为Si Ge HBT电路级单粒子效应抗辐射加固设计打下良好的基础.

不同剂量率下锗硅异质结双极晶体管电离损伤效应研究

对于相同制作工艺的NPN锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT),在不同辐照剂量率下进行60Coγ射线的辐照效应与退火特性的研究.测量结果表明,两种辐照剂量率下,随着辐照总剂量增加,晶体管基极电流增大,共发射极电流放大倍数降低,且器件的辐照损伤、性能退化与辐照剂量率相关,低剂量率下辐照损伤较高剂量率严重.在经过与低剂量率辐照等时的退火后,高剂量率下的辐照损伤仍较低剂量率下的损伤低,即待测SiGeHBT具有明显的低剂量率损伤增强效应(ELDRS).本文对相关的物理机理进行了探讨分析.

一种结构新颖的锗硅NPN HBT器件特性研究

对一种结构新颖的锗硅NPN HBT器件的特性进行了研究。通过分析器件发射极窗口宽度W和长度L对器件直流和交流特性的影响,对器件在结构上和制作工艺上进行了优化,得到性能与业界可比的三种不同耐压水平的器件(高速器件、标准器件和高压器件),并且成功地被应用于光通讯和射频功放等商业产品中。

f_T为135GHz的平面结构SiGe异质结双极晶体管的研制

利用多晶硅发射极技术与分子束外延生长SiGe基区技术相结合 ,研制成适于集成的平面结构、发射结面积为 3μm× 8μm的SiGe异质结双极晶体管 (HBT)。室温下该晶体管的直流电流增益 β为 30到 50 ,基极开路下 ,收集极 发射极反向击穿电压BVCEO 为 5V ,晶体管的截止频率fT 为13 5GHz。

Ge0.05Si0.95／Si异质结平面光波导中的光场分析

对Ｓｉ／Ｇｅ００５Ｓｉ０９５／Ｓｉ及Ａｉｒ／Ｇｅ００５Ｓｉ０９５／Ｓｉ异质结光波导中的光场进行了理论分析与计算

温度对SiGe/Si异质结功率二极管电学特性的影响(英文)

在考虑到各种物理机制如载流子-载流子散射、俄歇复合、禁带窄化效应及结温效应等的基础上,数值模拟分析了SiGe/Si功率开关二极管的各种温度依赖特性。对Si和SiGe/Si功率二极管而言,温度对器件的正向压降VF、反向击穿电压VB以及反向漏电流JR的影响规律基本相似,即随着温度的升高,正向压降降低,击穿电压增加,反向漏电流迅速提高。然而在相同的温度下,与Si功率开关二极管相比,SiGe/Si二极管(20%Ge含量)的正向压降降低了近0.1V(在正向电流密度10A/cm2的情况下),反向恢复时间缩短了一半以上,反向峰值电流密度也下降了约三分之一,软度因子S提高了2倍多。SiGe二极管的另外一个重要优点是其反向恢复特性受温度影响很小。当温度从300K增加到400K时,Si功率二极管的反向恢复时间增加了近1倍,而SiGe/Si二极管(20%Ge含量)的反向恢复时间基本保持不变。SiGe/Si功率开关二极管的一个缺点是在高温下产生较大的漏电流,但这可以通过适当降低Ge含量来改善。Ge的引入为器件设计提供了更大的自由度,其含量对器件特性有重要影响。为了获得低的正向压降和短的反向恢复时间,应该提高Ge的含量,但Ge含量增加将导致大的漏电流,因此Ge含量的大小应该优化折衷考虑。

SiGeC异质结功率二极管通态特性研究

研究了一种大功率低功耗p+(SiGeC)-n--n+异质结二极管结构,分析了Ge、C含量对器件正向通态特性的影响。结果表明:与常规的Si p-i-n二极管相比,在正向电流密度不超过1000 A/cm2情况下,p+(SiGeC)-n--n+二极管的正向压降有明显的降低。当电流密度为10 A/cm2时,Si p-i-n二极管的压降为0.655 V,而SiGeC异质结二极管的压降只有0.525 V,大大降低了器件的通态功耗。在相同正向电流密度的条件下,SiGeC异质结二极管在n-区存储的载流子比Si二极管的减少了1个数量级以上,这导致前者的关断时间远小于后者。

Si-Ge异质结基区混合模式晶体管的提出和模拟

在常规混合模式晶体管的基础上提出一种新结构的器件—— Si- Ge异质结基区混合模式晶体管。由于基区采用禁带宽度较窄的 Si- Ge合金材料 ,引起空穴向发射区反注入势垒的提高 ,使 IB空穴电流减小 ,从而提高了注入效率 ;迁移率增高 ,从而提高特征频率。因而这种器件具有 β高、基区电阻低、基区渡越时间短等优点。通过器件模拟证实了该器件具有输出电流大、低温放大倍数极高、常温放大倍数较高、特征频率高等优点 ,是下一代