新型SiGe/Si异质结开关功率二极管的特性分析及优化设计

将SiGe技术应用于功率半导体器件的特性改进 ,提出了新型SiGe/Si异质结p i n开关功率二极管结构 ,在分析器件结构机理的基础上 ,用Medici模拟了该器件的特性并进行了优化设计 .结果表明 ,该功率二极管具有低的正向压降 ,较少的存贮电荷 ,其性能远远超过Si的同类型结构 .这种性能的改进无需采用少子寿命控制技术 ,因而很容易集成于功率IC中 .

基于应变Si/SiGe的CMOS电特性模拟研究

提出了一种应变Si/SiGe异质结CMOS结构,采用张应变Si作n-MOSFET沟道,压应变SiGe作p-MOSFET沟道,n-MOSFET与p-MOSFET采用垂直层叠结构,二者共用一个多晶SiGe栅电极。分析了该结构的电学特性与器件的几何结构参数和材料物理参数的关系,而且还给出了这种器件结构作为反相器的一个应用,模拟了其传输特性。结果表明所设计的垂直层叠共栅结构应变Si/SiGe HCMOS结构合理、器件性能提高。

双应变SiGe/Si异质结CMOS的设计及其电学特性的Medici模拟(英文)

本文提出一种沟道长度为0.125μm的异质结CMOS(HCMOS)器件结构。在该结构中,压应变的SiGe与张应变的Si分别作为异质结PMOS(HPMOS)与异质结NMOS(HNMOS)的沟道材料,且HPMOS与HNMOS为垂直层叠结构;为了精确地模拟该器件的电学特性,修正了应变SiGe与应变Si的空穴与电子的迁移率模型;利用Medici软件对该器件的直流与交流特性,以及输入输出特性进行了模拟与分析。模拟结果表明,相对于体SiCMOS器件,该器件具有更好的电学特性,正确的逻辑功能,且具有更短的延迟时间,同时,采用垂直层叠的结构此类器件还可节省约50%的版图面积,有利于电路的进一步集成。

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。

SiGe/Si异质pn结的反向C-V特性研究

对SiGe/Si异质pn结的反向C-V特性从理论和实验上进行了研究,建立了SiGe/Si异质pn结的反向C-V特性灰色系统GM(1,1)模型,模型与实验数据符合良好,精确度较高.

SiGe/Si异质结双极晶体管工艺技术研究

介绍了多晶硅发射极双台面SiGe/Si异质结双极晶体管制作工艺流程。通过对LPCVD在n型Si衬底上外延生长SiGe合金层作为异质结双极晶体管基区、自中止腐蚀工艺制作发射区台面、多晶硅n型杂质掺杂工艺制作发射极、PtSi金属硅化物制作器件欧姆接触等工艺技术进行研究,探索出关键工艺的控制方法,并对采用以上工艺技术制作的多晶硅发射极双台面SiGe/Si异质结双极晶体管进行了I-V特性及频率特性测试。结果显示该器件饱和压降小,欧姆接触良好,直流电流放大倍数β随Ic变化不大,截止频率最高达到11.2 GHz。

SiGe外延层中硼注入和退火

对采用快速加热、超低压－化学汽相淀积（ＲＴＰ／ＶＬＰ－ＣＶＤ）技术生长的Ｓｉ０．８Ｇｅ０．２／Ｓｉ应变外延层进行硼注入，注入能量为４０ｋｅＶ，注入剂量为２．５×１０１４ｃｍ－２。然后，进行不同时间、不同温度的快热退火（ＲＴＡ）和稳态炉退火。结果表明，ＲＴＡ优于稳态炉退火，其最佳条件是：退火时间为１０ｓ，退火温度范围为７５０℃～８５０℃，或者退火温度为７００℃，时间为４０ｓ，基本可消除由注入引起的损伤，获得约３００ｃｍ２／Ｖ·ｓ的空穴迁移率以及近１００％的激活率。

Si/SiGe/Si双异质结晶体管(HBT)的负阻特性

同质结硅双极晶体管在共射极状态下工作中 ,在高集电极———发射极电压、大电流下 ,由于热电正反馈 ,容易发生热击穿 ,这限制了晶体管的安全工作区域。本文报道了在大电流下 ,由于热电负反馈 ,重掺杂基区Si/SiGe/HBT出现了负阻特性 ,并对这一现象进行了新的解释 ,认为这是由于大电流下耗散功率增加 ,基区俄歇复合导致电流增益随温度增加而减小的结果 .这一现象有利于改善大电流下双极晶体管的抗烧毁能力 。

版图尺寸对SiGe/Si HBT高频噪声特性的影响

从实验上研究了版图尺寸对Si／SiGeHBT高频噪声特性的影响。结果表明，在现有工艺条件下，减少外基区电阻（即减少发射极与基区间距），对降低高频噪声很显著。增加基极条数、增加条长也可减少基极电阻，降低高频噪声。发射极条宽从2μm减少为1μm，对噪声的改善很有限。对1μm或2μm条宽，40μm条长的5个基极条或9个基极务的SiGeHBT，在片测试表明，频率从0．4GHz增加到1．2GHz，噪声系数在2．5～4．6dB之间变化。

功率SiGe/Si HBT的温度特性

测量了Si／SiGeHBT在23-260℃温度范围内的Gummel图、理想因子n、不同基极电流下的发射结电压VBE、电流增益β、共发射极输出特性，以及Early电压U的变化情况。结果表明，随电流和温度的增加，β减少，％随温度的变化率dVBE／dT小于同质结Si BJT。在高集电极-发射极电压和大电流下，在输出特性曲线上观察到了负微分电阻（NDR）特性。结果还显示，电流增益-Early电压积与温度的倒数（1／T）呈线性关系，这对模拟电路应用是很重要和有用的。

多发射极条功率SiGe HBT的热电耦合与优化设计

利用自洽迭代数值计算方法,对多发射极微波功率SiGe HBT芯片热电耦合特性进行了模拟和分析。结果表明,通过对晶体管发射极条长、条间距的调整,可以有效地改善芯片温度分布的不均匀性,提高晶体管的热稳定性和功率处理能力。

SiGe/Si异质结缺陷的光致发光研究

本文用光致发光(PL)光谱对Si0.87Ge0.13/Si异质结的缺陷进行了研究。对PL光谱中与SiGe外延层应变驰豫产生的失配位错相关的D-Band进行了分析,发现应变驰豫同时在SiGe层和Si衬底中诱生了位错。由于在PL光谱中观察到了D1而没有观察到D2,因此D1,D2很可能并不对应于相同的位错。通过进一步的分析,我们推测引起SiGe/Si异质结的PL光谱中D-Band的位错的微观结构很可能和Si-Si相关。

微波功率SiGe HBT研究进展

Si的热导率比大部分化合物半导体(如GaAs)的热导率高,SiGe HBT在一个较宽的温度范围内稳定,SiGe HBT的发射结电压VBE的温度系数dVBE/dT比Si的小,双异质结SiGe HBT本身具有热-电耦合自调能力,所加镇流电阻可以较小,所有这些使SiGe HBT比GaAs HBT和SiBJT在功率处理能力上占一定优势。文章对微波功率SiGe HBT一些重要方面的国内外研究进展进行评述,希望对从事微波功率SiGe HBT的研究者有所帮助。

SiGe/Si异质结的基本特性及其探测器的应用前景

综述了SiGe应变层的基本性质,包括SiGe应变层的临界厚度与超晶格的稳定性、带隙和能带变化、折射率增量以及等离子色散效应。总结了材料生长中释放应力的两种形式,包括位错和表面起伏。最后介绍了SiGe/Si应变量子阱光电探测器和红外焦平面阵列探测器的进展及其应用前景。

SiGe/Si异质结PIN顶注入电光调制器的数值分析

针对电光调制器的调制效率低造成调制器的驱动电压较高的问题。文中基于等离子色散效应理论,利用计算机辅助设计模拟方法,设计了一种SiGe/Si异质结PIN顶注入硅基电光调制器,分析了不同结构尺寸、掺杂浓度下折射率变化、吸收系数变化和衰减等影响。研究结果表明:该器件有效增大了折射率变化和吸收系数变化,增强了电光调制器的等离子体色散效应,提高了硅基调制器的调制效率。SiGe/Si异质结PIN顶注入电光调制器的20dB衰减所需的驱动电压从1.24V降到0.99V,其调制效率约为硅基调制器的1.25倍,SiGe/Si异质结可以有效增强等离子体色散效应,提高电光调制器的调制效率,改善电光调制器的性能。

GeSi/Si共振隧穿二极管

GeSi/Si共振隧穿二极管主要包括空穴型GeSi/SiRTD、应力型GeSi/SiRTD和GeSi/Si带间共振隧穿二极管三种结构。着重讨论了后两种GeSi/Si基RTD结构;指出GeSi/Si异质结的能带偏差主要发生在二者价带之间(即ΔEv>ΔEc),形成的电子势阱很浅,因此适用于空穴型RTD的研制;n型带内RTD只有通过应力Si或应力GeSi来实现,这种应力型RTD为带内RTD的主要结构;而带间GeSi/SiRITD则将成为更有应用前景的、性能较好的GeSi/SiRTD器件结构。

单层n型MoS2/p型c-Si异质结太阳电池数值模拟

单层二硫化钼(MoS2)是一种具有优异光电性能的半导体材料,在太阳能能量转换中表现出很大的应用潜力。本文基于AMPS模拟软件,对单层n型MoS2/p型c-Si异质结太阳电池进行了数值模拟与分析。通过模拟优化,n型MoS2的电子亲和能为3.75 eV、掺杂浓度为1018 cm^-3,p型c-Si的掺杂浓度为1017 cm^-3时,太阳电池能够取得最高22.1%的转换效率。最后模拟了n型MoS2/p型c-Si异质结界面处的界面态对太阳电池性能的影响,发现界面态密度超过1011 cm^-2·eV-1时会严重影响太阳电池的光伏性能。

非掺杂型Si/SiGe异质结外延与表征

以自旋为编码单元的硅基半导体量子计算与传统微电子工艺兼容,易拓展且可以同位素纯化提高退相干时间,因而备受关注.本研究工作通过分子束外延生长了高质量非掺杂型Si/SiGe异质结并测试了二维电子气迁移率.球差电镜观察到原子级尖锐界面,原子力显微镜表征显示其表面均方根粗糙度仅为0.44 nm,低温下迁移率达到20.21×10^(4)cm^(2)·V^(–1)·s^(–1).不同栅压下载流子浓度和迁移率的幂指数为1.026,材料丁格比值在7—12之间,表明载流子主要受到背景杂质散射和半导体/氧化物的界面散射.

pn结电容-电压法测量应变SiGe禁带宽度

利用应变SiGe Si异质pn结电容 电压 (C V)特性确定SiGe禁带宽度的技术 .该技术根据SiGe Si异质pn结C V实验曲线 ,计算出pn结接触电势差 ,并得到SiGe Si的价带偏移量和导带偏移量 ,进而求得SiGe禁带宽度 .该技术测试方法简便 ,其过程物理意义清晰 ,既适用于分立的SiGe Si异质pn结 ,也可直接分析SiGe Si异质结器件中的SiGe禁带宽度 .实验结果与理论计算及其他相关文献报道的结果符合较好 .

硅基低维材料的可见光发射机理探讨

Si的可见光发射是半导体发光材料研究中的一个新课题。文中从能带工程的角度出发，着重讨论了SiGe应变层异质结、Si量子细线、Si纳米团簇以及Si－O化合物年维体系的可见光发射机理，并进而探讨了提高这些娃基低线材料发光效率的可能途径。