SiGe异质结晶体管频率特性模型研究

在分析载流子输运和分布的基础上,建立了SiGe异质结晶体管(HBT)各时间常数模型;在考虑发射结空间电荷区载流子分布和集电结势垒区存在可动电荷的基础上,建立了SiGeHBT发射结势垒电容模型和不同电流密度下包括基区扩展效应的集电结势垒电容模型。对SiGeHBT特征频率及最高振荡频率与电流密度、Ge组分、掺杂浓度、结面积等之间的关系进行了模拟,对模拟结果进行了分析和讨论。

多发射极Si/SiGe异质结晶体管

在硅衬底上外延生长一层Si_(1-x)Ge_x合金材料,它的带隙随组分x的增加而变窄,如果用Si_(1-x)Ge_x窄带材料作晶体管基区,利用硅作为集电极和发射极构成双极晶体管,就可以很容易实现器件的高频、高速、大功率。设计了一种以Si/Si_(1-x)Ge_x/Si为纵向结构,梳状10指发射区为横向结构的异质结晶体管,利用双台面工艺方法制造出具有如下参数的器件:电流增益β=26、V_(CB)=7V、I_(CM)≥180mA、f_T≤ 2GHz,实现了高频大功率,充分显示出Si/Si_(1-x)Ge_x材料的优越性。

Si/SiGe异质结晶体管的参数提取与特性模拟

用实验测量和理论计算相结合的方法提取了Si/SiGe 异质结晶体管的直流和高频参数,分别在PSPICE和MATLAB软件平台上模拟并分析了器件的直流和高频特性,模拟结果与实际测量的结果相吻合,表明本文的提取方法可行、参数提取结果有效。

基于电子温度效应的SiGe、SiGeC异质结晶体管的基区渡越时间模型

提出了SiGe和SiGeC异质结晶体管基区渡越时间的一种闭式物理模型,该模型考虑了电子温度效应.计入薄基区内强电场(该电场源起于Ge,C元素的掺杂)引起的电子温度变化,得到的基区渡越时间值与漂移-扩散模型有所不同.随着Ge含量的增加,两者的差别不能再忽略.

SiGe基区异质结晶体管电流和频率特性的解析模型

给出了一个适用于分析SiGe基区异质结晶体管电流和频率特性的解析模型,并利用该模型分析了基区掺杂和组分均级变的SiGe异质结晶体管的电流增益、截止频率、最高振荡频率。模型中考虑了由于基区重掺杂和Ge的掺入引起的禁带窄变效应、载流子速度饱和效应。解析模型的计算结果与实验的对比证实了本模型可适用于器件的优化设计和电路的模拟。

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.

InP双异质结晶体管工艺ROM-Less架构14 GHz DDS

介绍了采用ft/fmax为250/280 GHz的0.7μm InP双异质结晶体管工艺的14 GHz 8bit ROM-Less直接数字频率合成器。电路采用正弦加权非线性数模转换器实现了一种ROM-Less相幅转换,充分发挥了InP-DHBT技术在中大规模混合信号集成电路中的速度优势。为降低功耗,采用了简化的流水线相位累加器。在整个频率控制字范围内,测试得到的平均无杂散动态范围为24.8 dBc。该电路由2122个晶体管组成,功耗为2.4 W,其优值系数为5.83 GHz/W。

薄基区异质结晶体管的负阻特性与分析

采用分子束外延方法生长了8 nm基区的InGaP-GaAs双异质结材料,研制成具有负阻特性的异质结晶体管．该晶体管可以集成在高速高频的数字逻辑电路中,大大减少了器件数目．讨论了薄基区负阻异质结晶体管的负阻特性及其物理机制．器件负阻特性的产生与其结构密切相关,包括导带势垒尖峰和基区宽度负反馈效应．推出了物理公式,并且使用PSPICE模拟软件建立了电路模型．模拟结果符合制作器件的测量结果．

耗尽型选择性掺杂异质结晶体管

设计和研制了耗尽型选择性掺杂异质结晶体管。外延选择性掺杂材料是由本所Fs-Ⅲ型分子束外延炉生长的。制作器件的材料在室温下,霍尔测量的电子迁移率为6500cm^2/v·s,二维薄层电子浓度n_s=9×10^(11)cm^2。在77K时μ_n=75000cm^2/v·s。测量了具有栅长1.2—1.5μm,栅宽2×180μm耗尽型异质结器件的直流特性和器件的跨导,室温下g_m=110～130ms/mm,而低温77K时,可达到200ms/mm。

负阻异质结晶体管的模拟与实验

采用MBE方法生长了8nm基区的InGaP/GaAs双异质结材料,研制成具有负阻特性的异质结晶体管.在恒压恒流条件下均观察到了负阻特性并对其物理机制进行了讨论.推导出集电极电流IC与VCE的关系表达式,讨论了负阻与器件结构和参数的关系.使用PSPICE模拟软件建立电路网表模型,代入推导出的ICVCE公式进行模拟,模拟结果与器件的测量结果十分接近.

异质结晶体管的设计与性能

本文较详细地讨论了异质结晶体管的设计原理、材料选用和结构设计。在能带设计方面对宽发射区、缓变基区和多种收集区分别进行了讨论,比较了不同能带结构的优缺点。文章以晶体管的特征频率f_T和最高振荡频率f_(max)为例分析和比较了Ge/GaAs,Si/α-Si,GaAs/GaAlAs,InGaAsP/InP四种异质结晶体管的频率特性潜力。文章最后对目前常用的台面结构、平面结构、倒置结构作了介绍,并分析了它们的优缺点,简介了异质结的发展现状和发展方向。

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.

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.

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异质结微波功率晶体管

本文述评了SiGe异质结微波功率晶体管的特性、结构、工艺及研究进展。

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。

基于SiGe异质结的双极型晶体管设计

为了集成电路的低成本和高性能设计,文章通过设计SiGe异质结双极晶体管的结构和工艺,给出了微波无线通讯系统的集成方案,从而解决了现行Si器件在高频领域的噪声、速度和带宽问题,同时为CMOS的兼容性提供了技术保障。

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。

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。