具有高电流增益-击穿电压优值的新型应变Si/SiGe HBT

为了改善器件的高压大电流处理能力,利用SILVACOTCAD建立了应变Si/SiGe HBT模型,分析了虚拟衬底设计对电流增益的影响.虚拟衬底可在保持基区-集电区界面应力不变的情况下实现基区Ge组分的高掺杂,进而增大电流增益.但器件的击穿电压仍然较低,不利于输出功率的提高和系统信噪比的改善.考虑到集电区设计对电流增益影响不大但与器件击穿电压密切相关,在采用虚拟衬底结构的同时,对器件的集电区进行选择性注入设计.该设计可在集电区引入横向电场,进而提高击穿电压.结果表明:与传统的SiGe HBT相比,新器件的电流增益和击穿电压均得到显著改善,其优值β·V_(CEO)。改善高达14.2倍,有效拓展了微波功率SiGe HBT的高压大电流工作范围.     

SiGe HBT双端口网络参数模型和模拟

针对等效电路模型中应用频率范围窄、精度低以及在高频器件分析过程中与网络分析法的兼容性差等问题,由交流I-V方程出发,推导得到使用散射参数描述的锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT)的双端口网络参数模型．着重分析了Si／SiGe异质结和基区结构对器件交流性能的作用,并尽量避免省略物理量和对频率上限的限制．与等效电路模型相比,模型的频域精度由半定量提高至优于5％,并将适用频率由特定范围扩展至只计入本征参数时的特征频率fT,涵盖全部SiGe HBT的小信号工作频段,为器件的设计、优化和应用提供了一种宽频带和高精度的定量模拟方法．     

宽温区高热稳定性SiGe HBT的基区优化设计

为了提高SiGe异质结双极型晶体管(heterojunction bipolar transistors,HBTs)电流增益和特征频率温度热稳定性,首先研究基区杂质浓度分布对基区Ge组分分布为矩形分布的SiGe HBT电流增益和特征频率温度敏感性的影响,基区峰值浓度位置逐渐向集电极靠近可削弱器件的电流增益和特征频率对温度变化的敏感性.随后在选取基区峰值杂质浓度靠近集电极处分布的基础上,研究基区Ge组分分布对SiGe HBT的电流增益和特征频率温度敏感性的影响,减小基区发射极侧Ge组分和增加基区Ge组分梯度可削弱SiGe HBT的电流增益对温度变化的敏感性,增加基区发射极侧Ge组分的摩尔分数和减小基区Ge组分梯度可削弱SiGe HBT的特征频率对温度变化的敏感性.在此研究结果基础上,提出了一种新型基区Ge组分分布的SiGe HBT,它拥有较高的电流增益和特征频率且其温度敏感性较弱.     

高热稳定性多发射极功率SiGe HBT的研制

成功研制出具有非均匀发射极条间距结构的多发射极功率SiGe 异质结双极晶体管（HBT）,用以改善功率器件热稳定性。实验结果表明,在相同的工作条件下,与传统的均匀发射极条间距结构HBT相比,非均匀发射极条间距结构HBT的峰值结温降低了15.87K。对于同一个非均匀发射极条间距结构SiGe HBT,在不同偏置条件下均能显著改善有源区温度分布。随着偏置电流IC的增加,非均匀发射极条间距结构SiGe HBT改善峰值结温的能力更为明显。由于峰值结温的降低以及有源区温度分布非均匀性的改善,非均匀发射极条间距功率SiGe HBT可以工作在更高的偏置条件下,具有更高的功率处理能力。     

基于超结结构的肖特基势垒二极管

在功率半导体器件中,高的反向击穿电压和低的正向导通电阻之间的矛盾关系是影响其发展的主要因素之一,选用超结结构替代功率半导体器件中的传统电压支持层能够有效缓解这一矛盾关系。该文设计和实现了一种超结肖特基二极管,其中的电压支持层采用P柱和N柱交替构成的超结结构。在器件的制作方面,选用成熟的单步微电子工艺,通过4次N型外延和4次选择性P型掺杂来实现超结结构。为便于对比分析,设计传统肖特基二极管和超结肖特基二极管的电压支持层厚度一致,且超结结构中P柱和N柱的杂质浓度均和传统肖特基二极管的电压支持层浓度一致。测试得到传统肖特基二极管的反向击穿电压为110 V,而超结肖特基二极管的反向击穿电压为229 V。表明采用超结结构作为功率半导体器件的电压支持层能够有效提高反向击穿电压,同时降低器件的正向导通电阻,并且当P柱区和N柱区内的电荷量一致时器件的击穿电压最高。     

改善放大器噪声性能的SiGe HBT几何参数优化设计

研究有源器件SiGe HBT的几何参数对单片低噪声放大器(LNA)噪声性能的影响.基于0.35μm SiGeBiCMOS工艺,研制了4款采用不同几何参数的SiGe HBT LNA.实验结果显示,在给定的偏置条件下,当发射极宽长比较小时,小范围改变发射极宽度对噪声系数(NF)改善微弱,但适当增长发射极条长和增加发射极条数明显降低了NF,且不牺牲增益.另外,与采用其他几何尺寸的SiGe HBT LNAs相比,选用器件发射极面积为AE=4μm×40μm×4的LNA性能最优,在0.2～1.2 GHz内获得低至2.7 dB的噪声系数,高达26.7 dB的相关增益和最接近于50Ω的最佳噪声源阻抗.由于没有使用占片面积大的电感,放大器芯片面积仅为0.2 mm2.     

普通台面工艺制作新型超薄基区负阻HBT

负阻型HBT既保持了原HBT高频、高速的特点,同时又具有负阻、双稳、自锁等特性,是一种极具研究价值的新型负阻器件。该文从Early效应造成超薄基区穿通,器件由双极工作状态向体势垒管工作状态转变从而形成负阻特性的思路出发,通过对材料结构的特殊设计,采用普通台面工艺研制出了基区厚度为8 nm的负阻型HBT。该器件具有独特且显著的可变电压控制型负阻特性,其电流峰谷比大于1000,并伴有电流控制型负阻。     

不同栅压下NMOS器件的静电防护性能

针对金属硅化物亚微米工艺,研究当静电自保护输出驱动中NMOS器件的栅极处于不确定电压时的静电防护能力.在0.35μmCMOS工艺下,设计不同尺寸的NMOS静电防护器件,采用传输线脉冲(TLP)测试系统测量NMOS器件在不同栅压下的电流-电压曲线.借助半导体器件仿真软件ISE-TCAD对器件进行瞬态仿真,得出在不同栅压下的电场强度分布.分析表明,栅压使得电流更趋于表面流动而降低NMOS静电防护器件的二次击穿电流.在设计回跳型栅极耦合NMOS静电防护器件时,辅助触发电路的RC时间常数应该控制在50ns左右.     

空间矢量PWM逆变器死区效应分析与补偿方法

针对电压源型空间矢量脉宽调制逆变器的死区效应，提出了一种根据电流矢量判断电流极性的死区补偿方法．分析了因死区时间、功率器件导通关断时间引起的误差电压矢量，在不同的电压矢量扇区内根据电流极性的不同，通过矢量合成的方法得出了误差电压矢量的幅值，给出了该矢量和三相电流极性的对应关系，并在静止参考轴系内完成了补偿算法.结果表明，死区效应引起了逆变器输出电压波形畸变，引起了电机电流波形畸变和转矩脉动.该补偿方法能有效改善电机导流波形，提高了逆变器的输出性能．     

聚合膜/无机膜异质结电致发光机理研究

针对聚合物电致发光材料缺乏可用的电子型聚合物半导体材料的现状，采用无机电子型半导体材料ZnO:Zn与空穴型聚合物材料PDDOPV[poly(2,5-bis(dodecyloxy)-phenylenevinylene)]成功制备了结构为ITO／PDDOPV／ZnO：Zn/Al的异质结双层器件，异质结器件的发光效率与单层器件P的发光效率的比值在电压为8V时达到最高值38.6倍，此时异质结器件的亮度是器件P的19.4倍，异质结的电流是单层器件的0.5倍。结果表明，ZnO:Zn薄膜的插入，确实能够起到输运电子和阻挡空穴从而降低器件电流水平，提高器件发光效率的作用，而且，聚合物膜／无机膜异质结器件的发光颜色是随着电压的增加而蓝移的。研究认为有可能是形成了新的发光基团。     

基于自对准和空气桥工艺的SiGe HBT研究

采用基区及发射区自对准和空气桥技术,降低了SiGe异质结晶体管器件的基极电阻及集电极和基极之间的结电容,提高了SiGe异质结晶体管器件的最高振荡频率fmax.以分子束外延SiGe材料为基础,研制出了SiGe异质结晶体管器件,取得了fmax为124.2GHz的结果.     

基于可动电荷的SiGe HBT势垒电容

当SiGe HBT处于交流放大状态时,发射结空间电荷区和集电结空间电荷区存在可动电荷,因此,在考虑它们的势垒电容时,应采用微分电容．另外,集电结势垒区宽度与电流密度密切相关,依据电流密度该电容有3种情况．在SiGe HBT载流子输运基础上,建立了考虑发射势垒区载流子分布的势垒电容模型和不同电流密度下的集电结势垒电容模型．     

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。     

发射极指分段与非均匀指间距组合的SiGe HBT设计及热分析

为了增强多发射极指S iGe HBT的热稳定性,提出了发射极指分段与非均匀指间距组合的新型器件结构.使用有限元方法对新型结构的S iGe HBT进行热分析,得到了发射极指上的三维温度分布.结果表明,与传统的完整结构及发射极指分段和均匀指间距组合的结构相比,新型结构明显降低了最高结温,温度分布更加均匀,使有源区整体热流分布更加均匀合理,有效地提高了器件的热稳定性.     

SiGe／Si HBT的直流特性分析

应用＂掺杂工程＂和＂带隙工程＂各自的特点，设计了一种独特的基区双向高速输运的ＳｉＧｅ／Ｓｉ　ＨＢＴ层结构，并利用此结构在３μｍ工艺线上做出了性能良好的ＳｉＧｅ／Ｓｉ　ＨＢＴ。其主要直流参数为：室温共发射极最大电流增益βｍａｘ（３００Ｋ）可达３００，低温βｍａｘ（７７Ｋ）可达８０００，厄利电压３００Ｖ，漏电流在ｎＡ量级，均为国际先进水平。同时，给出了ＳｉＧｅ／ＳｉＨＢＴ的室温（大注入，小注入），低温（大注入，小注入）的输出特性曲线，进行了对比分析，详细讨论了影响室温β，低温β及其它直流参数的主要因素。     

SiGe HBT直流特性模型研究

在求解漂移扩散方程的基础上,建立了全面系统的SiGe HBT直流特性模型及物理意义清晰的各电流解析表达式．所建立的SiGe HBT直流特性的各电流模型均适应大注入及小注入情况．模拟分析了基区掺杂浓度及Ge组分对电流密度的影响,模拟结果表明,基区掺杂浓度的增加减小了集电极电流、增大了中性基区复合电流,从而降低了电流增益;而Ge组分越高,集电极电流密度就越大,从而提高了SiGe HBT的电流增益．模拟了基区发射结侧Ge组分及发射区掺杂浓度对基区空穴反注入电流密度的影响,结果表明,提高Ge组分能明显减小空穴反注入电流,获得更高的电流增益．     

Ku波段高效率功率可调空间行波管研制

伴随着卫星通信系统对可变且高效载荷的需求,空间行波管放大器将加速由单机专用模式向功率可调多任务模式发展。为解决功率可调空间行波管在不同输出功率条件下保持高效率的设计难点,针对某Ku波段螺旋线辐冷型空间行波管开展了功率可调高效率的研究。通过设计提高行波管在不同阳极电压下的电子效率、收集极效率和电子流通率,使Ku波段行波管在500 MHz工作带宽内连续波输出功率大于150 W,总效率大于68%,输出功率回退3 dB时整管效率大于60%。