SiGe HBT单粒子瞬态TCAD仿真研究

借助于TACD数值仿真,对具有交叉指状结构的锗硅异质结双极型晶体管(SiGeHBT)中由重离子辐射诱导的单粒子瞬态(SET)效应展开了详细的研究.首先分析了重离子辐射诱导的电势和场强的变化,阐明了SiGe HBT中单粒子瞬态机制.然后,通过对比重离子入射至器件不同位置时各电极的瞬态电流和感生电荷的收集情况,确定了集电极/衬底(CS)结及附近区域为SiGe HBT单粒子瞬态的敏感区域.结果表明相对于集电极和衬底的电荷收集,基极和发射极收集的电荷可忽略不计.此外,各电极的瞬态电流和电荷收集还具有明显的位置依赖性.上述结果可为SiGe HBT单粒子效应的抗辐射加固提供有力的指导依据.     

一种用于InGaP/GaAs HBT的简化的VBIC模型

提出一个应用于InGaP/GaAs HBT的简化的VBIC模型,描述了模型参数的提取方法,并把此模型应用于单、多指InGaP/GaAs HBT器件的建模.对器件的I-V特性及50MHz～15GHz频率范围内S参数进行了测量和仿真.结果表明,50MHz～9GHz频率范围内,简化后模型可对InGaP/GaAs HBT交流小信号特性进行较好的表征.     

基区设计对InGaP/GaAs HBT热稳定性的影响

研究了不同基区设计对多发射极指结构功率InGaP/GaAs异质结双极型晶体管热稳定性的影响。以发生电流增益崩塌的临界功率密度为热稳定性判定标准,推导了热电反馈系数Φ、集电极电流理想因子η和热阻Rth与基区掺杂浓度NB、基区厚度dB的理论公式。基于TCAD虚拟实验,观测了不同基区掺杂浓度和不同基区厚度分别对InGaP/GaAs HBT热稳定性的影响。结合理论公式,对仿真实验曲线进行了分析。结果表明,基区设计参数对热稳定性有明显的影响,其影响规律不是单调变化的。通过基区外延层参数的优化设计,可以改进多指HBT器件的热稳定性,从而为多指InGaP/GaAs HBT热稳定性设计提供了一个新的途径。     

双阱CMOS器件单粒子瞬态效应机理研究

介绍了一种65 nm 双阱CMOS工艺设计的六管SRAM单元的抗辐射性能。通过三维有限元数值模拟的方法,分析了SRAM单元的单粒子瞬态效应在NMOS管中的电荷收集过程和瞬态脉冲电流的组成部分,并提出一种高拟合度的临界电荷计算方案。双阱器件共享电荷诱发的寄生双极放大效应对相邻PMOS管的稳定性有着显著的影响,高线性能量传输提高了器件单粒子翻转的敏感性。电学特性表明,全三维器件数值仿真的方法能够有效评估因内建电势突变产生的瞬态脉冲电流。该方法满足器件仿真对精确度的要求。     

减小发射极宽度提高InGaP/GaAs HBT的性能

在发射极宽度为3μm和4μm InGaP/GaAs HBT工艺的基础上,研究了发射极宽度为2μm时发射极与基极之间的自对准工艺,用简单方法制备出了发射极宽度为2μm的InGaP/GaAs HBT.发射极面积为2μm×15μm时器件的截止频率高达81GHz,且集电极电流密度为7×104A/cm2时仍没有出现明显的自热效应.它的高频和直流特性均比发射极宽度为3μm和4μm InGaP/GaAs HBT的有了显著提高,并对器件性能提高的原因进行了分析.     

SiGe HBT单粒子效应关键影响因素数值仿真

针对锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT),采用半导体三维器件数值仿真工具,建立单粒子效应三维损伤模型,研究SiGe HBT单粒子效应的损伤机理,以及空间极端环境与器件不同工作模式耦合作用下的单粒子效应关键影响因素。分析比较不同条件下离子入射器件后,各端口瞬态电流的变化情况,仿真实验结果表明,不同工作电压下,器件处于不同极端温度、不同离子辐射环境,其单粒子瞬态的损伤程度有所不同,这与器件内部在不同环境下的载流子电离情况有关。     

新型恒压控制型负阻HBT的研制进展

研究了HBT产生负阻的可能机制,通过对材料结构和器件结构的特殊设计,采用常规台面HBT工艺,先后研制出3类高电流峰谷比的恒压控制型负阻HBT.超薄基区HBT的负阻特性是由超薄基区串联电阻压降调制效应造成的,在GaAs基InGaP/GaAs和AlGaAs/GaAs体系DHBT中均得到了验证.双基区和电阻栅型负阻HBT均为复合型负阻器件.双基区负阻HBT通过刻断基区,电阻栅负阻HBT通过在集电区制作基极金属形成集电区反型层,构成纵向npn与横向pnp的复合结构,由反馈结构(pnp)的集电极电流来控制主结构(npn)的基极电流从而产生负阻特性.3类负阻HBT与常规HBT在结构和工艺上兼容,兼具HBT的高速高频特性和负阻器件的双稳、自锁、节省器件的优点.     

深亚微米CMOS反相器的单粒子瞬态效应研究

针对小尺寸CMOS反相器的单粒子瞬态效应,分别采用单粒子效应仿真和脉冲激光模拟试验两种方式进行研究。选取一种CMOS双反相器作为研究对象,确定器件的关键尺寸,并进行二维建模,完成器件的单粒子瞬态效应仿真,得到单粒子瞬态效应的阈值范围。同时,开展脉冲激光模拟单粒子瞬态效应试验,定位该器件单粒子瞬态效应的敏感区域,捕捉不同辐照能量下器件产生的单粒子瞬态脉冲,确定单粒子瞬态效应的阈值范围,并与仿真结果进行对比分析。     

新结构InGaP/GaAs/InGaP DHBT生长及特性研究

设计并生长了一种新的InGaP/GaAs/InGaP DHBT结构材料,采用在基区和集电区之间插入n+-InGaP插入层结构,以解决InGaP/GaAs/InGaP DHBT集电结导带尖峰的电子阻挡效应问题。采用气态源分子束外延(GSMBE)技术,通过优化生长条件,获得了高质量外延材料,成功地生长出带有n+-InGaP插入层结构的GaAs基InGaP/GaAs/InGaP DHBT结构材料。采用常规的湿法腐蚀工艺,研制出发射极面积为100μm×100μm的新型结构InGaP/GaAs/InGaP DHBT器件。直流特性测试的结果表明,所设计的集电结带有n+-InGaP插入层的InGaP/GaAs/InGaP DHBT器件开启电压约为0.15V,反向击穿电压达到16V,与传统的单异质结InGaP/GaAs HBT相比,反向击穿电压提高了一倍,能够满足低损耗、较高功率器件与电路制作的要求。     

一个新的单异质结InGaP/GaAs HBT模型

对VB IC B JT模型用于Ⅲ-V族化合物HBT器件建模的可行性进行了讨论和借鉴,结合UCSD HBT模型优点,提出一个新的可精确用于单异质结InGaP/GaAsHBT模型,并用于该类器件建模。测量和模型仿真I-V特性及多偏置条件下多频率点S参数对比结果表明,DC~20GHz频率范围内,新模型可对单、多指InGaP/GaAs HBT器件交流小信号特性进行精确表征。运用所建模型准确的预见了一宽带放大器性能。     

High C-doped base InGaP/GaAs HBTs with improved characteristics grown by MOCVD

The improvement in the emitter-base leakage current of HBTs has been investigated by the use of an InGaP emitter. InGaP/GaAs n-p-n HBT structures with high C-doped bases, grown by MOCVD, have been fabricated and these devices show Gummel plots with near ideal I-V characteristics (n/sub c/=1.00 and n/sub b/=1.09). Measured current gain remains relatively flat over five decades of collector current and its magnitude is greater than unity at collector current as low as 0.1 mu A. The characteristics of these HBTs were compared with fabricated AlGaAs/GaAs HBTs having similar device structure. The superior performance of the InGaP emitter HBT is demonstrated.<>     

Thermal reliability of VCO using InGaP/GaAs HBTs

Degradations of InGaP/GaAs heterojunction bipolar transistor (HBT) collector current and base current subjected to cumulative long-term junction temperature stress are examined experimentally. The aged SPICE model parameters as a function of stress time are extracted from the measurement data. The VCO phase noise, tuning range, and output amplitude are studied in circuit simulation. The phase noise increases, tuning range and output amplitude decrease with increasing junction temperature.     

基于InGaP/GaAs HBT的X波段MMIC功率放大器研制

研制了X波段的InGaP/GaAs HBT单级MMIC功率放大器,该电路采用自行开发的GaAs HBT自对准工艺技术制作.电路偏置于AB类,小信号S参数测试在8～8.5GHz范围内,线性增益为8～9dB,输入驻波比小于2,输出驻波比小于3,优化集电极偏置后,线性增益为9～10dB.在8.5GHz进行连续波功率测试,在优化的负载阻抗条件下,P1dB输出功率为29.4dBm,相应增益7.2dB,相应PAE〉40%,电路的饱和输出功率Psat为30dBm.     

高性能六边形发射极InGaP/GaAs异质结双极型晶体管

六边形发射极的自对准InGaP/GaAs异质结具有优异的直流和微波性能.采用发射极面积为2μm×10μm的异质结双极型晶体管,VCE偏移电压小于150mV,膝点电压为0.5V(IC=16mA),BVCEO大于9V,BVCBO大于14V,特征频率高达92GHz,最高振荡频率达到105GHz.这些优异的性能预示着InGaP/GaAs HBT在超高速数字电路和微波功率放大领域具有广阔的应用前景.     

Direct extraction and numerical simulation of the base andcollector delay times in double heterojunction bipolar transistors

A new method is presented to evaluate the base and collector transit times, τ_B and τ_C in heterojunction bipolar transistors (BBT's) from the phase and magnitude of the common-base current gain, α(ω), which itself was directly extracted from measured S-parameter data. The method is applied to InGaP/GaAs single and double HBT's. A smaller cutoff frequency in the latter device is attributed to τ_B and τ_C due to two effects: trapping of electrons in the conduction band triangular barrier existing at the base-collector (B-C) heterojunction and smaller saturation velocity of electrons in InGaP as compared to GaAs. Finally, a new B-C design of InGaP/GaAs DNBT's is proposed to partially compensate the transit time effects. Numerical simulation of the cutoff frequency demonstrates the superiority of the proposed structure for high-frequency applications     

Further Suppression of Surface-Recombination of an InGaP/GaAs HBT by Conformal Passivation

Conformal passivation on an InGaP/GaAs HBT with significant reduction in the base surface-recombination effect is demonstrated. Not only dc behaviors but also RF performances are remarkably improved compared with the conventional emitter-ledge structure. Based on the conformal passivation, i.e., the base surface is covered by the depleted InGaP ledge structure and sulfur ((NH₄)₂S_x ) treatment, lower base surface-recombination current density, lower specific contact resistance, lower sheet resistance, higher current gain, higher collector current, and higher maximum oscillation frequency are obtained     

低偏置电压工作的自对准InGaP/GaAs功率异质结双极晶体管

介绍L波段、低偏置电压下工作的自对准InGaP/GaAs功率异质结双极晶体管的研制.在晶体管制作过程中采用了发射极-基极金属自对准、空气桥以及减薄等工艺改善其功率特性.功率测试结果显示:当器件工作在AB类,工作频率为2GHz,集电极偏置电压仅为3V时,尺寸为2×(3μm×15μm)×12的功率管获得了最大输出功率为23dBm,最大功率附加效率为45%,线性增益为10dB的良好性能.