SiGe HBT 60Co γ射线辐照效应及退火特性

研究了国产SiGe异质结双极晶体管(HBT)60Co γ射线100Gy(Si)～10kGy(Si)总剂量辐照后的辐照效应及辐照后的退火特性.测试了辐照及退火后的直流电参数.实验结果显示,辐照后基极电流(Ib)明显增大,而集电极电流(Ic)基本不变,表明Ib的增加是电流增益退化的主要原因.退火结果表现为电流增益(β=Ic/Ib)继续衰降,表明SiGe HBT具有"后损伤"效应.对其机理进行了探讨,结果表明其主要原因是室温退火中界面态继续增长引起的.     

SiGe HBT与Si BJT的~(60)Co射线总剂量辐照效应比较

研究了国产结构参数近似的SiGe HBT与Si BJT在60Coγ射线辐照前和不同剂量辐照后性能的变化,并作了比较。辐照后集电极电流Ic变化很小,基极电流Ib明显增大,表明辐照后电流增益的下降主要是由于Ib的退化所导致。当辐照剂量达到10kGy(Si)时,SiGe HBT和Si BJT的最大电流增益分别下降为77%和55%,表明了SiGe HBT具有比Si BJT更好的抗γ射线辐照性能。对辐射损伤机理进行了探讨。     

SiGe HBT和Si BJT的γ射线辐照效应比较

比较了经剂量为400 krad(Si)的Y射线辐照后SiGe HBT和Si BJT直流电学性能的变化.通常SiGe HBT辐照后的Ib增加,Ic下降,直流放大倍数变化很小;Si BJT辐照后的Ib增加,而Ic通常也增加,并且变化幅度很大,直流放大倍数明显下降,相同剂量下变化幅度比SiGe HBT约高一个量级.表明SiGe HBT比Si BJT有更好的抗辐照性能,并对辐照导致的电特性的变化原因进行了初步解释.     

SiGe HBT 60Co γ辐照总剂量效应

测量了SiGe HBT直流增益在60Coγ辐照过程中随剂量及器件电流注入水平的变化。实验结果显示在累计辐照剂量超过5 000 Gy(Si)后,器件电流增益变化与辐照剂量存在线性反比关系,且增益损伤系数与器件电流注入水平有关;器件在受到总剂量为2.78×104Gy(Si)辐照后,器件静态基极电流Ib、集电极电流Ic、静态直流增益及最大振荡频率fmax出现不同程度退化;但器件其他电参数如截止频率fT、交流增益|H21|及结电容(CCBO)与辐照前相比未出现显著退化。利用MEDICI数值模拟分析了SiGe HBT参数退化机理。     

SiGe HBT的脉冲中子及γ辐射效应

测量了反应堆脉冲中子及γ辐照SiGe HBT典型电参数变化.在反应堆1×1013cm-2的脉冲中子注量和256.85Gy(Si)γ总剂量辐照后,SiGe HBT静态共射极直流增益减小了20%.辐照后基极电流、结漏电流增大,集电极电流、击穿电压减小.特征截止频率fT基本不变,fmax略有减小.初步分析了SiGe HBT反应堆脉冲中子及γ辐射的损伤机理.     

SiGe HBT的脉冲中子及γ辐射效应

测量了反应堆脉冲中子及γ辐照SiGe HBT典型电参数变化.在反应堆1×1013cm-2的脉冲中子注量和256.85Gy(Si)γ总剂量辐照后,SiGe HBT静态共射极直流增益减小了20%.辐照后基极电流、结漏电流增大,集电极电流、击穿电压减小.特征截止频率fT基本不变,fmax略有减小.初步分析了SiGe HBT反应堆脉冲中子及γ辐射的损伤机理.     

辐照对SiGe HBT增益的影响

比较了电子和γ射线辐照后SiGe HBT和Si BJT直流增益β的变化.在Vbe≤0.5V时,较高剂量辐照时SiGe HBT的放大倍数辐照损伤因子d(β)为负;在Vbe≥0.5V时,SiGe HBT的d(β)远比Si BJT的小.SiGe HBT有更好的抗辐照性能.针对测得的一些电子陷阱对辐照致性能变化的影响进行了讨论.     

辐照对SiGe HBT增益的影响

比较了电子和γ射线辐照后SiGe HBT和Si BJT直流增益β的变化.在Vbe≤0.5V时,较高剂量辐照时SiGe HBT的放大倍数辐照损伤因子d(β)为负;在Vbe≥0.5V时,SiGe HBT的d(β)远比Si BJT的小.SiGe HBT有更好的抗辐照性能.针对测得的一些电子陷阱对辐照致性能变化的影响进行了讨论.     

SiGe HBT瞬时剂量率效应实验及仿真研究

锗硅异质结双极晶体管(SiGe Heterojunction Bipolar Transistor,SiGe HBT)由于其优异的温度和频率特性,在航空航天等极端环境中具有良好的使用前景,其辐射效应得到了广泛关注。针对KT9041 SiGe HBT进行了瞬时γ射线及脉冲激光辐照实验,获得其瞬时剂量率效应(Transient Dose Rate Effect,TDRE)响应。实验结果表明,SiGe HBT收集极在辐照下会产生明显的光电流脉冲,并且存在着饱和阈值的现象。此外,在脉冲激光辐照实验中还进行了SiGe HBT总剂量效应与瞬时剂量率效应的协同效应研究。发现SiGe HBT在经过总剂量辐照后其产生的光电流幅值会变大。为了分析实验中观察到的现象,应用TCAD建立了KT9041 SiGe HBT的仿真模型,并进行了瞬时γ射线辐照以及总剂量效应仿真研究。仿真发现,SiGe HBT收集极光电流出现的饱和现象是由示波器端口50 Ω匹配电阻所造成的。而总剂量效应导致的光电流幅值变大则是由于总剂量效应会在SiGe HBT收集极电极处的Si/SiO₂界面引入正电荷缺陷,正电荷缺陷产生的局部电场会对自由电子产生吸引作用,导致更多的自由电子被收集极收集,从而产生幅值更大的光电流。     

微波功率SiGe HBT的温度特性

通过研究SiGe异质结双极型晶体管(HBT)的温度特性,发现SiGe HBT的发射结正向电压随温度的变化率小于同质结Si双极型晶体管(BJT).在提高器件或电路热稳定性时,SiGe HBT可以使用比Si BJT更小的镇流电阻.同时SiGe HBT共发射级输出特性曲线在高电压大电流下具有负阻特性,而负阻效应的存在可以有效地抑制器件的热不稳定性效应,从而在温度特性方面证明了SiGe HBT更适合于微波功率器件.