pnp型SiGe HBT特性与Ge组分分布的相关性

在进行pnp型SiGe HBT的设计时,通过改变基区Ge组分改变能带结构,从而获得较高的电流增益和截止频率。本文就基区中Ge组分分布的三种形式:三角形、梯形、矩形进行计算机模拟并对结果进行讨论,发现其他条件相同时,梯形分布的pnp SiGe HBT的放大系数最大,而且梯形和三角形随Ge组分的增大而增大,但是矩形分布在Ge组分增大到一定数值后开始减小,而特征频率情况类似。     

基区Ge组分分布对SiGe HBT热学特性的影响

建立了SiGe HBT热电反馈模型,对基区Ge组分矩形分布、三角形分布和梯形分布的SiGe HBT的热特性进行研究。结果表明,在Ge总量一定的前提下,Ge组分为三角形和梯形分布结构的SiGe HBT峰值温度较低、温差较小,温度分布的均匀性优于Ge组分矩形分布结构的SiGeHBT,具有更好的热特性。对不同Ge组分分布下器件增益与温度的依赖关系进行研究,发现当基区Ge组分为三角形和梯形分布时,随着温度升高,器件增益始终低于Ge组分矩形分布的器件,且增益变化较小,提高了器件的热学和电学稳定性,扩大了器件的应用范围。     

基区不同Ge组分分布的多指SiGe HBT热学特性

基于半导体器件仿真工具SILVACO TCAD,研究了三种常见的基区Ge组分分布(矩形、梯形和三角形)对多指功率SiGe异质结双极型晶体管(HBT)的热学特性的影响。结果表明,基区Ge组分为梯形分布和三角形分布的多指SiGe HBT的增益随温度变化比较平缓,各发射极指的峰值温度明显小于矩形分布的各指峰值温度,器件纵向和表面温度分布也更加均匀,因此,与矩形分布相比,梯形分布和三角形分布的多指SiGe HBT在热学特性上有了很大的改善,电学特性也相对热稳定。在这三种结构中,梯形分布可以更好地兼顾增益特性和热学特性。     

基区Ge组分分布对SiGe pnp HBT的影响

采用SiGe异质结结构提高pnp晶体管的性能,重点研究了Ge组分在基区的三角形分布对晶体管电流增益β和特征频率fτ的影响。三角形分布,又分为起点为零和不为零两种情况。同时为了消除集电结处SiGe异质结的价带势垒对空穴输运的影响,Ge组分向集电区延伸进一步提高了晶体管的性能。得到最大电流增益β可达150和特征频率fτ可达15GHz的pnp SiGe HBT,可以广泛地应用到通信、微波和射频领域。     

SiGe和SiGeC HBT速度过冲模型

建立了超薄基区SiGe和SiGeC HBT的速度过冲模型。通过求解能量平衡方程,得到电子温度分布,B-C结附近的电子温度远高于晶格温度。Ge的分布对SiGeC BHT速度分布影响很大,对于线性分布,Ge梯度越大,速度过冲越明显;Ge梯度一样时,线性分布比梯形分布的速度大。梯形分布的Si Ge HBT基区也发生速度过冲。SiGeC HBT速度过冲现象与SiGeC HBT相似。     

p型重掺杂应变Si1-xGex基区内建电场的物理机制

采用解析的方法计算了在基区掺杂为高斯分布,Ge组分分布为三角形分布和矩形三角形分布时基区内建电场的变化情况.重新拟合了价带有效态密度公式,并在计算内建电场时考虑了导带有效态密度的影响.发现加入Ge组分后引起的导带有效态密度变化、价带有效态密度变化以及禁带宽度变窄量变化对基区内建电场的影响要大于掺杂对内建电场的影响.Ge组分为三角形分布时,在总的Ge组分一定的条件下,内建电场从发射结到集电结逐渐变大.在任一给定位置x处,内建电场随着Ge组分的增加而增大.当Ge组分分布为矩形三角形分布时,对于给定的Ge组分转折点x1,基区内建电场从发射结到集电结缓慢地增大.在Ge组分恒定的区域,内建电场变化甚微,在Ge组分为线性缓变区域的同一位置x处,内建电场随Ge组分转折点x1的增大而缓慢地增大.此外,在x1附近内建电场变化有一个很大的陡坡.     

p型重掺杂应变Si1-xGex基区内建电场的物理机制

采用解析的方法计算了在基区掺杂为高斯分布,Ge组分分布为三角形分布和矩形三角形分布时基区内建电场的变化情况.重新拟合了价带有效态密度公式,并在计算内建电场时考虑了导带有效态密度的影响.发现加入Ge组分后引起的导带有效态密度变化、价带有效态密度变化以及禁带宽度变窄量变化对基区内建电场的影响要大于掺杂对内建电场的影响.Ge组分为三角形分布时,在总的Ge组分一定的条件下,内建电场从发射结到集电结逐渐变大.在任一给定位置x处,内建电场随着Ge组分的增加而增大.当Ge组分分布为矩形三角形分布时,对于给定的Ge组分转折点x1,基区内建电场从发射结到集电结缓慢地增大.在Ge组分恒定的区域,内建电场变化甚微,在Ge组分为线性缓变区域的同一位置x处,内建电场随Ge组分转折点x1的增大而缓慢地增大.此外,在x1附近内建电场变化有一个很大的陡坡.     

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.     

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劝电荷的基础上，建立了SiGe HBT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SiGe HBT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。     

SiGe HBT基区渡越时间研究

对基于SiGe HBT基区本征载流子浓度和电子迁移率依赖于掺杂、基区Ge组分分布和速度饱和效应的基区渡越时间进行了研究。结果表明,相同Ge组分条件下,基区渡越时间bτ随WB由100 nm减薄到50 nm,降低了74.9%;相同WB,Ge组分为0.15比0.1 Ge组分的bτ减小了33.7%。该研究与其他文献的结果相吻合,可为SiGe HBT基区设计提供一定的理论指导。