pnp高频高反压沟道基区全温晶体管设计与制造

耗尽基区晶体管也称为双极静电感应晶体管(BSIT),其电流放大系数h_(FE)具有负的温度系数。双极结型晶体管(BJT)的h_(FE)具有正温度系数,将BSIJ与BJT并联,采用BJT常规工艺制造了pnp高频高反压沟道基区全温晶体管。 本文描述了这一器件的结构,工作原理,设计与制造。该器件的特点是:当温度T变化时,h_(FE)漂移较小。 测试结果表明,环境温度从25°升到180℃时,器件的h_(FE)随温度T变化率小于35％,优于同类型的常规双极结型晶体管,平均改善20％。当温室从25°降到-55℃时,器件的h_(FE)变化率小于或等于30％     

用1/f噪声预测双极晶体管的h_(FE)漂移失效

对高温贮存和功率老化寿命试验结果的统计分析表明,npn型双极晶体管的电流增益h_(FE)随时间的漂移量与其初始1/f噪声有关.初始1/f噪声越大,则其h_(FE)漂移量也越大.相对漂移量△h_(FE)/h_(FE)与初始1/f噪声谱密度S_(iB)(f)的相关系数远大于它与初始直流参数的相关系数.根据笔者已建立的h_(FE)时间漂移模型,证明h_(FE)漂移与1/f噪声可归因于同一物理起源.据此,1/f噪声测量作为一种快速且非破坏性的手段,可用于双极晶体管h_(FE)漂移失效的早期预测.     

功率晶体管大电流密度下h_(FE)的温度特性

本文指出,在大电流密度下,晶体管h_(FE)可能表现出反常的温度特性,即dh_(FE)/dT<0.认为此种现象的机理是因为基区扩展效应受温度影响.建立了发射极电流分布的数学表达式.用此表达式进行的计算和实际测试说明,h_(FE)负温度系数的出现确实与基区扩展效应相关.所得结果有益于晶体管的设计、制造和使用.     

硅双极型晶体管的直流电流特性

晶体管的电流放大系数h_(FE)要随集电极电流I_C发生变化。在小电流时,h_(FE)随I_c增加而增加;当I_c增加到一定数值时,h_(FE)基本保持不变。但是,当I_c超过某一临界电流数值以后,h_(FE)会快速下降,这种现象在低集电极电压时更为明显。 本文分析了决定硅双极型晶体管电流放大系数h_(FE)的各种因素,讨论了晶体管的大电流特性,并且分析了h_(FE)随I_c增加而下降的各种机理,给出了各种分析模型的数学表达式。     

高电流增益横向PNP晶体管的设计

本篇论文从横向PNP二维近似模型出发,分析和研究影响电流增益h_(FE)的主要因素.在此基础上,设计一块芯片上有几种不同几何形状和尺寸的横向PNP管图形.采用常规集成电路工艺制出BVceo=40V,BVebo=100V,Veb=0.5V(Ic=100μA),h_(FE)=100的横向PNP晶体管.测量结果表明,理论上的估计与实验结果一致.我们发现:设计创造h_(FE)=100并不十分难.关键是如何减少纵向注入和基区复合以及如何提高集电极电流Ic成份.我们认为:设计合理的埋层间隙;合理的横向基区厚度及纵向基区厚度;减少发射区引线孔的几何尺寸是提高h_(FE)的重要途径.本文还介绍几种减少纵向注入的结构和减少复合的手段.     

获得低频晶体管低噪声高增益的途径与措施

闪变噪声和爆裂噪声是晶体管低频噪声的主要来源。散粒噪声和基区电阻的热噪声在低频范围内同样起作用。改善半导体的表面状态、减少晶体中的原生缺陷并控制二次缺陷的诱生及重金属杂质的引入,提高小电流下的直流电流增益h_(FE)、减小晶体管的基区电阻r′_(bb),是实现低频晶体管低频低噪声的主要途径。按这一指导思想制得的晶体管,低频噪声系数N_(FL)≤1.5dB,在I_c=0.1mA下,h_(FE)=200～1200;I_(CEO)可低于100pA,BV_(CEO)<15V。     

可靠控制双极器件hFE和BVceo的工艺技术

在半导体器件的制作中可靠控制双极器件 h_(FE)和 B Vceo 是涉及其成品率以及器件性能与可靠性的一项重要的工艺课题。在提高工艺系统与设备控制精度以减小性能偏差的同时,更为重要的还需要增大 h_(FE)和 B Veco 规范值所允许的工艺偏差范围。本研究通过双极器件性能与结构之间关系的分析说明,提高较宽基区下的 h_(FE)可加大 h_(FE)和 B Vceo规范值所允许的器件结构偏差,而通过工艺模拟与实验则进一步表明,还需要工艺技术的合理设置,尤其是较低温度下高斯型磷工艺的实施,方能增大规范值所允许的工艺偏差,从而实现对器件性能的有效控制。     

h_(FE)雪崩衰退及其复原

硅平面型晶体管的发射极-基极处于反向过载偏置而发生雪崩效应后,将引起h_(FE)衰退。浅结、重掺杂的超高频晶体管的h_(FE)雪崩衰退现象更明显和严重。实验结果表明,h_(FE)雪崩表退率随反向过载偏置电流及过载时间的增加而增大;h_(FE)雪崩衰退后的器件可以由高温老化和电功率老化而退火复原。因此,在此类器体的制造流程中的检测、成品测试以及应用中,都应避免发射极-基极处于反向过载偏置。在工艺筛选中,应加强高温老化和电功率老化,使器件的h_(FE)退火复原。     

用简化的计算机分析研究双极晶体管的周界注入效应

用可变的周界区域逼近法,以及用园柱形近似把少数载流子电流表示为径向电流之和来研究双扩散双极晶体管自发射极周界向基区的注入效应。综合上述结果与有源基区(即发射极下面的部分)的结果,看到,通过引进周界基区中的电荷和电流,可改进h_(FE)和f_T随I_C变化关系的预测。所用方法的优点为:1)便于快速计算,2)把有源区和周界的基区分开,并提出一种依据制造数据设计器件时改进精度的好方法。     

全离子注入双极晶体管

本文讨论了用砷发射极和硼基极的全离子注入双极晶体管的制造技术。该技术能获得极为均匀的电参数分布,即在一个片子上的h_(FE)=113,而其标准偏差为1.3。此外,它还能获得宽范围的掺杂分布,因而可得到宽范围的器件性能。用非常简单的设计程序已经制出h_(FE)从20到大于5000,f_T从1.5到8.1千兆赫的晶体管。注入砷以获得优良的发射极,其特征如下: 1) 砷可被高浓度注入,其深边的尾垂很小,这对典型的晶体管基区之影响可忽略。 2) 由于它的扩散系数对浓度的依赖关系,使它在扩散之后形成一个非常陡峭的分布。 3) 当扩散离开注入区一短距离(～1000埃)时,可把高寿命的材料引进发射极之中,从而可制成高增益低漏电流的晶体管。当砷发射极与双峰硼注入基极相结合时,器件有源基区和无源基区的性质可实现精确的独立控制。这种独立控制对全注入双极晶体管器件参数有很大的选择余地。     

硅基双极低噪声放大器的能量注入损伤与机理

针对Si基双极型低噪声放大器(LNA),用脉冲调制150MHz射频信号在其输入端进行了能量注入实验,研究结果表明Si基LNA的噪声系数和增益特性都是注入能量的敏感参数. 样品解剖和电路仿真显示能量作用使LNA内部晶体管出现基极/发射极金属化损伤,基极金-半接触电阻增大导致了LNA噪声系数增大,而Si基双极器件hFE随时间正向漂移损伤模式使LNA增益随注入能量的增加而增大. 研究表明,由于能量作用下损伤效应的复杂性,以往可靠性研究中单纯采用增益的变化来衡量器件与电路的损伤效应的方法是不全面的.     

高增益、低h_(FE)温度系数硅横向MIS隧道结晶体管

设计并研制出直流电流增益为842、交流电流增益为1080的高增益挂横向MIS隧道晶体管。测量了器件的电学特性和hFE的温度特性，发现孩器件在较大的温度范围内hFE具有很小的负温度系数．并对测量结果进行了分析讨论。     

Fast response InP/InGaAsP heterojunction phototransistors

InP/InGaAsP heterojunction phototransistors with a base terminal have been fabricated, showing hFE, values of up to 2000. These devices allow us to trade gain for speed by charge extraction from the base. At a voltage gain of 8 to 9 a response time of 2 ns is observed.     

ESD与EMP对微波晶体管损伤机理研究

主要论述了电子装备中易受静电放电(ESD)和电磁脉冲(EMP)损伤的微波半导体器件的失效模式和失效机理.实验与理论分析结果表明,电流放大系数hFE是ESD、EMP损伤的敏感参数;在ESD、EMP的作用下,器件进入雪崩击穿状态(反偏注入),从而诱发热电子注入效应,使hFE逐渐退化;BC结反偏时的失效能量低于EB结反偏时的失效能量,BC结是EMP损伤的较易损端口;改进器件的结构设计、提高器件抗ESD、EMP能量,可有效提高电子装备抗电磁脉冲的可靠性水平.     

光纤陀螺温度漂移的多尺度建模研究

针对光纤陀螺温度漂移的非线性特点,该文提出了一种依据温度漂移的时间尺度特点进行自适应建模的方法。首先利用经验模态分解把温度漂移数据分解为高频震荡序列和单调趋势项,依据其时间尺度特点分别使用曲面拟合回归和自适应模糊推理联合建模后进行信号合成。通过与单一使用曲面拟合回归或自适应模糊推理建模进行比较,该文方法的试验结果优势明显,补偿效果显著。     

Simulation of special features of the drift-mobility saturation in submicrometer silicon structures

Special characteristics of the high-field drift of electrons in submicrometer n⁺-n-n⁺ structures are studied by mathematical simulation methods in the quasi-hydrodynamic approximation. Alternative dependences of the mobility and energy-relaxation time on the electron temperature are used to calculate the profiles of the potential, temperature, drift mobility, and density of the thermal-energy flux of electrons. It is shown that, in a submicrometer configuration, a large part of the thermal energy acquired by an electron in a high-resistivity n-type region is dissipated in a low-resistivity n⁺-type contact. This effect reduces the rate of increase in the electron temperature in the drift region as the voltage increases, brings about an increase in the effective mobility, and prevents saturation of the drift velocity, as is shown by the calculated current-voltage characteristics.     

超薄基区SiGe HBT基区渡越时间能量传输模型

通过求解玻尔兹曼能量平衡方程，得出基区的电子温度分布，建立了考虑电子温度变化，适用于超薄基区SiGeHBT的基区渡越时间模型。该模型考虑了电子温度对迁移率的影响，基区重掺杂和Ge引起的禁带变窄效应及速度饱和效应。比较了用能量传模型与漂移扩散模型计算的截止频率，利用器件模拟软件ATLAS进行了模拟，结果与能量传输模型计算结果吻合。     

Q235钢拉伸过程热塑性效应试验研究及有限元分析

在分析材料热弹塑性效应的基础上,用红外热像仪对Q235钢试件在拉伸过程中的表面温度进行测量,获得了不同应变率条件下试件表面温度分布及随时间的变化;确定了Q235钢全程拉伸真应力-真应变曲线,以此作为材料本构关系对拉伸过程中的热塑性效应进行数值模拟,讨论了应变率、系数、对流换热系数等对试件表面温度的影响。结果表明,应变率越大,变形过程中的热损失越小,从而由塑性变形产生的温升也越高;由拉伸过程中颈缩区域的温升最高、颈缩区域向试件两端温升逐渐降低的分布特点,则可说明在同一时间内塑性变形越大、越集中的区域,其温升也越大。文中的数值计算结果表明,用现有的有限元软件对材料热塑性效应进行数值分析不失为一种有效的研究方法。