基区重掺杂对SiGe HBT热学性能的影响

相对于同质结晶体管,异质结双极晶体管(HBT)由于异质结的存在,电流增益不再主要由发射区和基区掺杂浓度比来决定,因此可以通过增加基区掺杂浓度来降低基区电阻,提高频率响应,降低噪声系数,但基区掺杂浓度对器件热特性影响的研究却很少。以多指SiGeHBT的热电反馈模型为基础,利用自洽迭代法分析了基区重掺杂对器件集电极电流密度和发射极指温度的影响。通过研究发现,随着基区浓度的增加,SiGe HBT将发生禁带宽度变窄,基区反向注入发射区的空穴电流增大;同时,基区少子俄歇复合增强,这些都将减小集电极电流密度,降低发射极指温度,从而抑制发射极指热电正反馈,提高器件的热稳定性。     

新型二维电子气Si/N~+α-Si:H异质结双极型晶体管

<正> 本文报道一种新型二维电子气异质结双极型晶体管(2DEG HBT)的实验结果。所谓2DEG HBT指的是采用宽禁带发射极材料的异质结双极型晶体管(HBT),由于发射结导带差等原因在异质结界面处形成二维电子气层,从而降低了对异质结界面态的要求,实现使用常规工艺来制作宽禁带发射极异质结晶体管。目前这一工作主要在硅材料上进行,利用重掺杂N型氢化非晶硅(N~+a-Si:H)作宽禁带发射极材料,在单晶硅上制作2DEG HBT。实验样管电流增益h_(FE)=120(V_(CE)5V,I_C=80mA),基区电阻5kΩ/□,表面浓度1.8×10~(18)cm~(-3)。     

硅npn型平面超高频晶体管hFE的温度特性

本文根据“带尾效应”和异质结理论得到了硅npn型平面超高频晶体管的H_(FE)∞exp(-△E_g/kT).分析和测试表明“带尾效应”引起的发射区材料和基区材料的能隙(禁带)差上△E_g是影响该类晶体管温度特性的主要因素.但是实验得到的△E_g较用发射区表面浓度或用发射区平均浓度得到的△E_g都要小.本文认为这是因为exp(-△E_g/kT)中的△E_g应是“有效能隙势垒”,而“有效能隙势垒”不仅与发射区材料和基区材料的能隙差有关,而更重要的是与能隙的坡度有关.对所谓的“同质结”晶体管实际上就是与发射结附近的杂质浓度梯度有关.     

双异质结单载流子传输光敏晶体管输出电流

详细对比并分析了双异质结单载流子传输光敏晶体管(Uni-travelling-carrier Double Heterojunction Phototransistor,UTC-DHPT)与单异质结光敏晶体管(Single Heterojunction Phototransistor,SHPT)在大的入射光功率范围下集电极输出电流特性.首先,UTC-DHPT仅选取窄带隙重掺杂的基区作为吸收区,与SHPT选取基区和集电区作为吸收区相比,其光吸收区厚度小,在小功率入射光下UTC-DHPT的输出电流小于SHPT的输出电流.其次,由于UTCDHPT的双异质结结构,光生电子和光生空穴产生于基区,减弱了SHPT因光生空穴在集电结界面积累而产生的空间电荷效应,避免了SHPT在小功率入射光下输出电流开始饱和的问题,从而UTC-DHPT获得了比SHPT更大的准线性工作范围.最后,UTC-DHPT的单载流子(电子)传输方式使得基区产生的光生空穴以介电弛豫的方式到达发射结界面,有效降低了发射结势垒,增加了单位时间内由发射区传输到基区的电子数量,提高了其发射结注入效率,在大功率入射光下UTC-DHPT比SHPT能获得更高的输出电流.     

硅晶体管禁带宽度的测定

禁带宽度是硅晶体管的一个重要物理参数,本文根据晶体管pn发射结反向饱和电流和正向偏置电压的温度特性,提出了利用线性外推法确定硅晶体管各区域在0K时的禁带宽度的新方法。由于发射区重掺杂,还考虑了载流子的简并情况。本文主要取决于直流参量的温度特性,所得结果比较精确。 结果如下:对于发射区掺杂浓度N_E=1×10~(20)cm~_3,其禁带宽度E_(gE0)=1.056eV;对于集电区掺杂浓度N_C=5×10~(15)cm~(-3),其禁带宽度E_(gC0)=1.198eV。     

InP/InGaP/GaAsSb/InGaAsSb/InP双异质结双极晶体管设计北大核心

应用半导体器件的电阻电容计算理论和SILVACO ATLAS软件,在综合考虑载流子渡越时间和电阻电容延迟时间对增益截止频率的影响下设计了一种InP/InGaP/GaAsSb/InGaAsSb/InP双异质结双极晶体管(DHBT)结构。该结构中在基区与发射区之间加入P型半导体层以降低基区与发射区之间的电子势垒,并通过引入梯度渐变材料及优化掺杂分布提高基区电场、增强集电区中易趋近于零区域的电场,器件的电流增益截止频率得到显著提升。此外,还列出了InGaP和InGaAsSb材料的禁带宽度和电子亲合势、P型GaAs_(0.51)Sb_(0.49)和InGaAsSb材料的电子迁移率的近似计算公式。     

具有最小衬底电流的横向pnp GaAs双极晶体管

制造了注入铍确定发射区和集电区的横向pnp双极晶体管。注入期间,用SiO_2和光刻胶保护基区表面(1～2μm宽),以防止铍离子由此注入。退火期间出现的横向蔓延和扩散,减少了基区宽度,这可通过退火的温度和时间来调整。在n-GaAs有源层和衬底之间淀积一层n型Ga_(0.7)Al_(0.3)As层,铍离子穿透GaAs/GaAlAs界面,在发射区和集电区下面的GaAlAs层内形成了pn结。由于GaAlAs的禁带宽度较大,这就使通过寄生的发射极-衬底二极管的电流比通过GaAs pn结的电流降低了几个数量级。有效基区宽度为0.5μm的器件的共射极电流增益为10。     

基区不均匀重掺杂对Si/SiGe/SiHBT基区渡越时间的影响

由于发射结(EB结)价带存在着能量差ΔEv,电流增益β不再主要由发射区和基区杂质浓度比来决定,给HBT设计带来了更大的自由度。为减小基区电阻和防止低温载流子冻析,可增加基区浓度。但基区重掺杂导致禁带变窄,禁带变窄的非均匀性产生的阻滞电场使基区渡越时间增加,退化了频率特性,特别是在低温下更为严重     

AlGaAs/GaAs HBT的设计研究

利用BIPOLE计算机程序,评价了具有不同版图、不同掺杂分布和不同层厚的AlGaAs/GaAs HBT的频率性能,研究了HBT的最佳化设计,并比较了HBT和多晶硅发射极晶体管的大电流性能。研究表明,对发射极条宽S_E<3μm的HBT来说,在电流密度小于1×10~5A/cm~2时,并未发现电流集聚效应,由最高f_T确定的HBT电流处理容量要比多晶硅发射极晶体管的大两倍多。对基区掺杂为1×10~(19)cm~(-3)的典型工艺n-p-n型AlGaAs/GaAs HBT,已获得了一个最佳化的最高振荡频率f_(mos(?))的方程式:f_(mosc)=337(W_(Bop)/S_E)~(1/2)GHz,式中,W_(Bop)是最佳基区宽度,S_E是发射极条宽,二者都以微米为单位。     

透明CdO膜发射区InGaAs光电晶体管

研制出一种新型的InGaAs光电晶体管。其发射区采用导电率高(σ=5×10~3Ω~(-1)cm~(-1))禁带宽(E_g(Γ)=2.5eV)的氧化镉(CdO)透明膜,形成宽发射区。测试结果表明,该管具有较宽的波长响应(λ=0.5～1.6μm),共发射极电流增益h_(fe)为10(V_(CE)=3V,I_C=1mA)。并对发射结的伏安恃性、h_(fe)-I_C及暗电流等进行了讨论。     

Si/a-Si:H异质结微波双极型晶体管实验研究

本文首次报道采用重掺杂的氢化非晶硅(n~+a-Si∶H)作发射极的硅微波双极型晶体管的制备和特性.该器件内基区方块电阻2kΩ/□,基区宽度0.1μm,共发射极最大电流增益21(V_(cB)=6V,I_c=15mA),发射极Gummel数G_B值已达1.4×10~(14)Scm~(-4).由S参数测得电流增益截止频率f_s=5.5GHz,最大振荡频率f_(max)=7.5GHz.在迄今有关Si/a-Si HBT的报道中,这是首次报道可工作于微波领域里的非晶硅发射极异质结晶体管.     

选择离子注入集电极技术研究

为提高超高速双极晶体管的电流增益 ,降低大电流下基区扩展效应对器件的影响 ,将选择离子注入集电区技术 (SIC)应用于双层多晶硅发射极晶体管中。扩展电阻的测试结果显示出注入的 P离子基本上集中在集电区的位置 ,对发射区和基区未造成显著影响。电学特性测量结果表明 ,经过离子注入的多晶硅发射极晶体管的电流增益和最大电流增益对应的集电极电流明显高于未经离子注入的晶体管。因此 ,在双层多晶硅晶体管中采用 SIC技术 ,有效地降低了基区的扩展效应 ,提高了器件的电学特性。     

晶体管非线性失真分析

本文从器件物理和结构上提出双极型晶体管非线性失真模型。模型包含8个参量:(1)有效基区展宽效应;(2)发射极电流集边效应;(3)基区电导调制效应;(4)发射结电阻的非线性效应;(5)发射结电容的非线性效应;(6)集电结电容的非线性效应;(7)寄生电容的非线性效应;(8)电流放大系数和雪崩倍增效应与电压的非线性关系。利用Taylor级数展开分析各模型参数,并编制了计算程序,定量计算了互调失真与工作频率、发射极条宽、基区宽度、发射极线电流密度,基区掺杂浓度等重要参数的关系。计算结果与实验结果基本吻合。     

Si-Ge异质结基区混合模式晶体管的提出和模拟

在常规混合模式晶体管的基础上提出一种新结构的器件—— Si- Ge异质结基区混合模式晶体管。由于基区采用禁带宽度较窄的 Si- Ge合金材料 ,引起空穴向发射区反注入势垒的提高 ,使 IB空穴电流减小 ,从而提高了注入效率 ;迁移率增高 ,从而提高特征频率。因而这种器件具有 β高、基区电阻低、基区渡越时间短等优点。通过器件模拟证实了该器件具有输出电流大、低温放大倍数极高、常温放大倍数较高、特征频率高等优点 ,是下一代 IC的发展方向     

Si-SiGe-Si异质结双极晶体管的数字模拟

报道了Si-SiGe-Si异质结双极晶体管的数字模拟结果。采用有限差分法解半导体器件的载流子输运方程,求出各点上的载流子浓度及其电位,由此可确定器件的直流特性。器件的发射区掺杂浓度为1.4×10~(17)cm~(-3),基区掺杂浓度为7×10~(18)cm~(-3),SiGe基区中Ge摩尔含量为0.31,模拟得到的最高电流增益为390。数字模拟得到的晶体管特性曲线与实验结果符合良好。     

超高压SiGe HBT器件结构及制作工艺研究

介绍了一种超高压锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT)的器件结构及制作工艺。该器件增大了N型赝埋层到有源区的距离,采用厚帽层锗硅基区及低浓度发射区的制作工艺,以提高SiGe HBT的击穿电压;在基区和发射区之间利用快速热处理提高工艺稳定性,并使HBT的电流增益(β)恢复到原来水平,以弥补厚帽层锗硅基区及低发射区浓度造成的电流增益降低。基区断开时,发射区到集电区的击穿电压(BVCEO)提高至10V,晶体管特征频率达到20GHz。     

异质结构双极型晶体管及集成电路

近几年来,出现了两种新的外延技术:分子束外延(MBE)和金属有机物化学汽相淀积(MOCVD)。这两种新技术提供了用常规方法制作高性能异质结构的可能性。同时许多器件也将由此而受益,受益最大的将是双极型晶体管。其根本的主要原理是,除电场外,利用禁带宽度的变化来分别地和相互独立地控制作用于电子和空穴上的力。其结果将使器件设计获得更大的自由度,可对器件的掺杂浓度和几何结构重新进行优化设计,从而导致更高速器件的出现。最大振荡频率高于100GHz的微波晶体管和开关时间低于10ps的数字开关晶体管将成为可能。在顶部具有小集电区和在下部具有较大的发射区的倒置晶体管结构已可制成。其速度性能优于发射区在上部的通常结构。发射区和集电区均为宽禁带的双异质结构晶体管还具有其它的优点。在饱和状态下,它们显示出更好的性能。只要改变偏压条件,就能使双异质结的发射极和集电极互换,大大简化了双极集成电路的几何结构。本文以异质结构I~2和ECL为例进行了讨论。由于FET使得化合物半导体器件占有目前的绝对统治地位的时代似乎应该结束了。双极型器件至少可扮演相同的角色,也很可能形成主流。     

4H-SiC BJT的Early电压分析

通过考虑缓变基区4H-SiC BJT电流增益及器件内4种载流子复合过程,计算了4H-SiC BJT的厄利(Early)电压,分析了Early电压及电流增益的温度特性.结果表明,其他参数不变时,Early电压VA随发射区掺杂浓度NE增大而增大,随集电区掺杂浓度Nc增大而减小,随基区宽度W增大而增大.SiC中杂质非完全离化会影响4H-SiC BJT的Early电压及电流增益的温度特性.     

4H-SiC BJT的Early电压分析

通过考虑缓变基区4H-SiC BJT电流增益及器件内4种载流子复合过程,计算了4H-SiC BJT的厄利(Early)电压,分析了Early电压及电流增益的温度特性.结果表明,其他参数不变时,Early电压VA随发射区掺杂浓度NE增大而增大,随集电区掺杂浓度Nc增大而减小,随基区宽度W增大而增大.SiC中杂质非完全离化会影响4H-SiC BJT的Early电压及电流增益的温度特性.     

简化的双极工艺

贝尔实验室将双极工艺中六至七道掩蔽工序简化成三道。它省掉了独立的隔离扩散。在轻硼掺杂的 P 型衬底上扩散一窄的 P 型基区。在整个片上生长二氧化硅,进行第一次形成发射区和集电区的掩蔽,然后腐蚀。再通过基区扩散磷掺杂的发射区和集电区(n 型)。随之除去剩下的全部氧化层,生长另一层。第二次掩蔽限定发射极、基极和集电极的接触窗。在整个表面上淀积金属,然后腐蚀,留下第三次掩蔽限定的金属接触线路。加上梁式引线,再用氮化物钝化。