低温SiGe/Si HBT的研制及性能分析

用MBE(分子束外延,Molecular Beam Epitaxy)生长的材料研制了在低温工作的SiGe/Si HBT(异质结双极型晶体管,Heterojunction Bipolar Transistor).其在液氮下的直流增益h_fe(I_c/I_b)为16000,交流增益β(ΔI_c/ΔI_b)为26000,分别比室温增益提高51和73倍.测试了该HBT直流特性从室温到液氮范围内随温度的变化,并作了分析讨论.解释了极低温度时性能随温度变化与理论值的差异.     

Si/SiGe/Si HBT的直流特性和低频噪声

在对Si/SiGe/Si HBT及其Si兼容工艺的研究基础上,研制成功低噪声Si/SiGe/Si HBT,测试和分析了它的直流特性和低频噪声特性,为具有更好的低噪声性能的Si/SiGe/Si HBT的研究建立了基础。     

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.     

基于SOS/SOI绝缘衬底的Si/SiGe HBT设计

着重讨论了衬底阻抗对HBT器件频率性能的劣化机制。基于双口网络理论，定量分析了fT和fm与衬底电阻率的关系；采用SOS／SOI绝缘衬底和自行设计的岛型膈离方法，抑制了绝大多数容性寄生参数；同时，围绕绝缘衬底进行Si／Si GeHBT的横向／纵向结构设计，开发出发射极自对准工艺方法，用于降低接触电阻和一定特征尺寸下的结面积，提高了HBT的频率性能。     

与Si工艺兼容的Si/SiGe/Si HBT研究

我们对Si/SiGe/Si HBT及其Si兼容工艺进行了研究,在研究了一些关键的单项工艺的基础上,提出了五个高速Si/SiGe/Si HBT结构和一个低噪声Si/SiGe/Si HBT结构,并已研制成功台面结构Si/SiGe/Si HBT和低噪声Si/SiGe/Si HBT,为进一步高指标的Si/SiGe/Si HBT的研究建立了基础。     

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.     

基于SOI结构的SiGe HBT频率特性研究

基于SOI技术原理,模拟仿真了SOI结构SiGe HBT的频率特性,并与相同条件下体SiGe HBT频率特性进行了比较分析。仿真结果显示,SOI结构中埋氧层BOX的引入,可使SOI结构SiGe HBT集电极-基极电容Ccb和衬底-基极电容Csb最大降幅分别达94.7%和94.6%,且最高振荡频率fmax增加2.7倍。研究结果表明,SOI结构大幅度改善了SiGe HBT的频率性能,适用于高速、高功率集成电路技术。     

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。     

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.     

Improvement on Frequency Performance of SOI SiGe HBT

Based on the advantages of SOI technology, the frequency performance of SiGe HBT with SOI structure has been simulated. Compared with bulk SiGe HBT, the results show that the buried oxide layer （BOX） can reduce collector-base capacitance CCB with the maximum value 89.3%, substrate-base capacitance CSB with 94. 6%, and the maximum oscillation frequency is improved by 2.7. The SOl structure improves the frequency performance of SiGe HBT, which is adaptable to high-speed and high power applications.     

A compact model for SiGe HBT on thin-film SOI

Heterojunction bipolar transistor (HBT) fabrication on thin-film silicon-on-insulator (SOI) has been recently demonstrated. Due to the space volume constraint (thin film) for the device fabrication, the HBT structure is different from bulk HBT. In fact, compared to a bulk device, the buried layer has been suppressed and a lateral collector contact configuration is introduced. This device features a vertical expansion followed by a lateral expansion of the base-collector space charge region. This nonconventional charge behavior induces a kink in the base-collector junction capacitance characteristics, and as a consequence a modified Early effect. Furthermore, the low current transit time is modified compared to a bulk HBT. In this paper, all these effects are analyzed and a compact model for SOI-HBT is proposed. The model is validated on real SOI-HBTs with different collector doping levels.     

SiGe HBT低噪声放大器的设计与制造

该文设计和制作了一款单片集成硅锗异质结双极晶体管(SiGe HBT)低噪声放大器(LNA)。由于放大器采用复合型电阻负反馈结构,所以可灵活调整不同反馈电阻,同时获得合适的偏置、良好的端口匹配和低的噪声系数。基于0.35 m Si CMOS平面工艺制定了放大器单芯片集成的工艺流程。为了进一步降低放大器的噪声系数,在制作放大器中SiGe器件时,采用钛硅合金(TiSi2)来减小晶体管基极电阻。由于没有使用占片面积大的螺旋电感,最终研制出的SiGe HBT LNA芯片面积仅为0.282 mm2。测试结果表明,在工作频带0.2-1.2 GHz内,LNA噪声系数低至2.5 dB,增益高达26.7 dB,输入输出端口反射系数分别小于-7.4 dB和-10 dB。     

An Exploration of Substrate Coupling at K-Band Between a SiGe HBT Power Amplifier and a SiGe HBT Voltage-Controlled-Oscillator

This work presents a case study of circuit-to-circuit substrate coupling between a 24-GHz power amplifier (PA) and a 23-GHz voltage-controlled oscillator (VCO) implemented in a commercially-available SiGe heterojunction bipolar transistor BiCMOS technology. The concurrent operation of these two circuits on the same silicon die results in -33dB of coupling between the PA's output and the VCO's output. Different testing configurations are considered to verify the dominant path of the coupling. These results highlight the potential challenges for silicon-based monolithic systems targeting microwave operational frequencies     

基于薄层SOI材料的NEMS结构制备技术

提出一种基于薄层SOI材料的NEMS(nano-electro-mechanical-system)结构制备技术。通过大量实验研究,突破了电子束光刻、ICP刻蚀、CO2超临界干燥释放等工艺技术,可以在常规的薄层SOI材料上加工出任意复杂形状的NEMS结构。作为工艺验证器件,利用该技术在薄层SOI材料上成功实现了梳齿结构NEMS谐振器的样品制备。扫描电镜结果表明,谐振器厚度95nm,谐振梁宽度95nm,梳齿宽度128nm,梳齿间隙83nm,该加工技术可以实现结构完整、完全释放的NEMS结构。     

氧化对SOI基SiGe薄膜残余应变弛豫的影响

研究了氧化对外延在SOI衬底上的SiGe薄膜的残余应变弛豫过程的影响.通过对SiGe薄膜采用不同工艺的氧化,从而了解不同氧化条件对SOI基SiGe薄膜的应变弛豫过程的影响.氧化将会促使SiGe薄膜中的Ge原子扩散到SOI材料的顶层硅中.而SiGe薄膜的残余应变弛豫过程将会与Ge原子的扩散过程同时进行,通过对SiGe薄膜和SOI顶层硅中位错分布的分析发现:在氧化过程中,SiGe薄膜和SOI衬底之间存在一个应力传递的过程.     

氧化对SOI基SiGe薄膜残余应变弛豫的影响

研究了氧化对外延在SOI衬底上的SiGe薄膜的残余应变弛豫过程的影响.通过对SiGe薄膜采用不同工艺的氧化,从而了解不同氧化条件对SOI基SiGe薄膜的应变弛豫过程的影响.氧化将会促使SiGe薄膜中的Ge原子扩散到SOI材料的顶层硅中.而SiGe薄膜的残余应变弛豫过程将会与Ge原子的扩散过程同时进行,通过对SiGe薄膜和SOI顶层硅中位错分布的分析发现:在氧化过程中,SiGe薄膜和SOI衬底之间存在一个应力传递的过程.     

Fabrication and current-drive of SiGe/Si 'Micro-origami' epitaxial MEMS device on SOI substrate

A micromirror structure with SiGe/Si heteroepitaxial layer on a silicon-on-insulator (SOI) substrate using a 'Micro-origami' technique has been successfully fabricated. The micromirror is supported by two curved hinge structures. The device is driven by application of a current, and net angular displacements larger than 10/spl deg/ (static) and 30/spl deg/ (in resonance) were obtained. These values are comparable with or even larger than the reported values for other MEMS optical switches or beam scanning devices. The experimental results suggest that the movement is evoked by a thermal effect. The Micro-origami device has advantages of low operation voltage smaller than 2 V, and structural compatibility with the Si or SiGe LSIs.