基于自对准和空气桥工艺的SiGe HBT研究

采用基区及发射区自对准和空气桥技术,降低了SiGe异质结晶体管器件的基极电阻及集电极和基极之间的结电容,提高了SiGe异质结晶体管器件的最高振荡频率fmax.以分子束外延SiGe材料为基础,研制出了SiGe异质结晶体管器件,取得了fmax为124.2GHz的结果.     

SOI基SiGe HBT高频功率性能改善技术

为了兼顾高电流增益β和发射极开路集电结的高击穿电压V_CBO与基极开路集电极-发射极间的高击穿电压V_CEO, 有效提升电荷等离子体双极晶体管(bipolar charge plasma transistor, BCPT)的高压大电流处理能力, 利用SILVACO TCAD建立了npn型BCPT的器件模型。考虑到双极晶体管的击穿电压主要取决于集电区掺杂浓度, 首先研究了集电极金属对BCPT性能的影响。分析表明, BCPT集电区的电子浓度强烈依赖于电极金属的功函数, 当采用功函数较大的铝(Al)作为集电极金属时, 由于减小了金属-半导体接触的功函数差, 降低了集电区中诱导产生的电子等离子体浓度, 从而有效降低了集电结空间电荷区峰值电场强度, 减小了峰值电子温度以及峰值电子碰撞电离率, 因此, 达到改善击穿电压V_CBO和V_CEO的目的。然而, 集电区电子浓度的减小会引起基区Kirk效应, 增大基区复合, 降低β。为此, 进一步提出了一种采用衬底偏压结构的BCPT, 通过在发射区和基区下方引入正衬底偏压, 调制发射区和基区有效载流子浓度, 达到提高发射结注入效率、增大β的目的。结果表明: 与仅采用锆(Zr)作为集电极金属的BCPT相比, 该器件的峰值电流增益改善了21.69%, 击穿电压V_CBO和V_CEO分别改善了12.78%和56.41%, 从而有效扩展了BCPT的高功率应用范围。

     

改善放大器噪声性能的SiGe HBT几何参数优化设计

研究有源器件SiGe HBT的几何参数对单片低噪声放大器(LNA)噪声性能的影响.基于0.35μm SiGe BiCMOS工艺,研制了4款采用不同几何参数的SiGe HBT LNA.实验结果显示,在给定的偏置条件下,当发射极宽长比较小时,小范围改变发射极宽度对噪声系数(NF)改善微弱,但适当增长发射极条长和增加发射极条数明显降低了NF,且不牺牲增益.另外,与采用其他几何尺寸的SiGe HBT LNAs相比,选用器件发射极面积为A_E=4μm×40μm×4的LNA性能最优,在0.2~1.2 GHz内获得低至2.7 dB的噪声系数,高达26.7 dB的相关增益和最接近于50Ω的最佳噪声源阻抗.由于没有使用占片面积大的电感,放大器芯片面积仅为0.2 mm².     

沉积物掩埋程度对海洋微生物燃料电池阴极电化学性能的影响

海洋沉积物微生物燃料电池(MSMFCs)在海底产电并长期驱动传感器运行过程中,悬浮于水体中阴极易被海底沉积物掩埋从而影响产电性能,导致电池失效。在实验室中模拟沉积物分别掩埋1/3,1/2和2/3电池阴极,探究阴极电化学性能和电池产电规律。结果表明：随着阴极被沉积物掩埋程度增加,开路电位逐渐降低,而需要稳定的时间增加;阴极电容逐渐减小,最小电容降至32 F/cm~2,是未掩埋对照组的0.72倍;动力学活性先降后升,最大活性为对照组的1.61倍(2/3组)。掩埋过程中,MSMFCs产电性能未受影响,最大功率密度达140.83 mW/m~2(1/3组),是对照组的1.21倍。可见,随着阴极被海底沉积物掩埋程度的增加,尽管阴极电化学性能下降、电池产电性能出现波动,但MSMFCs仍可正常工作。     

4H-SiC MESFET高频小信号特性的模拟与分析

建立了4H-SiC MESFETs的模型,运用二维器件模拟软件MEDICI对4H-SiC MESFETs的高频小信号特性进行了研究．利用正弦稳态分析的方法对4H-SiC MESFETs的高频小信号特性进行了模拟,模拟结果与实验数值比较表明在特征频率f_T以内得到了较为满意的结果．分析了不同的栅长、栅漏间距、不同的沟道掺杂以及温度变化对SiC MESFET特征频率f_T的影响．     

喷涂工艺对陶瓷/金属自反应复合涂层组织的影响

用等离子喷涂的方法喷涂自制的Fe2O3 Al自反应复合粉,在金属表面制备了陶瓷-金属多相自反应复合涂层．研究了复合粉和涂层的微观结构,以及喷涂工艺参数对复合粉反应程度及涂层组织的影响．研究发现,喷涂距离是影响复合粉反应程度及涂层组织结构的主要因素,枪距在100mm时,反应最充分,涂层组织最致密．     

三价金属-有机框架材料的性能

以硝酸铝、对苯二甲酸和二甲基甲酰胺为原料进行溶剂热反应合成三价金属-有机框架材料.通过X射线衍射、扫描电镜、热重-差热分析、红外光谱和比表面分析来表征合成材料的性能.研究表明:随着反应温度的提高, 金属-有机框架材料的粒径增大.190℃反应合成的样品具有较大的粒径和比表面积, 高温反应合成材料的框架结构更稳定.     

半金属Fe3O4薄膜的磁控溅射制备及磁电学性能研究

利用交流磁控溅射法,在H2中采用Fe3O4靶材,成功制备了(111)取向的Fe3O4薄膜.对薄膜样品进行XRD测试,研究不同衬底温度对成相的影响.对薄膜表面的XPS测试结果表明所制备薄膜为单相Fe3O4沉积过程中随H2量增大,薄膜表面粗糙度有显著增加.对薄膜进行磁学性能的测试,饱和磁化强度高达5 000Oe,反映了反相晶粒边界(APBs)的存在.Tv以下较低的晶格对称度导致了矫顽场的增大.薄膜的电阻随温度变化曲线(R-T)显示115K附近出现Verwey相变,对R-T曲线的拟和结果显示,Fe3O4薄膜在40～300K温度区间为电子的变程跳跃VRH(Variable range hopping)导电机制.     

氯对自熔性烧结矿粉化性能的影响

本文利用光学显微镜,扫描电子显微镜,能谱和X光衍射技术,通过两种烧结矿的对比,研究了配加合适数量白云石的自熔性烧结矿粉化严重的原因。结果指出:该自熔性烧结矿的严重粉化是由在烧结过程中生成的易粉化矿物所引起。该矿物由氯、钙、铁、硅、铝第元素组成。元素氯是由烧结用原材料白云石带入的。     

SiGe HBT直流特性模型研究

在求解漂移扩散方程的基础上,建立了全面系统的SiGe HBT直流特性模型及物理意义清晰的各电流解析表达式．所建立的SiGe HBT直流特性的各电流模型均适应大注入及小注入情况．模拟分析了基区掺杂浓度及Ge组分对电流密度的影响,模拟结果表明,基区掺杂浓度的增加减小了集电极电流、增大了中性基区复合电流,从而降低了电流增益;而Ge组分越高,集电极电流密度就越大,从而提高了SiGe HBT的电流增益．模拟了基区发射结侧Ge组分及发射区掺杂浓度对基区空穴反注入电流密度的影响,结果表明,提高Ge组分能明显减小空穴反注入电流,获得更高的电流增益．     

高热稳定性多发射极功率SiGe HBT的研制

成功研制出具有非均匀发射极条间距结构的多发射极功率SiGe 异质结双极晶体管（HBT）,用以改善功率器件热稳定性。实验结果表明,在相同的工作条件下,与传统的均匀发射极条间距结构HBT相比,非均匀发射极条间距结构HBT的峰值结温降低了15.87K。对于同一个非均匀发射极条间距结构SiGe HBT,在不同偏置条件下均能显著改善有源区温度分布。随着偏置电流IC的增加,非均匀发射极条间距结构SiGe HBT改善峰值结温的能力更为明显。由于峰值结温的降低以及有源区温度分布非均匀性的改善,非均匀发射极条间距功率SiGe HBT可以工作在更高的偏置条件下,具有更高的功率处理能力。     

SiGe异质结双极晶体管频率特性分析

在分析载流子输运和分布的基础上,建立了物理意义清晰的各时间常数模型．模型体现了时间常数与SiGe异质结双极晶体管结构参数及电流密度之间的关系,并且包含了基区扩展效应．同时对特征频率与上述参数之间的关系进行了模拟分析和讨论．     

减弱SiGe HBT势垒效应

讨论了基区Ge分布、集电极电流密度对势垒高度的影响,分析了减弱势垒效应的方法。计算结果表明：基区Ge分布对势垒高度有很大的影响,随着Bc结处Ge含量的增大,势垒高度也迅速增大,并且使得基区渡越时间也迅速增大;当集电极电流密度增加时,势垒高度有着明显的饱和趋势;通过集电结处Ge组分缓变,并不能很好地减弱势垒效应的影响,而采用将ce组分引入到集电区的方法可以有效地推迟势垒效应的发生。     

基于可动电荷的SiGe HBT势垒电容

当SiGe HBT处于交流放大状态时,发射结空间电荷区和集电结空间电荷区存在可动电荷,因此,在考虑它们的势垒电容时,应采用微分电容．另外,集电结势垒区宽度与电流密度密切相关,依据电流密度该电容有3种情况．在SiGe HBT载流子输运基础上,建立了考虑发射势垒区载流子分布的势垒电容模型和不同电流密度下的集电结势垒电容模型．     

UVCVD/UHVCVD技术制备SiGe HBT材料

介绍了一种新的制备SiGe/Si材料的化学气相沉积技术．该技术组合了紫外光化学气相沉积和超高真空化学气相沉积两种技术的优点,具有超高真空背景和低温淀积的特点．应用该技术在10^-7Pa超高真空背景、450℃淀积温度及低于10Pa反应压力的条件下,外延生长了器件级SiGe HBT材料．SIMS分析表明,材料层界面清晰,Ge组分和掺杂分布平坦．此外,还研制出了SiGe HBT器件．     

SiGe HBT基区渡越时间模型

建立了SiGe HBT基区渡越时间模型,该模型考虑了电流密度及基区掺杂和Ge组分所引起的各种物理效应,适用于基区掺杂和Ge组分为均匀和非均匀分布,以及器件在小电流到大电流密度下的应用,模拟结果表明：基区集电结边界处载流子浓度引起的基区附加延时对基区渡越时间有较大的影响。     

无螺旋电感的小面积SiGe HBT宽带低噪声放大器

设计了一款无螺旋电感的1~6 GHz频段的小面积高性能SiGe HBT宽带低噪声放大器(wideband low noise amplifier,WLNA).采用具有优良阻抗匹配特性的共基放大器作为输入级,并采用噪声抵消技术抵消其噪声达到输入噪声匹配;共射放大器作为输出级,有源电感替代螺旋电感实现电感峰化技术来扩展频带宽度、提高增益的平坦度.基于Jazz 0.35μm SiGe BiCMOS工艺,完成了版图设计,WLNA的版图尺寸仅为105μm×115μm,与使用螺旋电感的WLNA相比,芯片面积大大减小.利用安捷伦公司的射频/微波集成电路仿真工具ADS进行了验证.结果表明:该WLNA在1~6 GHz频段内,S₂₁>16 dB,NF<3.5 dB,S₁₁<-10 dB,S₂₂<-10 dB.对于设计应用于射频前端的小面积、低成本、高性能的单片WLNA具有一定的指导意义.     

具有高电流增益-击穿电压优值的新型应变Si/SiGe HBT

为了改善器件的高压大电流处理能力,利用SILVACOTCAD建立了应变Si/SiGe HBT模型,分析了虚拟衬底设计对电流增益的影响.虚拟衬底可在保持基区-集电区界面应力不变的情况下实现基区Ge组分的高掺杂,进而增大电流增益.但器件的击穿电压仍然较低,不利于输出功率的提高和系统信噪比的改善.考虑到集电区设计对电流增益影响不大但与器件击穿电压密切相关,在采用虚拟衬底结构的同时,对器件的集电区进行选择性注入设计.该设计可在集电区引入横向电场,进而提高击穿电压.结果表明:与传统的SiGe HBT相比,新器件的电流增益和击穿电压均得到显著改善,其优值β·V_CEO。改善高达14.2倍,有效拓展了微波功率SiGe HBT的高压大电流工作范围.