4千兆赫下噪声系数为2分贝的硅微波晶体管

引进一种砷扩散的亚微米发射极,得以研制出在4千兆赫下最小噪声系数为2分贝、相应的功率增益为9.5分贝的硅微波晶体管。为了使低噪声微波晶体管有可能实现,最重要的因素之一就是使通常的制造技术达到最佳化。     

采用砷发射极掺杂提高截止频率

采用砷作为一种 N~ 发射极掺杂剂提高微波晶体管的截止频率。对于同样的表面几何形状来说,若采用砷,能获得3.2千兆赫的截止频率;若用磷,截止频率只达680兆赫。据报导,美帝国际商业机器公司的主要改进办法是:采用砷时,放慢扩散速度,这样就能更好地控制基区厚度;其次是扩散分布陡得多。     

低电流高 f_T 晶体管设计

介绍了结电容极小的器件的设计及制造工艺技术。该最小器件的发射区和基区——称为微发射极——分别下降到3微米~2和12微米~2,并且与做在同一片子上的几何尺寸较大的器件作了比较。离子注入的微发射极器件在电流低至100微安时,f_T=4.8千兆赫,而峰值为7.0千兆赫,使发射极耦合逻辑(ECL)电路的速度-功率乘积得到很大的改进。看来发射极注入接近于一种点源的性能,并且观察到,随着电流密度变化,微发射极器件的 f_T 下降的速率比几何尺寸大的器件小。这种效应使得这些器件在作微波晶体管用时也是有益的。     

低噪声离子注入基区微波晶体管

研制了采用离子注入的改进的小信号双极微波晶体管。这种微波晶体管结构包含氧化隔离、砷掺杂发射极和离子注入基区。在8千兆赫下噪声系数达到了3.9分贝。研究了器件参数随注入剂量之变化,并用简化的模型说明其结果。评价了注入发射极和扩散发射极,发现它们给出类似的结果。     

高可靠2.3千兆赫20瓦晶体管的研究(一)

本实验的目的是研究一种在2.3千兆赫下具有下述连续波性能的高可靠晶体管:20瓦的输出功率,6分贝的功率增益,40％的效率。本合同所研究的器件达到了下述连续波性能,在2.3千兆赫下输出功率为20瓦,功率增益为7.7分贝,效率为40％。这样的性能是具有八个单元的TA8407晶体管所达到的。这种晶体管在设计上有如下的改进:薄的片子、高频扩散、强发射极镇流、以及为了使功率均匀分配而设计的最佳发射极键合图形和用分布线技术进行内部匹配的封装。     

硅中的砷离子注入

关于高速双极型集成电路和高频晶体管的发射极、金属-氧化物-半导体大规模集成电路的源和漏等所需的在硅中形成浅的高浓度的n型杂质层的方法,最引人注目的是砷的离了注入法。作为砷扩散通常有砷烷的汽相扩散法、将含有砷的溶液涂于片子表面的涂敷扩散法、掺杂氧化物源法以及重掺杂的硅的固-固扩散法等,但从各种方法的试验情况来看,特别对于微细图形浅结的控制和器件制造工艺过程的共通性方面而言,看来最优越的方法要算砷的离子注入法。与上述各种热扩散法相比,砷的离子注入法耗源量少,操作也比较容易,从防护措施上来说也是一个好方法。如以前所指出的那样,砷之     

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。     

4千兆赫下噪声3.6分贝的硅双极晶体管

随着器件工艺的发展,小信号硅微波晶体管性能有了很大改进,其中比较主要的器件工艺是: 1.1 微米发射极条宽; 2.砷扩散发射极; 3.与浅结结构相容的欧姆接触。由于这些工艺研究的应用,已制作成在4千兆下噪声系数3.6分贝的硅晶体管。     

台阶电极晶体管(SET)

SET不需要精确的光刻工艺和金属化技术就可以获得良好的性能。在SET结构中使用砷掺杂多晶硅作为发射极电极部分。这种电极被作成倒置梯形。利用两层多晶硅之间腐蚀速度的不同来形成这种倒置梯形结构。离子注入后用化学腐蚀方法开出基板接触窗口。发射极扩散层和基极接触之间的间距为0.4微米或更小。 |S_(21)~(ei)|的截止频率约为8.4千兆赫,比相同发射极尺寸的通常的平面晶体管的截止频率高2千兆赫。集成的SET的上升时间为150微微秒。     

微波低噪声晶体管

一、引言最近,微波低噪声晶体管有了显著的进展,据称,已有晶体管实际应用于X波段。我们已报告了由于成功地研制了硅npn平面型的微波低噪声晶体管,好的晶体管已达到6千兆赫下,最小噪声系数F_(min)=3.3分贝。此种晶体管要求实现在微细结构中具有必要的杂质浓度。但是,要实现微细的平面图形,有必要进一步改善光刻技术及其相应的掩模对位装置,由于光波长的原因,使这些方法有局限,因此有必要采用电子束曝光技术。此外,对于深度方向的微细图形,即实现浅而且有一定杂质浓度的扩散层的问题,首先,由于扩散基区层的杂质在扩散发射     

简讯

用离子注入法制作的微波晶体管日本东芝公司是日本最早采用离子注入法制作微波晶体管的,起始于1968年,1971年年底制成。在第一次国际固体元件会议上介绍了这项研究成果。他们研制的晶体管:24千兆赫下噪声系数为2分贝;44千兆赫下噪声系数为4分贝。最近又研制出6分贝的6千兆赫的晶体管。这类晶体管制造特点是:①离子注入使基区宽度变窄,而产生高浓度杂质;②发射极不采用离子注入,而采用泡发射极;③采用高温多层金属作电极。目前离子注入晶体管(2千兆赫和4千兆赫)已应用于陶瓷衬底的集成化放大器中,     

离子注入双极晶体管的微波特性

讨论了全离子注入外延硅 NPN 双极微波晶体管的制造和分析。用来形成发射区和基区的掺杂剂分别是注入砷离子和硼离子。砷是在150千电子伏能量下以1×10~(16)/厘米~2剂量注入,而硼则用50千电子伏、8×10~(13)/厘米~2和20千电子伏、4×10~(13)/厘米~2两种条件注入。制成了具有2微米发射极条宽和3微米发射极—基极间距的结构,其S—参数由实验测定。得到实验最高振荡频率 f_(max)=6.0千兆赫,而按T—型等效电路和由已知的几何尺寸和浓度分布得到的器件电路参数所计算的 f_(max)为6.4千兆赫。充分地讨论了制造中所采用的工艺过程。     

高可靠网状发射极晶体管

本文介绍采用网状发射极结构研制了具有极高可靠性的硅npn高频功率晶体管。指出以往影响这种晶体管可靠性的主要原因是电流集中和电极的电徒动。作者发现热脉冲会引起电极劣化。在动态工作条件下在极短时间内就可引起晶体管的损坏。采用扩散型的发射极镇流电阻,并用SiO_2覆盖铝电极可防止其退化。采用这些可靠性措施之后,器件在145℃的结温工作,其MTTF在几百万小时以上,这技术已应用到1千兆赫最大功率30瓦的27个品种的高可靠性网状发射极晶体管(MET)的设计及批量生产中。现在在4千兆赫,7千兆赫频带的微波中继系统中使用的MET其MTTF在220万小时以上,在超高频卫星电视装置及各种无线电装置中已开始使用MET并取得较好效果。     

微波晶体管及其制造技术

近年来,微波晶体管有了很大的发展,在4千兆赫下噪声系数为2.5分贝的双极晶体管和在8千兆赫下噪声系数为3分贝的砷化镓场效应晶体管已达到实用阶段。另外,在大功率晶体管方面,4千兆赫5瓦,3千兆赫10瓦的器件业已获得。这些器件在制造技术上都使用了接近极限的技术,器件的进步不仅取决于设计技术,还与工艺技术的进步关系极大。今后的微波晶体管的进展考虑非采用亚微米加工那样的新的制造技术不可。     

改进的微波晶体管结构

本文描述了采用分开的工艺过程来形成有源基区和无源基区的一种改进的微波晶体管结构。在这种结构中,由于采用重掺杂的无源基区具有小的薄层电阻,所以可以得到低的基区电阻,又由于无源基区的横向扩散,因而减小了发射极的有效宽度。同时,用离子注入形成的有源基区可以独自取得最佳化,以改进电流增益截止频率。具有改进结构的晶体管,与具有同样几何图形但用通常双扩散工艺所制造的晶体管相比,在4千兆赫下,前者的噪声系数为2.3分贝,后者为3.6分贝。     

掺砷多晶硅发射极RCA晶体管

研究了掺砷多晶硅发射极RCA晶体管的工艺实验技术.以先进多晶硅发射极器件制备工艺为基础,在淀积发射极多晶硅之前,用RCA氧化的方法制备了一层超薄氧化层,并采用氮气快速热退火的方法处理RCA氧化层,制备出可用于低温超高速双极集成电路的掺砷多晶硅发射极RCA晶体管.晶体管的电流增益在-55-+125℃温度范围内的变化率小于15%,而且速度快,发射区尺寸为4×10μm2的RCA晶体管其特征频率可达3.3GHz.     

用真空扩散法制作砷发射极晶体管

日本富士通研究所进行了以砷为源,用真空扩散方式制取发射极的晶体管研究工作。这种方法在提高发射极-基极特性和高频特性方面有显著效果。这种砷发射极扩散方法和以前的掺氧法以及掺粉末状硅的真空扩散法相同,前一方法在发射极扩散之后,由于氧化层残留在硅表面上,使得引出发射极电极工艺不太容易,而后一     

掺砷多晶硅发射极RCA晶体管

研究了掺砷多晶硅发射极RCA晶体管的工艺实验技术.以先进多晶硅发射极器件制备工艺为基础,在淀积发射极多晶硅之前,用RCA氧化的方法制备了一层超薄氧化层,并采用氮气快速热退火的方法处理RCA氧化层,制备出可用于低温超高速双极集成电路的掺砷多晶硅发射极RCA晶体管.晶体管的电流增益在-55—+125℃温度范围内的变化率小于15%,而且速度快,发射区尺寸为4×10μm2的RCA晶体管其特征频率可达3.3GHz.     

简讯

4千兆赫微波低噪声晶体管 在微波晶体管市场上,作为完好的器件,不仅要有好的性能而且还必须有很高的成品率。例如,某些4千兆赫双极晶体管虽然噪声系数达到3～3.3分贝的水平,但效率较低。 最近,H-P公司公布了一种HXTR6101型微波晶体管,据介绍此器件具有噪声低、增益高、成品率高、成本低等特点。在4千兆赫下,噪声系数低于3分贝,典型值为2.7分贝。增益最小为8分贝,典型值为9分贝。当工作频率为1.5千兆赫时,噪声系数为1.5分贝,增益为15分贝。噪声低、成品率高和性能好等的特点是通过采用包括离子注入、局部氧化和自对准等技术而实现的。 一般的器件,在制作发射极和基极梳状的时候通常都是采用扩散和离子注入相结合的方法。但H-P公司的HXTR6101型微波晶体管则是一种全离子注入的器件。据介绍由于采用全离子注入工艺,可作极其清洁、陡峭而均匀的发射区和基区,所以噪声低。这种全离子注入工艺还可将交叉梳条的间距作到低于1微米,所以在高频下可获得良好的增益特性。由于采用新的自对准掩蔽技术和离子注入技术相结合的方法,使全部有用的图形都在同一个掩模上形成,这样保证了不同批次的管芯特性的一致性。采用离子注入和局部氧化技术,直接在交叉梳条上制作1密耳~2的金键合区,其集电极-基极的寄生电容小于其     

利用掺杂的多晶硅扩散源改进薄基区晶体管的工艺

以浓掺杂的多晶硅做为扩散源用在薄基区晶体管的砷扩散和磷扩散的一种新工艺已经发展起来。它包含用化学气相淀积方法淀积掺杂的多晶硅(掺杂的多晶硅以下称为DOPOS)和在氧化环境中的扩散过程。扩散过程中,在DOPOS表面上形成硅氧化膜,它阻止了杂质的外扩散并导致了杂质在DOPOS层中的凝聚。这样一来,通过1000℃的扩散可以在硅衬底中引起大约2×10~(20)原子/厘米~3的高表面浓度。背面散射分析表明在DOPOS和硅衬底的接触面上没有杂质积累;也就是说没观察到堆积现象。DOPOS工艺在重复性和器件大量生产方面是优越的,尤其作为砷发射极扩散方法更有效。由于在扩散过程以后在发射区上面保留了DOPOS,因此成功地防止了铝电极引起的发射极-基极短路。在单个晶体管情况下(As—DOPOS),f_T达5千兆赫;对电流型逻辑门电路的单片集成电路(P—DOPOS),t_(oa)在35毫瓦/门电路时达0.6毫微秒。