改善多指HBT热稳定性的非均匀指间距技术

建立了多发射极指功率SiGe HBT的热电反馈模型,研究了发射极指间距的变化对多指功率SiGe HBT表面温度分布的影响.在此基础上,提出了发射极指间距的非均匀化优化技术.在不同偏置下,对具有均匀间距和非均匀间距的多指HBT各指之间的温度分布进行模拟.结果表明,具有非均匀指间距结构的SiGe HBT峰值温度明显下降,各指之间的温度分布均匀性得到加强,这是传统均匀指间距技术无法比拟的,显示了非均匀指间距优化技术的优越性.     

非均匀条间距结构功率SiGe HBT

成功研制出非均匀发射极条间距功率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HBT相比,非均匀结构HBT的峰值结温降低了22K.在不同偏置条件下,非均匀结构SiGe HBT均能显著改善芯片表面温度分布的非均匀性.由于峰值结温的降低以及芯片表面温度分布非均匀性的改善,采用非均匀发射极条间距结构的功率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.     

新型发射极指组合结构功率SiGe HBT热分析

提出了一种发射极指分段和非均匀发射极指长、指间距组合的新型器件结构,以改善多指功率硅锗异质结双极晶体管(SiGe HBT)的热稳定性。考虑器件具有多层热阻,发展建立了相应的热传导模型。以十指功率SiGe HBT为例,运用有限元方法对其进行热模拟,得到三维温度分布。与传统发射极结构器件相比,新结构器件最高结温从416.3 K下降到405 K,各个发射指上的高低温差从7 K～8 K下降为1.5 K～3 K,热阻值下降14.67 K/W,器件整体温度分布更加均匀。     

非均匀条间距结构功率SiGe HBT

成功研制出非均匀发射极条间距功率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HBT相比,非均匀结构HBT的峰值结温降低了22K.在不同偏置条件下,非均匀结构SiGe HBT均能显著改善芯片表面温度分布的非均匀性.由于峰值结温的降低以及芯片表面温度分布非均匀性的改善,采用非均匀发射极条间距结构的功率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.     

免镇流电阻的非均匀发射极指间距设计对多指功率双极晶体管射频功率性能的改善（英文）

对不添加镇流电阻的非均匀发射极条间距的多发射极条异质结双极晶体管(HBT)的射频功率性能和表面温度分布进行了测量,并与常规采用镇流电阻的多发射极条功率HBT进行了比较。实验结果表明,对具有非均匀发射极条间距的多发射极条HBT,采用USQFITMS红外测量系统测得的最高表面温度、温度分布均匀性以及采用射频测量系统测得的射频功率增益和功率附加效率,分别低于、好于和高于具有镇流电阻的多发射极条功率HBT的情况。这些结果的取得,得益于采用非均匀发射极条间距改善了多发射极条HBT的热电正反馈和不同发射极条之间的热耦合,以及摆脱了传统HBT加镇流电阻带来的对射频功率性能的负作用。     

基于有限元法对发射极指分段结构的多指SiGe HBT的研究

针对传统多指SiGe HBT发射极指中心区域和器件中心区域温度较高导致热不稳定问题,提出了新型发射极指分段结构来抑制功率SiGe HBT中心区域的自热效应,提高器件温度分布均匀性.利用有限元软件ANSYS对器件进行建模和三维热模拟,研究器件温度分布的改善情况.结果表明,与传统不分段结构的器件相比,新型分段结构的多指SiGe HBT的指上的温度分布更加均匀、不同指上的温差和集电结结温明显降低,自热效应得到有效抑制,器件的热稳定性得到增强.     

多发射极指分段结构功率SiGe HBT的热分析

提出了一种有效的方法—采用多发射极指分段结构来增强功率SiGe HBT的热稳定性。为了对分段结构进行精确的热分析,针对器件多层结构的特点,建立起适当的热模型,模型中充分考虑了各个部分的热阻。根据此热模型,使用有限元方法,对一个十指的分段结构功率SiGe HBT进行了热模拟。考虑到模拟的精确性及软件的功能限制,采用两步模拟法:衬底模拟和有源区模拟。通过模拟,得到了发射极指的三维温度分布。结果表明,分段结构功率HBT的最高结温和热阻都明显低于完整发射极指结构,新结构有效地提高了器件的热稳定性。     

多发射极条功率SiGe HBT的热电耦合与优化设计

利用自洽迭代数值计算方法,对多发射极微波功率SiGe HBT芯片热电耦合特性进行了模拟和分析。结果表明,通过对晶体管发射极条长、条间距的调整,可以有效地改善芯片温度分布的不均匀性,提高晶体管的热稳定性和功率处理能力。     

基于热电模型的多发射极功率HBTs非均匀镇流电阻设计

在考虑发射结电压随温度的变化和发射极加入镇流电阻的情况下,给出简化的三维热电模型,用以计算功率HBT芯片表面温度分布.分析表明,对于采用均匀发射极镇流电阻设计的功率HBT,芯片中心发射极条温度最高,严重限制了器件的功率处理能力.因此提出非均匀发射极镇流电阻设计方案,并以12指Si0.8Ge0.2HBT为例,详细地给出非均匀发射极镇流电阻设计流程.结果表明,在总发射极镇流电阻阻值(各指发射极镇流电阻并联值)不变的情况下,非均匀发射极镇流电阻设计与传统的均匀设计相比,芯片中心结温显著降低,芯片表面温度趋于一致.还发现当各指发射极镇流电阻阻值从芯片边缘到中心按指数形式分布时,功率HBT的芯片表面温度更容易趋于均匀,大大提高了HBT的功率处理能力,为功率HBT的设计提供了指导.     

免镇流电阻的非均匀发射极指间距设计对多指功率双极晶体管射频功率性能的改善

对不添加镇流电阻的非均匀发射极条间距的多发射极条异质结双极晶体管(HBT)的射频功率性能和表面温度分布进行了测量,并与常规采用镇流电阻的多发射极条功率HBT进行了比较.实验结果表明,对具有非均匀发射极条间距的多发射极条HBT,采用US QFI TMS红外测量系统测得的最高表面温度、温度分布均匀性以及采用射频测量系统测得...     

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.     

基区Ge组分分布对SiGe HBT热学特性的影响

建立了SiGe HBT热电反馈模型,对基区Ge组分矩形分布、三角形分布和梯形分布的SiGe HBT的热特性进行研究。结果表明,在Ge总量一定的前提下,Ge组分为三角形和梯形分布结构的SiGe HBT峰值温度较低、温差较小,温度分布的均匀性优于Ge组分矩形分布结构的SiGeHBT,具有更好的热特性。对不同Ge组分分布下器件增益与温度的依赖关系进行研究,发现当基区Ge组分为三角形和梯形分布时,随着温度升高,器件增益始终低于Ge组分矩形分布的器件,且增益变化较小,提高了器件的热学和电学稳定性,扩大了器件的应用范围。     

Velocity overshoot analysis in SiGe and SiGeC HBT

A velocity overshoot model of ultra-thin-base SiGe and SiGeC HBT is obtained. By deriving the Boltzmann electron temperature equation, 3000?K maxima near the collector-base junction of temperatures are found. Velocities distribution solutions considering velocity overshoot are achieved. Conclusions are that different germanium content percentage decides the maxima of overshoot velocities and base overshoot is observed. SiGeC HBT possesses approximately the same velocities as in SiGe HBT.     

Self-heating in multi-emitter SiGe HBTs

High power bipolar transistors often have multiple emitters, to achieve high currents, and efficient use of the whole emitter area. The emitters experience high current densities and are self-heated above the ambient temperature, leading to concerns about thermal run-away and damage to the device. Here we use a multi-emitter SiGe HBT, with multiple emitter contacts, to examine the temperature distribution in the emitters in such devices. We have measured the temperature increase in different emitters by biasing one emitter at a time and using the other base–emitter junctions as thermometers. We show that use of a selectively implanted collector does not alter the temperature increase or thermal coupling between the emitters.     

Structure optimization of multi-finger power SiGe HBTs for thermal stability improvement

The two-dimensional temperature profile of a power SiGe HBT with traditional uniform emitter finger spacing is calculated, which shows that there is a higher temperature in the central region of the device. With the aid of the theoretical analysis, an optimized structure of the HBT with non-uniform emitter finger spacing is presented. The peak temperature is lowered by 23.82 K, and the thermal resistance is also improved by 15.09% compared with that of the uniform one. The improvements above are ascribed to the increasing the spacing between fingers, and hence suppressing the heat flow from adjacent fingers to the center finger. Based on the analytical results, two types of HBTs with uniform emitter finger spacing and non-uniform emitter finger spacing are fabricated and their temperature profiles and thermal resistance are measured. The measured results agree well with the calculated results, verifying the accuracy of the calculations. For the HBT with non-uniform emitter finger spacing, the peak temperature and the thermal resistance are improved markedly over a wide biasing range compared with that of the uniform one. Therefore, both the calculated results and the experimental results verify that the optimized structure of power HBT with non-uniform emitter finger spacing is superior to the uniform emitter spacing structure for enhancing the thermal stability of power devices over a wide biasing range.