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。     

500兆赫输出50瓦功率增益10分贝的高频硅功率晶体管(三)

四、工艺改进 1.导言在这一部分中将讨论工艺技术的改进和应用,以及在MOM制造中出现的问题。这些问题需要涉及到最终器件的制造。 2.MOM结构 (1)MOM技术的优点一个器件的工作电流和输出功率直接依赖于发射极周长,所需的发射极周长应在尽可能小的基极和发射极面积内作成,以便获得最大的效率和功率增益。为满足上述要求,在技术许可的情况下,把发射极条作得又窄又长,因而在一个很小的有源基区和发射区范围内得到一个大的发射极周长。窄的金属条要求以梳状结构降低条宽,但这要产生附加的电阻。其结果将增加电压降,它将引起沿着发射极条长的注入下降。因减小条宽引起的问题可由增加金属化厚度     

用分子束外延法制作的双异质结GaAs/Al_xGa_(1-x)As双极晶体管

制作并试验了用分子束外延法生长的双异质结AlGaAs/GaAs双结晶体管(DHBJT)。掺入缓变基极-集电极结改进了DHBJT的dc特性,它优于用突变基极-集电极结所获得的特性。采用缓变集电极和发射极结以及基区宽度为0.05、0.2和0.1μm分别获得最大电流增益为500、900和1650,从0.1μm基区宽度到0.05μm基区宽度的电流增益下降是由于采用高基区掺杂浓度使电子寿命降低引起的。1650值可以与用液相外延法生长的HBJT所获得的电流增益相媲美,它是用MBE生长的HBJT获得的最佳值。业已发现共发射极晶体管的导通电压与集电极和发射极结导通电压之差相对应。用700℃(作为最佳温度)高集电极生长温度改进了dc特性,具有超晶格界面的DHBJT的初步结果表明,在集电极电流电平的较宽范围内电流增益几乎是不变的。     

InGaAsP/InP异质结双极晶体管的研究

用液相外延方法研制了InGaAsP/InP异质结双极晶体管(HBT),并研究了其直流特性。该HBT的发射区和集电区材料为InP(禁带宽度为1.35eV),基区材料为InGaAsP(禁带宽度0.95eV)。器件采用台面结构,发射结、集电结面积分别为5.0×10~(-5)cm~2、3.46×10~(-5)cm~2。基区宽度约为0.2μm,基区掺杂浓度为(2～3)×10~(17)/cm~3。在I_c=3～5mA,V_(ce)=5～10V时。共射极电流放大倍数达到30～760。符号表 q 电子电荷ε介电常数 k 玻耳兹曼常数 T 绝对温度β共射极电流放大倍数γ发射极注入效率 A_e 发射结面积 I_(ne) 发射极电子电流 I_(pe) 发射极空穴电流 I_(rb) 基区体内复合电流 I_(gre) 发射结空间电荷区产生-复合电流 I_(sb) 基区表面复合电流 I_(nc) 被集电极收集的电子电流 m_(pb)~* 基区中空穴有效质量 m_(?)~* 发射区电子有效质量 N_(Ab) 基区中受主掺杂浓度 N_(D(?)) 发射区施主掺杂浓度 N_(D(?)) 集电区施主掺杂浓度 W_b 基区宽度 L_(ab) 基区中电子扩散长度μ_(ab) 基区中电子迁移率τ_(ab) 基区中电子寿命 V_(no) 从发射区注入到基区电子的平均速度 V_(p(?)) 从基区注入到发射区空穴的平均速度△E_g 发射区与基区的禁带宽度差△E_c 异质结交界面导带不连续量△E_v 异质结交界面价带不连续量。且有:△E_c+△E_v=△E_g A_(?) 基区表面有效复合面积     

超增益硅MIS异质结发射极晶体管

描述了共发射极电流增益接近25000的硅双极晶体管,这个值被认为是曾报导过的双极器件电流增益的最大值。以一个隧道贯穿金属二薄绝缘体一半导体(MIS)接触连同一个浅注入基区为基础的异质结发射极结构是获得这种改进性能的主要原因。该结果的意义在于:它证明了在发射极的注入效率和可以导致在应用范围内改进硅双极晶体管性能的基区特性控制这两方面的优点。     

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。     

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。     

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。     

精确预计SiBJT微波功率器件峰值结温的方法

三维全热程热电一体地模拟了 Si BJT微波功率器件 .热场计算包括从芯片的有源区经芯片 -粘接层 -基片 -粘接层 -底座直到固定于 70℃的安装台面的整个散热过程 .在处理热电正反馈时把有源区的 6 0个基本单元 (子胞 )当成 6 0个并联子胞晶体管进行建模 ,子胞模型包括子胞晶体管本身、基区横向扩展电阻、发射区横向扩展电阻 .热电一体分析除了涉及 Vbe随温度变化外 ,还有子胞发射极有效面积随子胞发射极电流上升而下降的效应 (以下称面积效应 ) .与对有源区各点直接进行分析相比 ,子胞建模不仅大大简化了计算 ,而且摸拟结果与器件结构、版图结构、工艺参     

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。     

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。     

发射极-基极-发射极结构PNP型AlGaAs/GaAs HBT电流增益的理论分析

建立了PNP型异质结双极晶体管基区少数载流子浓度的解析模型。理论分析了发射极－基极－发射极布局的PNP型HBT的电流增益。讨论了不同基极电流成分,如外基区表面复合电流,基极接触处的界面复合电流,基区体内复合电流,以及刻蚀台面处的台面复合电流对电流增益的影响。     

发射极-基极-发射极结构PNP型AlGaAs/GaAsHBT电流增益的理论分析

建立了 PNP型异质结双极晶体管基区少数载流子浓度的解析模型 .理论分析了发射极 -基极 -发射极布局的PNP型 HBT的电流增益 .讨论了不同基极电流成分 ,如外基区表面复合电流 ,基极接触处的界面复合电流 ,基区体内复合电流 ,以及刻蚀台面处的台面复合电流对电流增益的影响     

发射极-基极-发射极结构PNP型AlGaAs/GaAs HBT电流增益的理论分析

建立了PNP型异质结双极晶体管基区少数载流子浓度的解析模型.理论分析了发射极-基极-发射极布局的PNP型HBT的电流增益.讨论了不同基极电流成分,如外基区表面复合电流,基极接触处的界面复合电流,基区体内复合电流,以及刻蚀台面处的台面复合电流对电流增益的影响.     

微波低噪声晶体管的最佳发射极窗宽

本文考虑了发射极接触电阻的影响,讨论了与发射极窗宽有关的热噪声电阻r(S_e~*)与发射极窗宽S_e~*及总发射极条长L_e的关系。文中给出了使r(S_e~*)为极小值的最佳发射极窗宽S_(eopt)~*和最佳热噪声电阻r_(opt)(S_e~*)的表达式。使用这两个公式可对微波低噪声晶体管的最佳发射极窗宽的设计和有源基区薄层电阻的确定提供参考。计算举例表明,在最佳发射极窗宽下晶体管的噪声与更窄窗宽时晶体管的噪声性能相同。     

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。     

功率晶体管大电流密度下h_(FE)的温度特性

本文指出,在大电流密度下,晶体管h_(FE)可能表现出反常的温度特性,即dh_(FE)/dT<0.认为此种现象的机理是因为基区扩展效应受温度影响.建立了发射极电流分布的数学表达式.用此表达式进行的计算和实际测试说明,h_(FE)负温度系数的出现确实与基区扩展效应相关.所得结果有益于晶体管的设计、制造和使用.     

包含电流集边效应的矩形双极晶体管噪声的精确分析

本文介绍的矩形双极晶体管噪声的精确分析是应用集合近似法(col-lective approach)和输运噪声理论的分析模型推导出来的。在此模型中,考虑了发射极电流集边效应,并精确地描述了中等和低值源阻抗时的噪声性能。确定了等效集总电路的结构,给出在电流和频率的分布范围内表征元件的解析关系。指出:(a)有源基区必须由一般热噪声源的非线性阻抗来表示;(b)对于低源阻抗,散粒噪声发生器的等效输入电压高于由低注入理论所预言的输入电压。而且发现,发射极集边导致:(a)基区阻抗;(b)热噪声;(c)等效集总电路的散粒噪声发生器之间的相互关系均匀而显著地减少。最后,可以看出,在高源阻抗偏置的晶体管中,集边效应产生时,经典的低注入理论似乎是正确的。     

索尼公司提出了新型双极结构

日本索尼公司采用发射极低浓度结构,研制出可望改变所有双极器件结构的技术。已往的发射区浓度较基区高几个量级,而发射极电流则几乎由发射极注入电流所组成。索尼公司提出的发射区浓度反而比基区低一至二个量级,且在发射区内有电势垒,这一势垒将来自基区的少子予以反射,不许其变成发射极电流成分。这种双极结构是N~+NPN,即发射极由N~+N组成,发射区N的浓度较P低一至二个量级。据称,这种技术的优点在于适合于大量生产,防止发射极陷落效应,发射极掺杂不影响基区浓度的再分布,可防     

f_T为75GHz的SiGe基区异质结双极晶体管

报道了具有最高单位电流增益截止频率(f_T)的Si异质结双极晶体管(HBT)的制作。器件的f_T值达75GHz,集电极-基极偏压1V,本征基区层电阻(R_(bi))17kΩ/□,发射极宽0.9μm。该器件用SiGe作基底材料,采用多发射极双极工艺制作,其75GHz的性能指标几乎比Si双极晶体管的速度提高一倍。45nm基区中的Ge是缓变的,这样就产生了约为20kV/cm的漂移电场,因而本征渡越时间仅为1.9ps。