微波晶体管的发展

微波功率晶体管正在发展。图1示出一九六六年前后出现第一个1千兆赫5瓦的晶体管后的“发展速度”。在微波功率晶体管的发展中,通常是力图在较高的频率下获得大的功率。几乎在所有新的设计中,功率受频率响应所限制。晶体管的电流工作能力与发射极周长和基极面积成正比,而频率响应又和发射极—集电极间距的平方以及电容成反比。因此,对已定的基区宽度来说,功率输出—频率能力限制在一定的范围内。     

集成区含阶梯缓变InGaAsP层的具有超高fmax,fT的双异质结双极晶体管

本文用不同的发射极宽度和长度与集电极电流Ｉｃ和集电极－发射极间电压ＶＣＥ的函数关系研究了集电区含ＩｎＧａＡｓＰ层、基区为Ｚｎ高掺杂的小尺寸ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＤＨＢＴ的高频性能。结果表明，减小发射极宽度比减小其长度能更有效地提高ｆｍａｘ，０．８μｍ发射极金属条宽的ＤＨＢＴ在Ｉｃ＝４ｍＡ的小电流时，具有超高的ｆｍａｘ和ｆＴ，其数值分别为２６７ＧＨｚ和１４４ＧＨｚ，ｆｍａｘ的增加归结为基区电阻和降低了     

法国工程师制成超高速晶体管

法国国家电信研究中心的微电子研究所(CNET)内一支工程师队伍已成功地制成单块半导体-金属-半导体晶体管。早在二十多年前就提出用这种结构来代替常规的npn晶体管,自那时起,它一直困扰着研究者们。他们的成就是获得了用一层很薄的金属代替标准晶体管基区的器件。这样就避免了常规晶体管因基区电阻率造成的性能局限,大大缩短了电子从集电极到发射极的必要渡越时间。AT＆TBell实验室的研究人员计算过:对于优化的SMS晶体管,其理论截止频率应为30GHz左右,它甚至比GaAs器件的速度还快。从结构上讲,SMS晶体管简单得令人难以置信,钴的二硅化物薄层夹在二层较厚的硅层中。工作时,二个硅层分别作为晶体管的发射极与集电极,而把CoSi_2作为基区。     

73GHz磷掺杂多晶硅发射极自对准SiGe基区双极晶体管

报道了一种用来制作自对准SiGe基区异质结双极晶体管降低热处理周期的磷发射极工艺。短的热处理周期导致极窄的基区宽度,并维持轻掺杂的隔离层不消失,这种隔离层是为了提高击穿特性而制作在发射极-基极和基极-集电极内的。已获得了35nm基区宽度的晶体管,其发射极-基极反向漏电小,峰值截止频率为73GHz,本征基区薄层电阻为16kΩ/□。用这些器件获得的最小NTL和ECL门延时分别为28和34ps。     

集电区阶梯缓变InGaAsP层的具有超高f＿（max）、f＿T的双异质结双极晶体管

本文用不同的发射极宽度和长度与集电极电流Ｉ＿ｃ和集电极－发射极问电压Ｖ＿ＣＥ的函数关系研究了集电区含ＩｎＧａＡｓＰ层、基区为Ｚｎ高掺杂的小尺寸ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＤＨＢＴ的高性能。结果表明，减小发射极宽度比减其长度能更有效地提高，０．８μｍ发射极金属条宽的ＤＨＢＴ在Ｉ＿ｃ＝４ｍＡ的小电流时，具有超出超高的ｆ＿（ｍａｘ）和ｆ＿Ｔ，其数值分别为２６７ＧＨｚ和１４４ＧＨｚ，ｆ＿（ｍａｘ）的增加归结为基区电阻和降低了的Ｂｃ结电容乘积的降低。     

73GHz磷掺杂多晶硅发射极自对准SiGe基区双极晶体管

报道了一种用来制作自对准SiGe基区异质结双极晶体管降低热处理周期的磷发射极工艺，短的热处理周期导致极窄的基区宽度，并维持轻掺杂的隔离层不消失，这种隔离层是为了提高击穿特性而制作在发射极0基极和基极－集电极内的，已获得了35nm基区宽度的晶体管，其发射极－基极反向漏电小，峰值截止频率为73GHz，本征基区薄层电阻为16kΩ/□，用这些器件获得的最小NTL和ECL门延时分别为28和34ps。     

频率为26GHz的大功率器件

据《学会志》1996年第1期报道，日本NEC公司已制成作卫星通信用固态放大器的AIGaAs异质结双极晶体管（HBT）。在26GHz下实现了每个单元650mw，为以前FET4倍以上功率。其关键技术是：（1）由于采用斜面状的InGaAs基区，缩短了电子的渡越时间。外基区层采用高浓度GaAs层，降低基区电阻；由于采用三维热模拟，可得到最佳的指状发射极密度；（2）把衬底穿通孔靠近大的指状发射极，可降低接地阻抗。目前的HBT单元的发射极采用12条指状结构，再制成排列几个单元的多个模块结构，以实现卫星通信所需要的几十瓦的大功率。频率为26GHz的大…     

新型基区结构高反压功率晶体管的优化

依据电参数指标要求,针对高压-高增益硅功率晶体管基区结构和终端结构进行优化研究。提出了一种可用于改善集电极-发射极击穿电压(V_(BRCEO))和电流放大倍数(β)矛盾关系的带埋层的新型基区结构,并针对埋层基区结构对高压-高增益硅功率晶体管电性能及可靠性的影响进行了研究。仿真结果表明:新型基区结构不仅可以很好地折中晶体管β与V_(BRCEO)之间的矛盾关系,而且还能在较大的埋层基区宽度、埋层基区掺杂峰值浓度范围内使晶体管获得较低且一致性较好的饱和压降;具有新型基区结构的晶体管在改善正偏的情况下抗二次击穿能力具有明显优势。由仿真得到的器件结构参数,研制出的样片的β,V_(BRCEO)和集电极-基极击穿电压(V_(BRCBO))均满足电参数指标要求。     

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。     

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。     

Alloy Temperature Dependence of Offset Voltage and Ohmic Contact Resistance in Thin Base InGaP/GaAs HBTs

研究了薄基区HBT合金温度对残余电压Voffset和欧姆接触电阻Rcontact的影响,给出了薄基区HBT的最佳合金温度区域.用肖特基钳位理论解释了合金温度过高导致Voffset偏大的现象.从晶体管基本物理机制推导出Voffset与集电极、发射极面积比Ac/Ae的关系,并用此解释了U形发射极HBT具有较小Ac/Ae的原因,进一步证明了U型发射极结构的优越性.     

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。     

合金温度对薄基区InGaP/GaAs残余电压和欧姆接触的影响

研究了薄基区HBT合金温度对残余电压Voffset和欧姆接触电阻Rcontact的影响,给出了薄基区HBT的最佳合金温度区域.用肖特基钳位理论解释了合金温度过高导致Voffset偏大的现象.从晶体管基本物理机制推导出Voffset与集电极、发射极面积比Ac/Ae的关系,并用此解释了U形发射极HBT具有较小Ac/Ae的原因,进一步证明了U型发射极结构的优越性.     

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     

基区设计对InGaP/GaAs HBT热稳定性的影响

研究了不同基区设计对多发射极指结构功率InGaP/GaAs异质结双极型晶体管热稳定性的影响。以发生电流增益崩塌的临界功率密度为热稳定性判定标准,推导了热电反馈系数Φ、集电极电流理想因子η和热阻Rth与基区掺杂浓度NB、基区厚度dB的理论公式。基于TCAD虚拟实验,观测了不同基区掺杂浓度和不同基区厚度分别对InGaP/GaAs HBT热稳定性的影响。结合理论公式,对仿真实验曲线进行了分析。结果表明,基区设计参数对热稳定性有明显的影响,其影响规律不是单调变化的。通过基区外延层参数的优化设计,可以改进多指HBT器件的热稳定性,从而为多指InGaP/GaAs HBT热稳定性设计提供了一个新的途径。     

毫米波HBT

<正>日本松下电气公司的K.OGAWA和Y.OTA等在1990年12月的《EL》杂志上报道了毫米波HBT的制作和特性.这种AIGaAs/GaAs HBT是在未掺杂半绝缘衬底上生长外延层基区,其厚度为70nm.如此薄的基区是为了减小电子基区渡越时间.发射区尺寸为1×10μm,用单掩膜多次目对准工艺制成.其工艺特点是有小的埋层集电极、n~+-GaInAs发射极帽层和     

在砷发射极的硅n-p-n结构中减慢基区扩散的定量理论

当砷相继地扩散入掺镓或掺硼的硅中时,通常观察到 P 型基区层扩散的减慢。这与相继的磷扩散有关连的“发射极推进”效应是相反的。为了模拟晶体管中的杂质分布,必须能够定量地描述在扩散过程中发射区——基区的相互作用。在这研究中考查了关于内部电场,平衡空位密度,离子对以及〔VsiAs_2〕络合物形成的速率对于相继地扩散过程中的基区层再分布的影响。对于一对扩散方程的数字解表明,在砷发射极的扩散时,电场和离子对的效应只引起硼分布的局部减慢。然而,〔VsiAs_2〕络合物的形成引起在硅中空位的不饱和达到晶体内刚好超过实际的集电极——基极结深的距离。因为局部的基区扩散率依赖于空位密度,所以这种非本征的空位不饱和的效应引起所予期的基区扩散的减慢。根据发射区和基区的表面浓度、初始的基区结深以及扩散时间和温度的关系,给出了该理论正确性的实验验证。     

BF2注入和快速退火的亚微米双层多晶硅工艺

详细介绍了一种采用ＢＦ＿２注入和快速退火制作基区、ｆ＿Ｔ可达３０ＧＨｚ的亚微米双层多晶硅工艺及其器件特性。描述了晶体管的基本参数，以及其截止频率ｆ＿Ｔ和集电极与发射极间击穿电压ＢＶ＿（ｃｅｏ）之间的对应关系；与基区注入剂量、外延基区注入剂量、下集电区注入剂量和外延层厚度的函数关系。     

fT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（fT)的Si异质结双极晶体管（HBT）的制作，器件的fT值达75GHz，集电极－基极偏压1V，本征基区层电阻（Rbi)17kΩ/□，发射极宽0．9um，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。     

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。