新型SiGe/Si异质结开关功率二极管的特性分析及优化设计

将SiGe技术应用于功率半导体器件的特性改进,提出了新型Si Ge/Si异质结p-i-n开关功率二极管结构,在分析器件结构机理的基础上,用Medici模拟了该器件的特性并进行了优化设计.结果表明,该功率二极管具有低的正向压降,较少的存贮电荷,其性能远远超过Si的同类型结构.这种性能的改进无需采用少子寿命控制技术,因而很容易集成于功率IC中.     

SiGe／Si异质结器件

本文综述了国际上ＳｉＧｅ／Ｓｉ异质结器件的发展状况，分析了该器件的结构要理，特点，优越性及制造技术，阐述了该器件的广阔应用和对微电子将产的重大影响。     

一种新型n-区多层渐变掺杂SiGe/Si功率开关二极管

n^-区掺杂浓度采用多层渐变式结构的p^ (SiC．e)-n^--n^ 异质结功率二极管。对该新结构的反向恢复特性及正反向I-V特性进行了模拟,从器件运行机理上对模拟结果做出了详细的分析。与n^-区固定掺杂的普通p^ (SiGe)-n^--n^ 二极管相比。在正向压降基本不发生变化的前提下,渐变掺杂后的器件反向恢复时间可缩短一半,反向峰值电流能降低33％,反向恢复软度因子可提高1．5倍。并且,随着n^-区渐变掺杂的层数增多,反向恢复特性越好。     

功率SiGe/Si HBT的温度特性

测量了Si/SiGe HBT在23~260℃温度范围内的Gummel图、理想因子n、不同基极电流下的发射结电压VBE、电流增益β、共发射极输出特性,以及Early电压VA的变化情况。结果表明,随电流和温度的增加,β减少,VBE随温度的变化率dVBE/dT小于同质结Si BJT。在高集电极-发射极电压和大电流下,在输出特性曲线上观察到了负微分电阻(NDR)特性。结果还显示,电流增益-Early电压积与温度的倒数(1/T)呈线性关系,这对模拟电路应用是很重要和有用的。     

快速软恢复SiGe功率开关二极管的结构设计与特性分析

为了进一步提高SiGe/Si异质结功率开关二极管的性能,提出了一种SiGe功率开关二极管的新结构,用交替的p 、n 区形成的mosaic结构来代替原常规的n 区,关断时可同时为电子和空穴的抽取提供通道使阴极具有理想欧姆接触.该结构可大大提高开关速度,并获得很软的反向恢复特性及很低的漏电流.与常规p (SiGe)-n--n 功率开关二极管相比,反向恢复时间缩短了近2/3,反向峰值电流降低了约1/2,漏电流降低了约1个数量级.另外,嵌镶结构中p 区的厚度对器件性能有很大影响,调整p 区的厚度可实现器件的反向耐压能力和反向恢复特性之间很好的折衷.这种性能的改进无需采用少子寿命控制技术因而很容易集成于功率IC中.     

Si/SiGe/Si双异质结晶体管(HBT)的负阻特性

同质结硅双极晶体管在共射极状态下工作中,在高集电极--发射极电压、大电流下,由于热电正反馈,容易发生热击穿,这限制了晶体管的安全工作区域.本文报道了在大电流下,由于热电负反馈,重掺杂基区Si/SiGe/HBT出现了负阻特性,并对这一现象进行了新的解释,认为这是由于大电流下耗散功率增加,基区俄歇复合导致电流增益随温度增加而减小的结果.这一现象有利于改善大电流下双极晶体管的抗烧毁能力,证明Si/SiGe/HBT适于大功率应用.     

SiGe/Si异质结的基本特性及其探测器的应用前景

综述了SiGe应变层的基本性质,包括SiGe应变层的临界厚度与超晶格的稳定性、带隙和能带变化、折射率增量以及等离子色散效应。总结了材料生长中释放应力的两种形式,包括位错和表面起伏。最后介绍了SiGe/Si应变量子阱光电探测器和红外焦平面阵列探测器的进展及其应用前景。     

SiGe异质结微波功率晶体管

本文述评了SiGe异质结微波功率晶体管的特性、结构、工艺及研究进展。     

SiGe/SiHBT异质界面与pn结界面的相对位移的影响

从模拟和实验两方面研究了SiGe/Si HBT发射结中pn结界面和SiGe/Si界面的相对位置对器件的电流增益和频率特性的影响.发现两界面偏离时器件性能会变差.尤其是当pn结位于SiGe/Si界面之前仅几十?就足以产生相当高的电子寄生势垒,严重恶化器件的性能.据此分析了基区B杂质的偏析和外扩对器件的影响以及SiGe/Si隔离层的作用.     

温度对SiGe/Si异质结功率二极管电学特性的影响(英文)

在考虑到各种物理机制如载流子-载流子散射、俄歇复合、禁带窄化效应及结温效应等的基础上,数值模拟分析了SiGe/Si功率开关二极管的各种温度依赖特性。对Si和SiGe/Si功率二极管而言,温度对器件的正向压降VF、反向击穿电压VB以及反向漏电流JR的影响规律基本相似,即随着温度的升高,正向压降降低,击穿电压增加,反向漏电流迅速提高。然而在相同的温度下,与Si功率开关二极管相比,SiGe/Si二极管(20%Ge含量)的正向压降降低了近0.1V(在正向电流密度10A/cm2的情况下),反向恢复时间缩短了一半以上,反向峰值电流密度也下降了约三分之一,软度因子S提高了2倍多。SiGe二极管的另外一个重要优点是其反向恢复特性受温度影响很小。当温度从300K增加到400K时,Si功率二极管的反向恢复时间增加了近1倍,而SiGe/Si二极管(20%Ge含量)的反向恢复时间基本保持不变。SiGe/Si功率开关二极管的一个缺点是在高温下产生较大的漏电流,但这可以通过适当降低Ge含量来改善。Ge的引入为器件设计提供了更大的自由度,其含量对器件特性有重要影响。为了获得低的正向压降和短的反向恢复时间,应该提高Ge的含量,但Ge含量增加将导致大的漏电流,因此Ge含量的大小应该优化折衷考虑。     

SiGe-collector trench gate insulated gate bipolar transistor fabricated using multiple target sputtering

A new type of trench gate IGBT (insulated gate bipolar transistor) which uses a SiGe layer for the collector is experimentally investigated. SiGe collectors with different Ge content are deposited by multiple cathode sputtering making low temperature processing possible. The change in turn-off characteristics with Ge content is also investigated. Results indicate that the use of a SiGe collector reduces the tail current at turn-off due to the reduced injection of holes to the n⁻ drift region.     

SiGeC异质结功率二极管通态特性研究

研究了一种大功率低功耗p+(SiGeC)-n--n+异质结二极管结构,分析了Ge、C含量对器件正向通态特性的影响。结果表明:与常规的Si p-i-n二极管相比,在正向电流密度不超过1000 A/cm2情况下,p+(SiGeC)-n--n+二极管的正向压降有明显的降低。当电流密度为10 A/cm2时,Si p-i-n二极管的压降为0.655 V,而SiGeC异质结二极管的压降只有0.525 V,大大降低了器件的通态功耗。在相同正向电流密度的条件下,SiGeC异质结二极管在n-区存储的载流子比Si二极管的减少了1个数量级以上,这导致前者的关断时间远小于后者。     

一种新型渐变掺杂理想欧姆接触SiGeC/Si功率二极管

将新器件结构与新型半导体材料相结合,提出了一种新型的n-区三层渐变掺杂理想欧姆接触型p (SiGeC)-n-n 异质结功率二极管,并对n-区的杂质分布梯度进行了优化.基于MEDICI,给出了该结构的关键物理参数模型,并在此基础上对新结构的设计思路和工作原理进行了全面分析.结果表明,与常规理想欧姆接触结构相比,该新结构在保持快而软反向恢复特性的前提下,反向阻断电压增加了近一倍,而且正向通态特性也有所改善,很好地实现了功率二极管中Qs-Vf-Ir三者的良好折中.     

一种新型渐变掺杂理想欧姆接触SiGeC/Si功率二极管

将新器件结构与新型半导体材料相结合,提出了一种新型的n-区三层渐变掺杂理想欧姆接触型p+(SiGeC)-n-n+异质结功率二极管,并对n-区的杂质分布梯度进行了优化.基于MEDICI,给出了该结构的关键物理参数模型,并在此基础上对新结构的设计思路和工作原理进行了全面分析.结果表明,与常规理想欧姆接触结构相比,该新结构在保持快而软反向恢复特性的前提下,反向阻断电压增加了近一倍,而且正向通态特性也有所改善,很好地实现了功率二极管中Qs-Vf-Ir三者的良好折中.     

Analytical modelling of current gain and frequency characteristics under high injection levels in Si/SiGe heterojunction bipolar transistors at 77 and 300 K

This paper reports an analytical modelling of current gain and frequency characteristics in Si/SiGe heterojunction bipolar transistors (HBTs) at 77 and 300 K. Important transistor parameters, such as current gain, transconductance, cutoff frequency and maximum oscillation frequency are calculated as a function of Ge concentration in the base under different injection levels. The main physical mechanisms for the current and cutoff frequency rolloff at high injection levels are also analyzed. It shows that the high-level injection effect is more pronounced in the SiGe HBTs as a result of the increasing minority carrier concentration in the base and the Ge concentration and distribution will have a decisive influence of device performance. The results may provide a basis for the design of low temperature operation SiGe HBTs.     

微波功率SiGe HBT研究进展

Si的热导率比大部分化合物半导体(如GaAs)的热导率高,SiGe HBT在一个较宽的温度范围内稳定,SiGe HBT的发射结电压VBE的温度系数dVBE/dT比Si的小,双异质结SiGe HBT本身具有热-电耦合自调能力,所加镇流电阻可以较小,所有这些使SiGe HBT比GaAs HBT和SiBJT在功率处理能力上占一定优势。文章对微波功率SiGe HBT一些重要方面的国内外研究进展进行评述,希望对从事微波功率SiGe HBT的研究者有所帮助。     

双应变SiGe/Si异质结CMOS的设计及其电学特性的Medici模拟

本文提出一种沟道长度为0.125 μm的异质结CMOS(HCMOS)器件结构.在该结构中,压应变的SiGe与张应变的Si分别作为异质结PMOS(HPMOS)与异质结NMOS(HNMOS)的沟道材料,且HPMOS与HNMOS为垂直层叠结构;为了精确地模拟该器件的电学特性,修正了应变SiGe与应变Si的空穴与电子的迁移率模型;利用Medici软件对该器件的直流与交流特性,以及输入输出特性进行了模拟与分析.模拟结果表明,相对于体Si CMOS器件,该器件具有更好的电学特性,正确的逻辑功能,且具有更短的延迟时间,同时,采用垂直层叠的结构此类器件还可节省约50%的版图面积,有利于电路的进一步集成.     

与Si工艺兼容的Si/SiGe/Si HBT研究

我们对Si/SiGe/Si HBT及其Si兼容工艺进行了研究,在研究了一些关键的单项工艺的基础上,提出了五个高速Si/SiGe/Si HBT结构和一个低噪声Si/SiGe/Si HBT结构,并已研制成功台面结构Si/SiGe/Si HBT和低噪声Si/SiGe/Si HBT,为进一步高指标的Si/SiGe/Si HBT的研究建立了基础。     

Two-dimensional simulations of amplification of space charge waves in a strained Si/SiGe heterostructure at 77 K

We theoretically investigated the propagation and amplification of space charge waves on the surface of a strained Si/SiGe heterostructure at 77 K, using the negative differential conductance phenomenon. In this work, we also have done a comparison between the n-GaAs thin film and strained Si/SiGe heterostructure with respect to the propagation of space charge waves. We have obtained results in 2D of propagation and amplification of space charge waves in a strained Si/SiGe heterostructure until for frequencies f<40 GHz.