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。     

多集电极横向PNP晶体管电流增益的设计

本文给出了横向晶体管设计模型,讨论了集电极断节效应和基区表面场效应,实验表明,设计薄的基区宽度,选用长方形或圆形发射极,配合相应的断节集电极结构是多集电极横向晶体管的优化设计方案,采用场效应板同时覆盖本征基区表面和断节集电极的基区表面,是提高多集电极横向晶体管电流增益的重要有效途径.     

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。     

光耦合器的BGA封装

导言光耦合器也称为光隔离器，它是允许电信号在电路或系统之间传输的半导体器件，同时确保这些电路或系统彼此之间电绝缘。典型的光耦合器是将两个电子组件—红外(IR)发光二极管(LED)和输出光电探测器集合到一个双列直插式封装(DIP)中。当正向电流(If)流经发光二极管时，电子转换为光子，辐射能量通过光耦介质传输，落在探测器的表面，在这里光子又转换为电子。光电探测器(在大多数情况下为光电晶体管)设计为具有较大的基极面积，因此基极-集电极结点的面积较大，而发射极的面积较小。如果基极和发射极接地，在光电晶体管的集电极施加…     

SiGe HBT直流电流增益模型研究

基于器件结构特点和电学特性,研究了影响SiGe HBT(异质结双极晶体管)直流电流增益的主要因素,分析了不同的电流密度条件下,器件的物理参数、结构参数与集电极电流密度和中性基区复合电流的关系,建立了SiGe HBT集电极电流密度,空穴反注入电流密度、中性基区复合电流、SRH(Shockley-Read- Hall)复合电流密度、俄歇复合电流密度以及直流电流增益模型,对直流电流增益模型进行了模拟仿真,分析了器件物理、结构参数以及复合电流与直流电流增益的关系,得到了SiGe HBT直流电流增益特性的优化理论依据.     

长基区晶体管的磁敏感效应

当n~+-i-n~+型晶体管的基区宽度大于载流子扩散长度时,在磁场中它的集电极电流具有很高的磁灵敏度.本文从输运基区载流子连续方程式出发导出了载流子在磁场中的分布,从而导出了集电极电流、电流增益α和β随磁场变化的关系式,并建立了磁灵敏度公式.本文将理论同锗长基区滋晶体管的实验曲线和数据进行了比较,其结果表明理论和实验曲线基本相符合.     

功率晶体管直流增益温度变化率的研究及埋层结构优化

利用TCAD半导体器件仿真软件,依据NPN型大功率晶体管电参数指标要求,针对直流增益及其高、低温变化率进行了研究。为拓宽满足直流增益要求的结构参数范围并改善直流增益高、低温变化率,提出一种新型带P~+埋层的高反压大功率晶体管结构。仿真结果表明:通过对P~+埋层掺杂浓度和厚度进行优化,可有效折中直流增益和集电极-发射极击穿电压的矛盾关系,使得发射区、基区结构参数在较大范围内满足直流增益指标要求,增大了工艺裕量。P~+埋层的存在,可针对满足直流增益及其高、低温变化率的要求来调整发射区、基区结构参数。     

非线性双极晶体管模型的研究

本文对非线性双极晶体管的模型进行了研究,非线性晶体管模型对微波CAD和无线电系统仿真都是非常关键的。本文采用等效电路模拟非线性双极晶体管,给出了等效电路模型及模型参数,并用这些参数描述了非线性双极晶体管工作过程中的直流特性和各种效应:基区宽度调制效应、电荷储存效应;正向电流增益(BF)随电流的变化以及温度的影响等。为准确地建立不同用途双极晶体管的模型提供了依据。     

高电流增益的分子束外延双异质结双极晶体管

本文论述了分子束外延(MBE)生长的Al_(0.35)Ga_(0.65)As/GaAs双异质结双极型晶体管(DH BJT)的制造和试验。基区宽度为2000(?)和500(?)的器件,在集电极电流和基极电流变化范围大的情况下,其共发射极电流增益分别达到325和500左右。为获得这样高的电流增益,需采用足够高的铝克分子分数和双异质结结构,生长参数必须严格,最佳化且准确控制。这些电流增益与过去用分子束外延生长的基区厚度为500(?)的单异质结双极型晶体管的最好结果(电流增益为120)进行了比较。     

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。     

集电极偏置电流对硅npn晶体管γ辐照效应的影响

对硅npn双极晶体管(C2060)室温下不同集电极偏置电流条件下γ辐照的总剂量效应进行了研究.结果表明,npn晶体管的辐照损伤程度随着辐照总剂量的增加而增加;尤其是实验中发现:在相同的辐照总剂量下随着辐照时集电极偏置电流的增加,晶体管的辐照损伤程度却在减轻.空间电荷模型的观点并不能很好地解释辐照损伤与辐照集电极偏置电流的关系.文章对空间电荷模型进行了修正,认为除氧化物俘获电荷和界面俘获电荷外,还会在外基区Si-SiO2界面附近形成电中性的电偶极子.利用修正后的理论可以很好地解释所有的实验结果.     

集电极偏置电流对硅npn晶体管γ辐照效应的影响

对硅npn双极晶体管(C2060)室温下不同集电极偏置电流条件下γ辐照的总剂量效应进行了研究.结果表明,npn晶体管的辐照损伤程度随着辐照总剂量的增加而增加;尤其是实验中发现:在相同的辐照总剂量下随着辐照时集电极偏置电流的增加,晶体管的辐照损伤程度却在减轻.空间电荷模型的观点并不能很好地解释辐照损伤与辐照集电极偏置电流的关系.文章对空间电荷模型进行了修正,认为除氧化物俘获电荷和界面俘获电荷外,还会在外基区Si-SiO2界面附近形成电中性的电偶极子.利用修正后的理论可以很好地解释所有的实验结果.     

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。     

抗辐射光电耦合器试验研究

针对光电耦合器中使用的发光二极管(LED)进行了不同的方案设计,并对相关的光电耦合器进行了钴-60γ总剂量试验研究,比较了光电耦合器的主要参数——电流传输比辐照前后的变化,从而得到了优化的发光二极管设计。采用自主设计生产的发光管材料制作了发光二极管,同时利用中国电子科技集团公司第十三研究所研制的探测器、晶体管以及陶瓷管壳制作了光电耦合器。在4 mA偏置下,经过300 krad(Si)γ(辐照剂量率为50 rad(Si)/s)电离总剂量辐照后,电流传输比平均下降了31.5%,优于国外光电耦合器的已知水平。在抗辐射光电耦合器中,采用正装、小发散角结构的发光二极管可进一步提高其抗辐射性能。     

双极型晶体管EM_3模型中欧莱电压的测量

EM 模型是由 Ebers 和 Moll 两人于1954年根据器件物理特性所建立的双极型晶体管非线性模型,以后经过许多人的不断改进,已成为目前最常用的晶体管模型。EM_(?)模型是模拟双极型晶体管的第三级复杂程度的非线性模型。它是在 EM_2模型的基础上对直流特性、电荷储存效应以及温度特性等方面进行了二级修正后改进的模型。它包括了诸如基区宽度调制效应、共发射极电流增益β和正向传输时间τ_F 随电流的变化,更符合实际地表示了分布性的集电结电容,以及器件参数随温度的变化等各种二阶效应。本文主要介绍 EM_3模型中表示基区宽度调制效应的参数欧莱(Early)电压 V_A 的定义和测量原理,     

双异质结单载流子传输光敏晶体管输出电流

详细对比并分析了双异质结单载流子传输光敏晶体管(Uni-travelling-carrier Double Heterojunction Phototransistor,UTC-DHPT)与单异质结光敏晶体管(Single Heterojunction Phototransistor,SHPT)在大的入射光功率范围下集电极输出电流特性.首先,UTC-DHPT仅选取窄带隙重掺杂的基区作为吸收区,与SHPT选取基区和集电区作为吸收区相比,其光吸收区厚度小,在小功率入射光下UTC-DHPT的输出电流小于SHPT的输出电流.其次,由于UTCDHPT的双异质结结构,光生电子和光生空穴产生于基区,减弱了SHPT因光生空穴在集电结界面积累而产生的空间电荷效应,避免了SHPT在小功率入射光下输出电流开始饱和的问题,从而UTC-DHPT获得了比SHPT更大的准线性工作范围.最后,UTC-DHPT的单载流子(电子)传输方式使得基区产生的光生空穴以介电弛豫的方式到达发射结界面,有效降低了发射结势垒,增加了单位时间内由发射区传输到基区的电子数量,提高了其发射结注入效率,在大功率入射光下UTC-DHPT比SHPT能获得更高的输出电流.     

非晶硅发射区双极晶体管的低温特性

本文研究了非晶硅发射区双极晶体管的低温特性，得出了如下结论：低温下电流增益随基区杂质浓度的上升而下降，不同于常规同质结双极晶体管的情况，集电极电流则随基区杂质浓度的上升而上升。这些结果将为低温双极晶体管的设计提供理论依据。     

SiGe HBT的Mextram 504模型温度参数提取与模型改进

针对IMEC 0.13μm准自对准SiGe BiCMOS工艺制成的基区Ge组分二阶分布结构SiGe异质结双极晶体管,在25～125℃温度范围内,对其进行了包括Early电压,Gummel图形等在内的完整双极晶体管特性曲线测量,提取了该器件在25～125℃范围内的温度可变Mextram 504模型参数.在此基础上,为Mextram 504模型对0.13μm基区Ge组分二阶分布SiGe异质结双极晶体管探索了完整的模型提取方案.提出了对Mextram 504模型温度参数提取方法的改进,优化了提取流程.对SiGe异质结双极晶体管雪崩电流受温度影响的特性进行了讨论,为Mextram模型提出了雪崩外延层的有效厚度的温度变化经验公式和新的雪崩电流温度变化参数,提高了Mextram模型对不同温度下SiGe双极型晶体管进行模拟仿真的精确度.     

pnp高频高反压沟道基区全温晶体管设计与制造

耗尽基区晶体管也称为双极静电感应晶体管(BSIT),其电流放大系数h_(FE)具有负的温度系数。双极结型晶体管(BJT)的h_(FE)具有正温度系数,将BSIJ与BJT并联,采用BJT常规工艺制造了pnp高频高反压沟道基区全温晶体管。 本文描述了这一器件的结构,工作原理,设计与制造。该器件的特点是:当温度T变化时,h_(FE)漂移较小。 测试结果表明,环境温度从25°升到180℃时,器件的h_(FE)随温度T变化率小于35％,优于同类型的常规双极结型晶体管,平均改善20％。当温室从25°降到-55℃时,器件的h_(FE)变化率小于或等于30％