新型SiGe异质结双极型晶体管(HBT)研究

新型SiGe异质结双极型晶体管(HBT)研究

论文摘要

SiGe异质结双极性晶体管(HBT)具有传统的Si基双极性晶体管无法比拟的高频特性,因而在高速射频电路等领域有巨大的应用需求。与GaAs等Ⅲ-Ⅵ族射频器件相比,具有成本低、导热性好、衬底机械性能好等优点;同时又可与成熟的硅集成技术和CMOS技术兼容,生产上更具灵活性。因此,近年来,SiGe HB T器件得到了迅速发展。为了打破国外在SiGe HBT方面的专利垄断,本文设计了一种新型SiGe HBT器件结构,并对整个制造工艺进行了验证和优化,同时对器件的性能作了评价。本文的主要贡献和创新点有以下几方面:1.设计了一种采用赝埋层(Pseudo)和深孔接触(Deep Contact)工艺的新型结构SiGe异质结双极性晶体管器件。该结构和国内外报道的器件相比,具有工艺简单,集成度高的特点。采用这种新结构设计,比典型的设计至少节省一次光刻程序,另外该结构节省了约40%的面积,大大提高了集成度和降低了成本。2.利用Synopsys Taurus工艺仿真软件进行器件级仿真,验证了设计可行性。并对不同工艺条件做了仿真,得到了不同工艺条件对器件性能影响的趋势。3.对整个制造工艺进行了验证和优化,通过改变发射区、基区以及RTA温度的组合,得到了发射结和基区的最佳杂质分布,使原来的器件性能取得改善。原来器件性能为:电流增益Beta=100,最大截止频率ftmax=80G,最高震荡频率fmax=75G,优化后器件性能:电流增益110,最大截止频率ft=112G, Fmax=100G研究结果表明本文研制的新型SiGe异质结双极性晶体管(HBT)在维持优异直流和射频性能的情况下,进一步提高了集成度,并降低了工艺成本,为我国开发一种具有自主知识产权的廉价,高产的射频器件打下了基础。

论文目录

  • 目录
  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 导论
  • 1.1 SiGe HBT技术简介
  • 1.2 SiGe HBT主要应用
  • 1.4 SiGe HBT国内研发现状及研究意义
  • 1.5 本文研究目的和论文章节的安排
  • 第二章 SiGe HBT材料特性和器件基本原理
  • 2.1 锗硅材料特性
  • 2.1.1 锗硅的晶体结构
  • 2.1.2 应变与弛豫
  • 2.1.3 器件锗硅膜层的基本结构
  • 2.2 SiGe HBT器件原理
  • 第三章 新型结构SiGe HBT的设计和仿真
  • 3.1 SiGe HBT重要设计参数
  • 3.1.1 SiGe HBT工作电流及电流增益的改善
  • 3.1.2 特征频率的计算及分析
  • max'>3.1.3 最高振荡频率fmax
  • 3.1.4 Early电压L的计算及分析
  • 3.2 新型SiGe HBT结构设计
  • 3.2.1 常见SiGe HBT工艺结构
  • 3.2.2 本论文新型SiGe HBT结构
  • 3.3 器件各部分的工艺参数的确定
  • 3.3.1 基区(Base)设计
  • 3.3.2 集电区(Collector)设计
  • 3.3.3 发射区(Emitter)设计
  • 3.4 TCAD Taurus TSUPREM4仿真验证
  • 3.4.1 Taurus TSUPREM4简介与工作界面
  • 3.4.2 仿真结果
  • 第四章 新型0.13um SiGe HBT工艺流程及性能验证
  • 4.1 新型0.13um SiGe HBT工艺流程
  • 4.2 性能验证
  • 4.2.1 不同的基区条件的分离试验验证
  • 4.2.2 不同的发射区掺杂条件的分离试验验证
  • 4.2.3 不同的退火条件的分离试验验证
  • 第五章 器件性能的优化、总结和后续研究计划
  • 5.1 器件性能优化
  • 5.2 总结与后续研究方向
  • 参考文献
  • 致谢
  • 相关论文文献

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