陈雷东[1]2003年在《InGaAs/InP HBT的直流特性分析与设计》文中研究说明本文设计了一种新材料结构的InGaAs／InP双异质结晶体管(DHBT)，并利用双异质结电流模型计算和分析了材料结构参数对InGaAs／InP DHBT集电极电流、复合电流、电流增益、I—V输出特性和开启电压的影响，主要研究内容和结论包括： 1．设计了一种新结构的InGaAs／InP DHBT发射极采用δ掺杂层和阻挡层结构，集电极采用N~+复合集电极结构，采用这种结构时，InGaAs／InP DHBT可以获得低的开启电压、高的反向击穿电压、良好的I—V输出特性和高的截止频率。 2．建立了一个双异质结电流计算模型，模型计入了复合电流和隧穿电流。利用该模型计算和分析了δ掺杂浓度、基区厚度和掺杂浓度、复合集电极的N~+层和n~-层的掺杂浓度、厚度变化对电流、I—V输出特性和电流增益的影响。 3．研究表明，增大δ掺杂浓度可以降低发射极导带峰，并减小InGaAs／InP DHBT的开启电压。为有效降低发射极导带峰的高度，δ掺杂浓度应大于1×10~(12)cm~(-2)。随着δ掺杂浓度变大，InGaAs／InP DHBT的复合电流、集电极电流和电流增益逐渐增大，而且δ掺杂浓度越高，电流增益的饱和范围越大。 4．随着基区的厚度、掺杂浓度增大，InGaAs／InP DHBT的电流增益逐渐降低。与基区的掺杂浓度相比，基区的厚度变化对电流增益的影响更为明显。增大复合集电极的n~-层的厚度和N~+层的掺杂浓度、厚度可以明显改善InGaAs／InP DHBT的I—V输出特性，而n~-层掺杂浓度变化对I—V输出特性的影响很小。
蔡道民[2]2011年在《基于InP/InGaAs HBT技术的单片集成光接收OEIC》文中研究指明本论文主要研究InP/InGaAs单异质结双极晶体管(SHBT)及相关HBT/PIN单片集成光接收OEIC。从InP/InGaAs SHBT器件物理特性出发,分析了器件结构和性能参数,重点讨论了集电结对器件性能的影响,得出了设计方案。对比了非自对准、自对准和隔离基区电极自对准接叁种器件性能,后者f_T≥45GHz、f_(MAX)≥72GHz(发射极面积为2×8μm~2)。优化HBT/PIN光接收OEIC工艺,突破湿法选择腐蚀、发射极-基极自对准和双层介质抗反射膜等工艺。提取SHBT器件和PIN探测器的小信号模型,与测量值吻合度高,通过OEIC电路验证了模型准确性。成功设计并制作出了单片集成PIN/HBT光接收OEIC电路,实现了-3 dB带宽大于2.2GHz,眼图满足OC-48/STM-4标准,在5Gb/s传输速率时仍可观察到张开的眼图OEIC。最后,开展了10Gb/s共基极级联跨阻放大器的研究, -3dB带宽为8.2GHz,跨阻增益为58dBΩ,在10Gb/s传输速率时看到清晰张开的眼图。
李轶群[3]2008年在《单片集成光接收机前端关键技术及相关新型光电子器件的研究》文中研究说明互联网的飞速发展、持续增加的带宽需求成为光纤通信系统发展的驱动力。目前,光纤通信正在向智能化、集成化、低成本和高可靠性的新一代光网络演进,因此对光电器件也提出了更高的要求。光电集成器件较分立封装的光电组件具有几何尺寸小、寄生参量小、成本低和可靠性高等优点,因此成为光通信和光电子领域的研究热点。本论文工作是围绕国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(No.2003CB314900)、国家高科技研究发展计划(863计划)项目(No.2003AA31g050、No.2006AA03Z416和No.2007AA03Z418)、国家自然科学基金项目(No.60576018)及重点项目(No.90601002)、国际科技合作重点项目计划项目(No.2006DFB11110)展开的。论文针对异质结双极晶体管(HBT)、单片集成光接收机前端以及具有波长选择功能的单片集成解复用接收器件进行研究。基于本实验室现有的设备和工艺技术,通过大量的理论分析和实验工艺探索,取得的主要研究成果如下所述:1.从材料的物理特性出发,利用HBT的物理器件模型及各参量的表达式,研究了InP基HBT各主要物理参量的变化对器件性能的影响。提出了可用于光电集成的InP基HBT的优化设计方案。2.基于本实验室的工艺线,完成了InP基HBT的器件外延结构和版图设计、掌握了器件的制备工艺。成功制备了InP基HBT以及PIN光探测器和NiCr电阻。其中采用MBE生长的发射极宽度2μm的InP基HBT,开肩电压为0.43V,击穿电压大于2V,直流增益达到100倍,截止频率达到38GHz;采用MOCVD生长的发射极宽度2μm的InP基HBT,开启电压为0.4V,击穿电压大于2V,直流增益为30倍,截止频率达到40GHz。3.采用HBT大信号模型和PIN光探测器的高频模型,进行了模型参数提取,设计了多种形式的前端放大电路。通过对电路形式进行优化和比较,选择了跨阻反馈单极共射放大电路的形式成功制备了PIN-PD+HBT单片集成光接收机前端。其中,光探测器台面面积为22×22μm~2,HBT发射极宽度为3μm,NiCr电阻的方阻值为100Ω。探测器外加2.5V反向偏压、电路外加2V偏压时测得该集成器件的3dB带宽为3GHz。4.进一步对RCE-PD+HBT单片集成光接收机前端进行了研究。该集成器件能够缓解PIN光探测器量子效率和HBT高频性能之间相互制约的问题。对该集成器件进行了实验验证。5.提出基于GaAs/InP异质外延的RCE-PD+HBT单片集成光接收机前端。成功制备了其中的GaAs基InP/InGaAs HBT,开启电压为0.4V,击穿电压大于2V,直流增益为20倍,截止频率为10GHz。这一工作是实验室用异质外延的方法解决半导体光电子集成这一思想的一个具体应用,同时也证明了目前异质外延材料的质量可以用于器件的制备。6.提出一种具有多波长处理功能的单片集成解复用光接收器件,该集成器件做为集成光分插复用设备中的关键组成部分能够完成波分复用多波长信号的解复用接收功能。对该集成器件的关键制备工艺进行了摸索,实现了具有两个不同中心波长的阶梯形GaAs基滤波器,中心响应波长为1533.6nm和1518.6nm,线宽约为0.5nm。7.实验室提出的特殊图案透明欧姆接触微结构能够在不影响器件入光面积的情况下有效地减小光探测器的结电容进而提高器件的响应速率。本论文针对网状和环状欧姆接触微结构进行了进一步研究,并得出了定量结论。
冯尚功[4]2012年在《GaInP/GaAs异质结晶体管的无条件稳定特性研究》文中认为由于GaAs HBT功率器件在微波毫米波单片集成电路(MMIC)、高速数字电路、光通信、无线移动通讯基站系统、手机终端系统、军用雷达系统等方面的巨大应用前景,使之成为开发射频及微波功率放大器的主要技术之一。但由于GaAs HBT等功率器件的尺寸较大,输入输出反馈强,会导致功率放大器稳定性低,易于自激振荡,从而困扰器件的建模、测试和应用；而且大尺寸器件也会在IC应用中引起大的功耗与热处理问题。而本文主要针对器件稳定性问题对器件进行优化研究,提出新的解决方法并进行验证。本课题的研究重点即是探索通过器件物理参数的优化设计,研究GaAs异质结双极晶体管(HBT)功率晶体管的无条件稳定特性,在兼顾器件高频功率增益及输出功率的同时,力图得到从低频(下限频率至少小到1GHz左右)到高频均为无条件稳定的HBT功率器件,从而避免使用外加的稳定网络。本课题是在实验基础上对器件进行计算机模拟,使用Synopsys Sentaurus TCAD软件对器件进行建模并对模型参数拟合修正,在有了很好的拟合度的基础上我们对器件物理参数进行优化,分析出各主要参数对器件无条件稳定性的影响。我们的主要工作如下：(1).在实验数据的基础上,选用合适的物理模型,并利用直流特性对器件模型参数进行修正,修正的参数有GaInP禁带宽度、介电常数、GaAs驰豫时间等材料参数,也对所采用的SRH、Auger、Radiative复合模型进行了完善；同时对于各材料介面和表面处的载流子复合进行了定义。通过实验拟合我们得到一套比较符合实际的虚拟器件模型。(2).研究器件的无条件稳定性,得出稳定因子K。分别改变器件物理参数,分析出每个参数的变化对器件稳定性的影响。本课题分别对器件基区、发射区、集电区的厚度和掺杂浓度对K的影响进行了研究,并进行了等效电路级优化分析。(3).根据上面的分析结果选取一组物理参数设计GaInP/GaAs HBT,使之能满足我们的稳定性要求。之后给出了该器件的直流、高频特性,说明本课题所提出的方法的可行性。研究结果表明：GaInP/GaAs HBT器件物理参数对其稳定性有着很明显影响；通过优化器件各外延层参数本文得到了在Vbe=1.35V,Vce=2.0V的偏置条件下工作频率低至100M的无条件稳定器件,此时fmax=45GHz,功率增益比优化前降低幅度小于20%,说明文中所提方法具有实用价值,并为其他材料类型和器件类型的功率器件的稳定性设计提供有价值的参考。
胡钉[5]2009年在《HBT的GP建模及OEIC接收机前端的设计》文中指出当今光通信正在向智能化、集成化、低成本和高可靠性的新一代光网络演进,其对光电器件的性能要求也越来越高。异质结双极晶体管(HBT)作为光电集成电路中必不可少的关键器件之一,在光纤通信以及微波等领域具有极其广阔的应用前景,因此深入系统地研究HBT器件的建模和相关应用具有极其重要的意义。论文针对HBT的建模、单片集成光接收机前端进行了深入研究。取得的主要研究成果如下所述:1.从材料物理特性出发,分析了HBT理论模型,推导了相关电学参数的表达式,仿真研究了HBT中结构参数,偏置电压以及掺杂浓度对器件性能的影响,提出了HBT的优化设计方案。2.对HBT的GP大信号模型参数的提取方法进行了深入细致的研究,针对GP模型中每类SPICE参数的不同特点,分别设计了参数提取方法。通过在直流参数提取过程中构建误差函数以及交流小信号参数提取过程中采用解寄生技术,提高了模型精度,最终提取出的GP大信号模型在直流、交流方面均能准确地表征器件的实际特性,仿真结果与实验测试的误差在3%以内。3.利用异质外延生长技术,协助制备了发射极宽度为3μm的GaAs基InP/InGaAs HBT,测试结果为开启电压0.4V,反向击穿电压大于2V,直流放大倍数约为20,截止频率达到7 GHz。4.参与研制PIN+HBT形式的单片集成光接收机前端的相关工作。基于HBT的GP大信号模型设计了前端放大电路,重点分析其频域和时域特性。最终制备的光接收机前端,采用跨阻负反馈单级共射放大电路,光探测器台面面积为22×22μm~2,InP HBT发射极宽度为3μm。当探测器外加2.5V反向偏压、电路外加2V偏压时,测得该集成器件的3dB带宽为3GHz。
刘文超[6]2004年在《砷化镓基高温HBT器件及其特性研究》文中研究说明GaAs基HBT具有其优良的频率特性，使得它在微波及毫米波领域有着广泛的应用。同时，GaAs基HBT因其异质结构具有较大的△E_g，在高频功率方面有着广泛的应用前景。目前，GaAs基HBT的使用温度远未达到其理论极限。本论文以提高欧姆接触的高温可靠性入手，着重对高温HBT器件及其特性进行了研究。 通过对器件失效机制的分析得出，高温下器件欧姆接触性能的退化和失效是制约HBT器件应用的主要因素。为了进一步提高HBT器件的高温特性，论文采用Ti、Mo、W等难容金属制备GaAs基HBT器件的欧姆接触电极。通过采用(NH_4)_2S溶液钝化处理技术和快速合金化技术，得到了理想的难熔金属欧姆接触，其最小比接触电阻达到10~(-6)Ωcm~2。并经过对样品的电学特性和结构特性研究，分析了(NH_4)_2S溶液钝化效应的机理和欧姆接触的形成机理。 分析了HBT纵向结构中各层的设计特点，概括了HBT器件的制备工艺。为了研究温度对HB7性能的影响，建立了一个高温HBT电流输运模型。由于模型包括了BC结漏电流随温度和偏压的变化，所以可以用来模拟高温HBT中的“软击穿”现象：同时，利用将温度分布方程和电流方程组解耦合的方法，建立了HBT热分布模型。通过Kirchhoff变换可以将热导率随温度的变化考虑在内，使得该HBT热分布模型能够适用更多的情况。 在GaAs基DHBT器件中，集电结势垒尖峰是决定发射极-集电极饱和电压V_(CE,sat)的重要因素。研究发现，在GaAs基DHBT器件的集电结引入厚度为20nm的非掺杂i-GaAs层后，可以消除集电结导带尖峰，从基区扩散过来的电子能顺利被集电结收集，克服了导带尖峰引起的电子阻挡效应。使其发射极-集电极饱和电压V_(CE,sat)从原来的3V下降到0.6V左右；达到了在集电结不存在导带尖峰的SHBT的水平。 首次在发射结采用难熔金属Mo／W／Ti／Au代替常规的AuGeNi合金系作接触金属，同时在基极接触金属Ti／Au中加入Pt作为扩散阻挡层制备出GaAs基高温摘要DHBT。结果表明DHBT可以稳定工作在室温至673K的温度范围内。通过对DHBT器件发射结和集电结二极管特性的分析得出:双异质结双极晶体管的发射结和集电结均采用AIGalnP/G aAs异质结构，高温下能有效的抑制HBT中空穴的反向注入;同时，器件的欧姆接触的采用难熔金属系，从而克服了高温下发射极欧姆接触退化以及基区欧姆接触失效，这是HBT器件具有稳定的高温性能的重要因素。
崔海林[7]2007年在《InP基HBT及单片集成光接收机前端的理论与实验研究》文中研究表明本论文的工作是围绕任晓敏教授承担的教育部高等学校博士学科点专项科研基金“基于RCE光探测器和HBT的单片集成(OEIC)，高速光接收模块”(项目编号：20020013010)、任晓敏教授为首席科学家的国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“新一代通信光电子集成器件及光纤的重要结构工艺创新与基础研究”(项目编号：2003CB314900)等项目展开的。当前，随着WDM技术的迅速发展、终端客户的迅猛增加及对带宽需求的不断增大，光纤通信正向以智能化、集成化、低成本和高可靠性的新一代光通信网络演进。光电集成器件较之分立封装的光电组件具有尺寸小、光电连接产生的寄生效应低、成本低、性能优越和可靠性高等诸多优点，满足了光通信进一步发展的要求，因此成为全世界光通信和光电子领域科学家关注的前沿研究热点和重大课题。InP基异质结双极晶体管(HBT)是光电集成器件必不可少的组成元素，在光纤通信及微波等领域具有极其广阔的应用前景，因而深入系统地研究InP基HBT器件具有极其重要的意义。在任晓敏教授的精心指导下，结合相关项目，作者就InP基HBT及单片集成光接收机的前端部分这两方面展开了深入细致的研究工作，并取得以下研究成果：1．从材料物理特性出发，分析了HBT的物理结构、性能参数。推导出各个参量的表达式，建立了HBT物理模型。研究了在不同偏置条件下，InP基HBT各主要物理参量的变化关系。提出了InP基HBT设计的一整套优化方案。2．对适用于单片集成的DHBT(双异质结双极晶体管)的能带结构与结电流进行分析和研究。首次提出了一种新型复合集电区结构，较好地解决了SHBT(单异质结双极晶体管)反向击穿电压低，DHBT电子堆积且与PIN探测器(PIN-PD)无法外延共享的问题。同时，该结构具有外延层结构简单，集电区漂移速率高等优点。3．针对本实验室的工艺线，完成了2μmInP基HBT及集成光接收机前端工艺条件的摸索与优化。完成了分立器件及集成器件外延结构的设计与优化、版图的设计与优化。4．成功研制了分立InP基HBT、PIN探测器及NiCr电阻。构建了器件的测试系统，测试了分立器件的直流与高频特性。其中2μm工艺的InP基HBT，测得开启电压为0.43V、击穿电压大于2V、直流增益达到90倍、截止频率达到30GHz。在台面面积为22×22μm~2的情况下，PIN探测器3dB带宽达到15GHz。NiCr电阻的方阻值为100Ω。5．建立了HBT的大信号与小信号SPICE电路模型以及PIN探测器的高频模型。针对本实验室工艺条件下研制的InP基HBT，采用直接提取法完成了HBT的SPICE参数的提取。利用提取的参数建立了HBT及PIN探测器的电路模型。模型的直流与高频的仿真结果与实际器件的直流与高频的测试结果较好得符合。说明提取的参数及建立的模型较为准确。6．利用建立的HBT及PIN探测器的模型设计了多种形式的前端放大电路。使用高频电路仿真软件对电路进行直流及高频的仿真，根据仿真结果对电路形式进行优化与对比，选择出性能优异、结构相对简单的电路形式，为单片集成光接收机前端的设计与制备提供支持。7．成功研制出PIN-PD+HBT形式单片集成光接收机前端。探测器台面面积为22×22μm~2，HBT采用3μm工艺，NiCr电阻的方阻值为100Ω，放大电路形式采用跨阻反馈单极共射加输出缓冲电路。在片测试时，探测器加2.5V反向偏压，电路加2V偏压的条件下，测得电路的3dB带宽达到3GHz，跨阻放大倍数达到800。8．首次提出了一种单片集成光接收机前端的改进方案：RCE-PD+HBT结构的单片集成光接收机前端。此种集成方式有效地解决了共享外延层设计的折衷问题。可以在保证HBT高频性能的同时，显着提高探测器的量子效率。分析了RCE-PD+HBT单片集成光接收机前端的性能，并对这种集成器件的制备与测试进行了初步的尝试。
陈繁[8]2017年在《基于标准0.35μm工艺的SiGe:C HBT器件结构及应用研究》文中认为短短几年的发展,随着4G商用的成熟,5G的商用也即将展开序幕,通讯业的高速发展,对于现代集成电路与器件有了更高的要求,普遍要求高频率、小尺寸、低功耗、低成本等共性。锗硅(SiGe)类的器件在这种条件下应用而生,得到了迅速发展,它具有与Ⅲ-Ⅴ族相同的性能,其成本优势更加明显,更为可贵的是SiGe技术可与CMOS技术相结合形成SiGe BiCMOS技术。在目前的工艺下,随着频率的提高,要求基区越薄越好,这就是说工艺生产过程中其杂质不外扩,研究者提出了在基区加入碳(C)组分来抑制基区杂质的外扩,从而进一步提升器件的频率。在目前报道的高频和超高频SiGe器件中,已有非常多的已使用了C组分掺杂。本文首先对掺C抑制基区硼(B)的外扩做了分析,将掺C材料与非掺C材料进行了实验对比分析,计算得掺C材料的抑制率为91%。以上结论作为后续研究SiGe:C HBT器件的理论支撑(高频器件中薄基区的工艺制备难度较高);对器件的发射区、基区、集电区进行了参数、掺杂和结构的设计,分别探讨了各个区的参数对于器件性能的影响。利用仿真工具MEDICI对器件的结构参数进行仿真分析,综合处理各个不同参数对于器件性能的影响,得到器件的结构参数,仿真结果为,器件的电流增益为200,特征频率为75GHz,击穿电压BV_(ceo)为4.4V。本文中提出了一种浮空埋层结构的SiGe器件,与之对比分析,研究了超结结构对于器件击穿性能的影响。浮空埋层结构主要是利用分割电场的原理,通过改变掺杂来改善击穿特性。本文详细分析了这种结构的原理,就它对于器件的性能影响做了具体的对比,仿真结果显示,浮空埋层结构对于器件的击穿特性有明显的提升作用。通过FAB工艺生产线进行流片实验,对流片器件进行了测试,获得了实验批次的SiGe:C HBT的特性参数,器件的电流增益为210,特征频率为72GHz,击穿电压为3.3V。
黄文韬, 王吉林, 刘志农, 陈长春, 陈培毅[9]2005年在《电子辐照SiGe HBT和SiBJT的直流特性分析》文中指出研究了 1 MeV 不同剂量电子辐照前后 SiGe 异质结晶体管(HBT)的直流特性,并与 Si 双极晶体管(BJT)进行了比较。结果表明辐照后 SiGe HBT 的 IB基本不变,IC和β 都下降;随电子辐照剂量的增加,Ic和β 都减小。对 Si BJT 而言,IB和 IC与在相同辐照剂量辐照后的 SiGe HBT 相比都增大很多,β 下降幅度也很大。这说明 SiGe HBT 具有比 Si BJT 更好的抗辐照性能。对电子辐照后器件电学性能的变化机制进行了初步分析。
陈兵[10]2003年在《SiGe异质结双极晶体管（SiGe HBT）研究与设计》文中提出现代移动通信以及微波通信的发展，对微波大功率、低噪音半导体器件的要求日渐提高，而且由于现代通信对高频带下高性能和低成本的RF组件的需求，传统的Si材料器件无法满足这些性能上新的要求。同时为了与传统的Si工艺兼容，降低制造成本，人们提出了SiGe/Si 器件[1，2]。SiGe 异质结双极晶体管（SiGe HBT）的高频性能大大优于Si 双极晶体管（Si BJT），并在某些方面优于AlGaAs/GaAs MESFET，所以SiGe HBT具有广阔的应用前景。本论文的研究课题是SiGe HBT器件的设计，主要工作包括两个方面： 一，晶体管的结构设计； 二，基区缓冲层的设计。首先，我们利用ISE TCAD软件对SiGe HBT的结构和性能进行了模拟，并结合实际的工艺条件对器件结构进行设计[3]。理论表明，在纵向结构不变的情况下，如果提高工艺水平，减小器件的横向尺寸，其性能就可以得到大幅度的提高。因此我们在原有样品的基础上对光刻版图重新进行了设计。本课题研究的另一个重点是SiGe HBT缓冲层的设计。众所周知，SiGe HBT的主要特点之一就是在Si材料衬底上生长的SiGe材料是应变的，为了在后续的高温退火工艺中不发生晶格驰豫现象，通常要求器件的基区要做的很薄，同时为了不增加器件的热噪音，通常SiGe HBT基区都是高掺杂的。这样在后续的高温工艺中就会引起基区的杂质外扩到集电区和发射区，产生电子势垒，导致器件性能的严重退化。解决这个问题的典型方法就是在基区两侧引入一个未掺杂的SiGe缓冲层。本文对此作了详细深入的研究，根据不同的工艺条件设置不同的缓冲层，争取使器件的性能最优化。最后对可利用的样品进行了各种分析，从器件的各种输出特性上发现了设计上不太完善和工艺中存在的一些问题，并提出了合理的改进意见，以利于以后工作更好的开展。
参考文献：
[1]. InGaAs/InP HBT的直流特性分析与设计[D]. 陈雷东. 中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所）. 2003
[2]. 基于InP/InGaAs HBT技术的单片集成光接收OEIC[D]. 蔡道民. 西安电子科技大学. 2011
[3]. 单片集成光接收机前端关键技术及相关新型光电子器件的研究[D]. 李轶群. 北京邮电大学. 2008
[4]. GaInP/GaAs异质结晶体管的无条件稳定特性研究[D]. 冯尚功. 山东大学. 2012
[5]. HBT的GP建模及OEIC接收机前端的设计[D]. 胡钉. 北京邮电大学. 2009
[6]. 砷化镓基高温HBT器件及其特性研究[D]. 刘文超. 中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所）. 2004
[7]. InP基HBT及单片集成光接收机前端的理论与实验研究[D]. 崔海林. 北京邮电大学. 2007
[8]. 基于标准0.35μm工艺的SiGe:C HBT器件结构及应用研究[D]. 陈繁. 重庆邮电大学. 2017
[9]. 电子辐照SiGe HBT和SiBJT的直流特性分析[J]. 黄文韬, 王吉林, 刘志农, 陈长春, 陈培毅. 核技术. 2005
[10]. SiGe异质结双极晶体管（SiGe HBT）研究与设计[D]. 陈兵. 北京工业大学. 2003
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