SOI SiGe HBT性能與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究.pdf

1、絕緣體上硅(SOI)結(jié)構(gòu)能夠降低寄生電容、減小漏電流、提高抗襯底噪聲和串?dāng)_能力，硅鍺異質(zhì)結(jié)晶體管(SiGeHBT)與Si兼容，速度快，成本低。因此將SiGe HBT與SOI技術(shù)，特別是薄膜SOI，結(jié)合起來(lái)，對(duì)于高速低功耗應(yīng)用如無(wú)線通信等特別有吸引力。最新一代0.13μm毫米波SOI SiGe BiCMOS工藝中的縱向SOI SiGe HBT表現(xiàn)出了優(yōu)越的電學(xué)性能，如更高的Early電壓，集電結(jié)雪崩擊穿電壓與特征頻率之間更好的折衷，抗輻射

2、和噪聲等等。由于SOI SiGe HBT的這些優(yōu)勢(shì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)和仿真得到廣泛的報(bào)道，對(duì)應(yīng)的模型需要深入研究。這篇論文的目的在于表明SOI SiGe HBT的特性怎么與基本物理參數(shù)聯(lián)系起來(lái)，怎么影響電學(xué)性能，以及這些對(duì)應(yīng)的電學(xué)參數(shù)如何建模。
　　 本文重點(diǎn)研究SOI SiGe HBT關(guān)鍵理論和技術(shù)，主要包括SiGe材料基本物理屬性，SOI SiGe HBT物理和電學(xué)模型。首先對(duì)器件電場(chǎng)、電勢(shì)、耗盡寬度等基本參數(shù)，建立理論模型，分析對(duì)后

3、續(xù)核心參數(shù)如寄生電阻、電容、特征頻率等的影響，然后基于前面工作，建立一系列晶體管效應(yīng)對(duì)應(yīng)的電學(xué)參數(shù)模型，包括集電結(jié)耗盡層電容、Early效應(yīng)及相關(guān)參數(shù)、集電結(jié)弱雪崩倍增效應(yīng)及相關(guān)參數(shù)、不同襯底偏置下集電區(qū)電阻、基區(qū)渡越時(shí)間、大電流下有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng)及相關(guān)參數(shù)。由于SOI SiGe HBT與常規(guī)器件結(jié)構(gòu)的差別主要表現(xiàn)在集電結(jié)結(jié)構(gòu)上，發(fā)射結(jié)部分的分析可以采用傳統(tǒng)模型，本文研究重點(diǎn)在于與集電結(jié)和集電區(qū)有關(guān)的電學(xué)參數(shù)上。主要研究工作和成果如下：

4、
　　 1.將SOI SiGe HBT集電結(jié)耗盡電容等效為縱向部分與橫向部分的串聯(lián)，針對(duì)部分耗盡與全部耗盡HBT分別建模，并根據(jù)器件實(shí)際工作情況，引入平滑函數(shù)，進(jìn)行了適當(dāng)優(yōu)化。仿真結(jié)果表明，與常規(guī)HBT相比，SOI器件耗盡層電容明顯減小。
　　 2.Early效應(yīng)決定HBT電流穩(wěn)定性。本文根據(jù)常規(guī)SiGe HBT在基區(qū)Ge組分均勻或線性變化的特性，從Early電壓最原始定義出發(fā)，經(jīng)過(guò)詳細(xì)推導(dǎo)和適當(dāng)近似，建立常規(guī)SiGe

5、HBT的Early電壓模型，然后基于SOI SiGe HBT集電結(jié)耗盡層電容模型，將其擴(kuò)展到SOI SiGe HBT中。結(jié)果表明，正常工作時(shí)，SOI SiGe HBT的Early電壓比常規(guī)SiGe HBT高，輸出電流更加穩(wěn)定。
　　 3.雪崩倍增效應(yīng)決定HBT反向擊穿電壓BVCE0°由于雪崩效應(yīng)由碰撞電離決定，本文基于碰撞電離因子半經(jīng)驗(yàn)公式，根據(jù)部分耗盡和全部耗盡HBT各自特性，分別建立了弱雪崩倍增因子模型。結(jié)果表明，SOI部分