SOI SiGe HBT结构设计及频率特性研究

宋建军; 杨超; 朱贺; 张鹤鸣; 宣荣喜; 胡辉勇; 舒斌

doi:10.7498/aps.63.118501

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摘要

将SOI技术优势引入SiGe HBT，可满足当前BiCMOS高速低功耗的应用需求. SOI SiGe HBT作为BiCMOS工艺的核心器件，其频率特性决定了电路所能达到的工作速度. 为此，本文针对所提出的SOI SiGe HBT 器件结构，重点研究了该器件的频率特性，并通过所建立的集电区电容模型予以分析. 规律和结果为：1）SOI SiGe HBT特征频率随集电区掺杂浓度的升高而增加；2）SOI SiGe HBT特征频率与集电极电流IC之间的变化规律与传统SiGe HBT的相一致；3）正常工作状态，SOI SiGe HBT（集电区3×1017 cm-3 掺杂）最高振荡频率fmax大于140 GHz，且特征频率fT大于60 GHz. 与传统SiGe HBT相比，特征频率最大值提高了18.84%. 以上规律及结论可为SOI SiGe HBT及BiCMOS的研究设计提供重要依据.

关键词:

HBT /
设计 /
频率 /
SOI

作者及机构信息

1.
西安电子科技大学微电子学院, 宽禁带半导体材料与器件重点实验室, 西安 710071

基金项目: 教育部博士点基金（批准号：JY0300122503）和中央高校基本科研业务费（批准号：72125499）资助的课题.

参考文献

[1]	Seth S, Song P, Cressler J D, Babcock J A 2011 IEEE T. Electron Dev. 59 2531
[2]	Peng C, Seth S, Cressler J D, Cestra G, Krakowski T, Babcock J A, Buchholz A 2011 IEEE T. Electron Dev. 58 2573
[3]	Hermann P, Hecker M, Renn F, Rlke M, Kolanek K, Rinderknecht J, Eng L M 2011 J. Appl. Phys. 109
[4]	Zhang B, Yang Y T, Li, Y J, Xu X B 2012 Acta Phys. Sin. 61 238502 (in Chinese)[张滨, 杨银堂, 李跃进, 徐小波 2012 物理学报 61 238502]
[5]	Wilcox E P, Phillips S D, Cheng P, Thrivikraman T, Madan A, Cressler J D, Vizkelethy G, Marshall P W, Marshall C, Babcock J A, Kruckmeyer K, Eddy R, Cestra G, Zhang B Y 2010 IEEE T. Nucl. Sci. 57 3293
[6]	Avenier G, Fregonese S, Chevalier P, Bustos J, Saguin F, Schwartzmann T, Maneux C, Zimmer T, Chantre A 2008 IEEE T. Electron Dev. 55 585
[7]	Bellini M, Phillips S D, Diestelhorst R M, Cheng P, Cressler J D, Marshall P W, Turowski M, Avenier G, Chantre A, Chevalier P 2008 IEEE T. Nucl Sci. 55 3197
[8]	Fregonese S, Avenier G, Maneux C, Chantre A, Zimmer T 2005 IEEE T. Electron Dev. 53 296
[9]	Xu X B, Zhang H M, Hu H Y, Ma J L, Xu L J 2011 Chin. Phys. B 20 018502
[10]	Xu X B, Zhang H M, Hu H Y, Ma J L 2011 Chin. Phys. B 20 058502
[11]	Xu X B, Zhang H M, Hu H Y, Qu J T 2011 Chin. Phys. B 20 058503

施引文献

[1]	Seth S, Song P, Cressler J D, Babcock J A 2011 IEEE T. Electron Dev. 59 2531
[2]	Peng C, Seth S, Cressler J D, Cestra G, Krakowski T, Babcock J A, Buchholz A 2011 IEEE T. Electron Dev. 58 2573
[3]	Hermann P, Hecker M, Renn F, Rlke M, Kolanek K, Rinderknecht J, Eng L M 2011 J. Appl. Phys. 109
[4]	Zhang B, Yang Y T, Li, Y J, Xu X B 2012 Acta Phys. Sin. 61 238502 (in Chinese)[张滨, 杨银堂, 李跃进, 徐小波 2012 物理学报 61 238502]
[5]	Wilcox E P, Phillips S D, Cheng P, Thrivikraman T, Madan A, Cressler J D, Vizkelethy G, Marshall P W, Marshall C, Babcock J A, Kruckmeyer K, Eddy R, Cestra G, Zhang B Y 2010 IEEE T. Nucl. Sci. 57 3293
[6]	Avenier G, Fregonese S, Chevalier P, Bustos J, Saguin F, Schwartzmann T, Maneux C, Zimmer T, Chantre A 2008 IEEE T. Electron Dev. 55 585
[7]	Bellini M, Phillips S D, Diestelhorst R M, Cheng P, Cressler J D, Marshall P W, Turowski M, Avenier G, Chantre A, Chevalier P 2008 IEEE T. Nucl Sci. 55 3197
[8]	Fregonese S, Avenier G, Maneux C, Chantre A, Zimmer T 2005 IEEE T. Electron Dev. 53 296
[9]	Xu X B, Zhang H M, Hu H Y, Ma J L, Xu L J 2011 Chin. Phys. B 20 018502
[10]	Xu X B, Zhang H M, Hu H Y, Ma J L 2011 Chin. Phys. B 20 058502
[11]	Xu X B, Zhang H M, Hu H Y, Qu J T 2011 Chin. Phys. B 20 058503

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[2]	张滨, 杨银堂, 李跃进, 徐小波. SOI SiGe HBT电学性能研究. 物理学报, 2012, 61(23): 238502. doi: 10.7498/aps.61.238502
[3]	徐小波, 张鹤鸣, 胡辉勇. 薄膜SOI上SiGe HBT集电结耗尽电荷和电容改进模型. 物理学报, 2011, 60(11): 118501. doi: 10.7498/aps.60.118501
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[20]	徐念喜, 冯晓国, 王岩松, 陈新, 高劲松. 微型化频率选择表面的设计研究. 物理学报, 2011, 60(11): 114102. doi: 10.7498/aps.60.114102

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SOI SiGe HBT结构设计及频率特性研究

1. 西安电子科技大学微电子学院, 宽禁带半导体材料与器件重点实验室, 西安 710071

基金项目:

教育部博士点基金（批准号：JY0300122503）和中央高校基本科研业务费（批准号：72125499）资助的课题.

收稿日期: 2014-01-08

修回日期: 2014-01-25

刊出日期: 2014-06-05

摘要: 将SOI技术优势引入SiGe HBT，可满足当前BiCMOS高速低功耗的应用需求. SOI SiGe HBT作为BiCMOS工艺的核心器件，其频率特性决定了电路所能达到的工作速度. 为此，本文针对所提出的SOI SiGe HBT 器件结构，重点研究了该器件的频率特性，并通过所建立的集电区电容模型予以分析. 规律和结果为：1）SOI SiGe HBT特征频率随集电区掺杂浓度的升高而增加；2）SOI SiGe HBT特征频率与集电极电流IC之间的变化规律与传统SiGe HBT的相一致；3）正常工作状态，SOI SiGe HBT（集电区3×1017 cm-3 掺杂）最高振荡频率fmax大于140 GHz，且特征频率fT大于60 GHz. 与传统SiGe HBT相比，特征频率最大值提高了18.84%. 以上规律及结论可为SOI SiGe HBT及BiCMOS的研究设计提供重要依据.

关键词:

HBT /
设计 /
频率 /
SOI

Structure design and frequency characteristics of SOI SiGe HBT

1.
Key Lab of Wide Band-Gap Semiconductor Materials and Devices, School of Microelectronics, Xidian University, Xi'an 710071, China

Fund Project:

Project supported by the Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education of China (Grant No. JY0300122503), and the Fundamental Research Funds for the Central Universities, China (Grant No. 72125499).

Received Date: 08 January 2014

Accepted Date: 25 January 2014

Published Online: 05 June 2014

Abstract: Lately much interest is focused on SOI SiGe HBT in high-speed low-power BiCMOS applications. The frequency characteristics of the core device, SOI SiGe HBT in BiCMOS, determine its operating speed. So, this paper studies the frequency characteristics of SOI SiGe HBT on the basis of our proposed device structure, and analyzes the frequency characteristics in terms of the collector capacitance model we established. It is found that: 1) The characteristic frequency of SOI SiGe HBT increases with increasing doping concentration in the collector; 2) variations between the characteristic frequency and collector current of SOI SiGe HBT are consistent with those of the traditional SiGe HBT; 3) under the normal operating conditions, the maximum oscillation frequency of SOI SiGe HBT (a collector region with 3×1017 cm-3 dopant) is greater than 140 GHz, and the characteristic frequency is greater than 60 GHz. Compared with the traditional SiGe HBT, the maximum value of the characteristic frequency is increased by 18.84%. The conclusions above can provide important references to the design and research of SOI SiGe HBT and BiCMOS.

Keywords:

HBT /
design /
frequency /
SOI

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