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基区Ge组分分布对SiGe HBTs热学特性的影响

赵昕 张万荣 金冬月 付强 陈亮 谢红云 张瑜洁

基区Ge组分分布对SiGe HBTs热学特性的影响

赵昕, 张万荣, 金冬月, 付强, 陈亮, 谢红云, 张瑜洁
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  • 基区Ge组分的加入可以改善SiGe HBT的直流特性、 频率特性和噪声特性, 但Ge组分及其分布对HBT热学特性的影响报道还很少. 本文利用SILVACO半导体器件仿真工具, 建立了多指SiGe HBT模型, 对基区具有不同Ge组分梯度结构的SiGe HBTs的热学特性和电学特性的热稳定性进行了研究. 研究发现, 在Ge组分总量一定的条件下, 随着Ge组分梯度的增大, 器件的特征频率明显提高, 增益和特征频率fT随温度变化变弱, 器件温度分布的均匀性变好, 但增益变小; 而基区均匀Ge组分(Ge组分梯度为零) 的HBT的增益较大, 但随温度的变化较大, 器件温度分布的均匀性也较差. 在此基础上, 将基区Ge组分均匀分布和Ge组分缓变分布相结合, 提出了兼顾器件热学特性、 增益特性和频率特性的新型基区Ge组分分布- 分段分布结构. 结果表明, 相比于基区Ge组分均匀分布的器件, 新器件温度明显降低; 和fT保持了较高的值, 且随温度的变化也较小, 显示了新结构器件的优越性. 这些结果对HBT的热学设计具有重要的参考意义, 是对SiGe HBT性能研究的一个补充.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 60776051, 61006059, 61006049)、 北京市自然科学基金(批准号: 4082007)、 北京市教委科技发展计划(批准号: KM200710005015, KM200910005001)、 北京市优秀跨世纪人才基金(批准号: 67002013200301)和 北京市属市管高等学校人才强教服务北京计划资助的课题.
    [1]

    Comeau J P, Najafizadeh L, Andrews J M, Gnana A P, Cressler J D 2007 IEEE Microw. Wirel Compon. Lett. 17 349

    [2]

    Ma L, Gao Y 2009 Chin. Phys. B 18 303

    [3]

    William E Ansley, John D Cressler, David M Richey 1998 IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques (USA May, 1998) 46 653

    [4]

    Zhou S L, Huang H, Huang Y Q, Ren X M 2007 Acta Phys. Sin. 56 2890 (in Chinese) [周守利, 黄辉, 黄永清, 任晓敏 2007 物理学报 56 2890]

    [5]

    Xiao Y, Zhang W R, Jin D Y, Chen L, Wang R Q, Xie H Y 2011 Acta Phys. Sin. 60 044402 (in Chinese) [肖盈, 张万荣, 金冬月, 陈亮, 王任卿, 谢红云 2011 物理学报 60 044402]

    [6]

    Chen L, Zhang W R, Jin D Y, Xie H Y, Xiao Y, Wang R Q, Ding C B 2011 Acta Phys. Sin. 60 078501 (in Chinese) [陈亮, 张万荣, 金冬月, 谢红云, 肖盈, 王任卿, 丁春宝 2011 物理学报 60 078501]

    [7]

    Chen L, Zhang W R, Jin D Y, Xie H Y, Xiao Y, Wang R Q 2011 Chin. Phys. B 20 018105

    [8]

    Rahim A F A, Hashim M R, Rahim A I A 2002 IEEE International Conference on Semiconductor Electronics Proceedings (ICSE) USA, Florida Jun, 2002 2 365

    [9]

    Wang D Q, Ruan G, Xue L C 1999 Research&Progress of SSE 19190

    [10]

    Song J,Yuan J S 1997 Solid-State Electronics (USA, Florida December, 1997) 41 1957

  • [1]

    Comeau J P, Najafizadeh L, Andrews J M, Gnana A P, Cressler J D 2007 IEEE Microw. Wirel Compon. Lett. 17 349

    [2]

    Ma L, Gao Y 2009 Chin. Phys. B 18 303

    [3]

    William E Ansley, John D Cressler, David M Richey 1998 IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques (USA May, 1998) 46 653

    [4]

    Zhou S L, Huang H, Huang Y Q, Ren X M 2007 Acta Phys. Sin. 56 2890 (in Chinese) [周守利, 黄辉, 黄永清, 任晓敏 2007 物理学报 56 2890]

    [5]

    Xiao Y, Zhang W R, Jin D Y, Chen L, Wang R Q, Xie H Y 2011 Acta Phys. Sin. 60 044402 (in Chinese) [肖盈, 张万荣, 金冬月, 陈亮, 王任卿, 谢红云 2011 物理学报 60 044402]

    [6]

    Chen L, Zhang W R, Jin D Y, Xie H Y, Xiao Y, Wang R Q, Ding C B 2011 Acta Phys. Sin. 60 078501 (in Chinese) [陈亮, 张万荣, 金冬月, 谢红云, 肖盈, 王任卿, 丁春宝 2011 物理学报 60 078501]

    [7]

    Chen L, Zhang W R, Jin D Y, Xie H Y, Xiao Y, Wang R Q 2011 Chin. Phys. B 20 018105

    [8]

    Rahim A F A, Hashim M R, Rahim A I A 2002 IEEE International Conference on Semiconductor Electronics Proceedings (ICSE) USA, Florida Jun, 2002 2 365

    [9]

    Wang D Q, Ruan G, Xue L C 1999 Research&Progress of SSE 19190

    [10]

    Song J,Yuan J S 1997 Solid-State Electronics (USA, Florida December, 1997) 41 1957

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出版历程
  • 收稿日期:  2011-11-22
  • 修回日期:  2011-12-07
  • 刊出日期:  2012-07-05

基区Ge组分分布对SiGe HBTs热学特性的影响

  • 1. 北京工业大学 电子信息与控制工程学院, 北京 100124
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 60776051, 61006059, 61006049)、 北京市自然科学基金(批准号: 4082007)、 北京市教委科技发展计划(批准号: KM200710005015, KM200910005001)、 北京市优秀跨世纪人才基金(批准号: 67002013200301)和 北京市属市管高等学校人才强教服务北京计划资助的课题.

摘要: 基区Ge组分的加入可以改善SiGe HBT的直流特性、 频率特性和噪声特性, 但Ge组分及其分布对HBT热学特性的影响报道还很少. 本文利用SILVACO半导体器件仿真工具, 建立了多指SiGe HBT模型, 对基区具有不同Ge组分梯度结构的SiGe HBTs的热学特性和电学特性的热稳定性进行了研究. 研究发现, 在Ge组分总量一定的条件下, 随着Ge组分梯度的增大, 器件的特征频率明显提高, 增益和特征频率fT随温度变化变弱, 器件温度分布的均匀性变好, 但增益变小; 而基区均匀Ge组分(Ge组分梯度为零) 的HBT的增益较大, 但随温度的变化较大, 器件温度分布的均匀性也较差. 在此基础上, 将基区Ge组分均匀分布和Ge组分缓变分布相结合, 提出了兼顾器件热学特性、 增益特性和频率特性的新型基区Ge组分分布- 分段分布结构. 结果表明, 相比于基区Ge组分均匀分布的器件, 新器件温度明显降低; 和fT保持了较高的值, 且随温度的变化也较小, 显示了新结构器件的优越性. 这些结果对HBT的热学设计具有重要的参考意义, 是对SiGe HBT性能研究的一个补充.

English Abstract

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