SiGe+HBT器件建模和仿真资料下载.pdf

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李垚20070501中固科学技术人学硕学位论文摘要本论文介绍了SiGe材料和器件特性、电路相对于Si器件和mV族化合物半导体器件的优越性。

介绍了SiGeH13T的能带结构以及Ge的引入对能带结构的影响，回顾了SiGeHBT的发展历史，介绍了发展的现状和应用领域。

比较了SiGeHBT和SiBJT常温和低温的直流特性、交流特性，介绍了SiGeHBT高频功率管的设计方法，包括发射区设计、基区设计、集电区设计、结构行局设计、发射极窄条宽度和长度设计、发射区面积设计和发射区窄条间隔设计等。

推导了基于漂移扩散理论的小电流和大电流基区渡越时间模型，基于能量平衡理论的超薄基区渡越时间模型，并比较了两种模型，对于超薄基区，能量平衡模犁比漂移扩散模犁准确。

对于超薄基区SiGe（C）HBT，载流子通过基区时受到很少的碰撞，是非平衡的输运过程，速度效应明显，载流子并不是以饱和速度通过BC结耗尽区，而是以大于饱和速度的过冲速度渡越基区。

介绍了SILVACO公司的工艺模拟模块ATHENA和器件仿真模块ATLAS，并利用软件模拟了SiGe器件，得到的结果与能量平衡模型推导结果一致，说明所推导的能量平衡模型准确。

基于能带工程的SiGeHBT可以通过改变Ge含量来改变能带结构，提高了载流子的注入效率，减小渡越时I日J，具有可以与IIIV族化合物半导体相媲荚的高频特性。

而且与现有的先进Si工艺兼容，成本比较低，SiGeHBT在高频领域将会有广阔的应用前景。

关键词：

SiGeHBT，基区渡越时间，能量平衡，速度过冲中国科学技术大学预学位论文AbstractIhisthesispresentsanoverviewofthecharactersofSiGematedalanddevice，theadvantagescomparingwithSideviceandIIIVcompoundsemiconductordevice，theenergybandstructureofSiGeHBTandtheeffectofwhichbyintToducingGeintothebaseregionofHBTThisthesisalsolooksbacktothedevelopmenthistoryofSiGeHBTdiscussesthedevelopmentstatusandapplicationfieldThisthesispresentsthedifferencebetweenSiGeHBTsandSiBJTsDCandACcharactersinroomtemperatureandlowtemperature，discussesthehi曲frequencyhighpowerSiGeHBTdesignmethodincludingemitterregion，baseregion，collectorregion,emitterregionareadesignandSOonBsetransittimemodelsbasingondrift-diffusionandenergybalancetheoryareobtainedThecomparisonofthetwomodelsindicatesthattheenergybalancetheoryiSmoreaccurateforultrathinbaseSiGeHBTForultrathinbaseSiOeHBT,thebasewidthisalmostequaltothecarriermeanfreelength，quasiballistictransportoccurswhencarrierscrosstheregioninwhichonlyafewcollisionstakeplace。

Thevelocityofthecarriersmaybemuchhi【gherthanthesaturationvelocityVeloeityovershootOccursThisthesisalsopresentsageneraloverviewofprocesssimulationmodelATHENAanddevicesimulationmodelATLASfromSILVACOAnexampleofprocesssimulationanddevicesimulationispresentedAnothersimulationprovestheenergybalancemodelmoreaccuratethanthedriftdiffusionmodelforultrathinbaseSiGeHBTTheenergybandstructureofSiGeHBTcanbechangedbyintroducingdifferenceproportionofGecontentThebandgapnarrowofSiGeHBTbasecangenerateanacceleratedelectricfieldwhichCanshortenthebasetransittimeTheSiGeHBTSprocessiscompatiblewithSiBJTSSOthecostiscuttedcomparingwithHIVcompoundsemiconductordeviceSiGeHBTwillhaveabroadapplicationprospectsinhighfrequencyfieldKeywords：

SiGeHBTbasetransittime，energybalance，velocityovershoot中国科学技术大学学位论文相关声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。

除已特别加以标注和致谢的地方外；

论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。

与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。

本人授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：

学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。

保密的学位论文在解密后也遵守此规定。

作者签名：

零墨专堡训7年月30日中国科学技术人学硕f：

学位论文第1章引言大规模集成电路的发展极大地推动了信息产业的发展，使集成电路的性价比大大提高。

集成电路的发展一直遵守着Moore定律，即大约每过18个月集成度便增加一倍，而成本则降低一半。

Moore定律使得VLSI特征尺寸越来越小，推动生产工艺水平的提高。

集成度的提高，必然使得单位面积的器件数目增加，器件必须按比例缩小。

但是纵向的按比例缩小会遇到很多难以克服的困难。

Si的电子迁移率较小，限制了Si器件在高频领域的应用。

而mV族化合物半导体器件，虽然速度比Si器件的要快得多，但是与成熟Si器件工艺不兼容，成本太高。

研究与Si工艺兼容的SiGe材料器件，可以大大地降低成本，实现高频领域的应用。

11课题研究的背景和意义普通的Si双极晶体管要做到超高速和超高频要遇到很多难以克服的矛盾。

超高速晶体管要求较小的基区电阻Rb和发射极电容C。

，减小Rb可以通过增宽基区和提高基区惨杂浓度来实现，但是这样会减小电流放大系数hFE，而且基区宽度的增加必然会引起载流子基区渡越时1日J的增加，反过来影响到晶体管速度。

C。

的减小要求降低发射区的惨杂浓度，这与提高hFE是矛盾的。

可见，超高速晶体管应当是发射区惨杂浓度低、基区惨杂浓度高，而且hFE也适当高的一种晶体管。

要想用Si材料同时实现高速和具有比较高的电流放大倍数是不可能的。

用SiGe合金代替基区的Si，可以调节基区的禁带宽度，使得基区禁带宽度小于发射区禁带宽度，提高基区惨杂浓度。

从而可以增加发射区载流子的注入效率和减小基区的渡越时问，提高晶体管的放大倍数和速度。

这种在BE、BC结同时引入异质结的晶体管叫做异质结双极型晶体管（HBT）。

异质结双极晶体管的特点是具有宽禁带的发射区，基区禁带宽度可以通过改变Ge的含量柬调整。

基区中的价带上移Eg，使得基区中的空穴向发射区注入时遇到更高的势垒阻挡，而发射区中的电子向基区注入