【摘 要】
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功率SiGe异质结晶体管(HBTs)通常采用多发射极指结构,由于器件自身耗散功率引起的自加热效应及各个发射极指之间的热耦合效应,导致各发射极指上的温度分布不均匀。又巾于器件
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功率SiGe异质结晶体管(HBTs)通常采用多发射极指结构,由于器件自身耗散功率引起的自加热效应及各个发射极指之间的热耦合效应,导致各发射极指上的温度分布不均匀。又巾于器件发射极电流具有正温度系数,温度高的指将传导更多的电流,产生更多的热,造成器件温度分布更加不均匀,可能形成热斑,最终造成器件烧毁:近年来随着半导体器件特征尺寸不断缩小、电流密度的不断增加,导致单位而积的功率耗散增大,以及现行深槽和浅槽隔离技术、SOI技术的应用,均会使得器件的热阻不断增加。这种热耗散机制与热传导机制的不匹配,加剧了自加热效应和热耦合效应,严重限制了品体管的功率处理能力,还可能会导致器件的工作点随温度发生漂移。
本文利用有限元方法及有限元分析软件ANSYS Multiphysics对多发射极条功率SiGe HBTs器件进行热模拟,提出新的解决方案,主要工作如下:
1.根据SiGe HBTs器件的工艺结构及基本工作原理,分析了SiGe HBTs内部的热传导途径以及热阻,建立了更为精确的SiGe HBTs三维热模型——热源在体内的"有限元热阻模型";
2.在新建立的SiGe HBTs三维热模型的基础上,利用ANSYS软件对多发射极条功率SiGe HBTs进行稳态热分析。由模拟所得到的温度分布表明器件各个发射极条之间的热耦合效应是影响器件温度分布均匀性的主要原凶;此外,半导体材料的热导率也会随温度的上升而下降,研究了材料热导率随温度变化对器件温度分布的影响;
3.通过对传统采用的均匀发射极条结构(等条间距、等条宽、以及等条长)、非等发射极条间距结构、非等发射极条宽结构、非等发射极条长结构的不同HBTs以及对发射极条分段结构的HBTs进行稳态热分析,研究了各种结构对器件温度分布的影响及原因,在综合上述结构的基础之上,提出了一种新型的发射极条结构,使器件的温度分布更加均匀,热稳定性更好。
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