高频功率SiGe异质结双极晶体管的设计与优化

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本论文主要论述了高频大功率SiGeHBT的设计方法,包括纵向结构及横向结构设计。详细介绍了器件制备的工艺流程,包括岛形隔离及掩埋金属自对准工艺的具体实施步骤。 简述了SiGeHBT的发展历史,特别介绍了大功率SiGeHBT的发展历史,以及SiGeHBT的发展应用前景。 简要介绍了Si1-xGex材料的几种基本特性。为了减小器件的集电极串联电阻,对高阻衬底进行亚集电区扩散,计算扩散条件,对扩散结果用电化学C-V测试手段进行分析。介绍了超高真空气相外延材料生长方法以及对材料生长质量进行分析的有效方法:SIMS分析方法和DCXRD分析方法。 详细介绍了SiGeHBT的设计方法及高阻衬底的优越性。针对共发射极直流电流增益β、特征频率fT、功率增益Gp和最高振荡频率fmax等重要的参数指标设计出各纵向结构参数的合理设计范围。器件的纵向结构设计包括各层的厚度及掺杂浓度,特别介绍了基区Ge和B的掺杂水平和掺杂模式。横向结构设计主要介绍了发射极版图的设计,包括发射区的面积,周长,以及发射区的条宽、条长。 为了降低衬底对器件性能的影响,减小寄生参数,采用了以高阻衬底和大面积深刻蚀工艺为基础的岛型隔离方法。详细介绍了掩埋金属自对准工艺的工艺流程。掩埋金属自对准工艺与传统双台面工艺比较,在不提高光刻设备分辨率和精度的前提下,将发射极金-半接触面积提高87.5%、周长面积比提高44%,发射结面积(发射极台面面积)和固定条长下的等效条宽均降低44%,基极接触面积不变时集电结面积(基极台面面积)降低50%以上,集电极接触面积提高一倍以上,为提高器件性能、降低工艺难度和提高版图设计灵活性打下坚实的基础,而且用剥离金属的方法可以使整个工艺流程在低温下进行。 最后,用模拟软件BEBSimulator3.0对器件的高频特性进行模拟,用PSPICE软件对器件的直流特性进行模拟分析。器件的最高振荡频率fmax达4GHz,在最高振荡频率为1GHz时器件的功率增益达25dB。在VCE=4V时器件的输出功率达800mW。对器件的制备结果进行分析,并对下一步要进行的工作提出了建议。
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