雙極型器件設計與性能(編輯修改稿)
2025-02-03 04:23 本頁面
【文章內容簡介】 ()BBBBWWie B BBxB nB ie BWWg SiGe g SiGexnB B Bg SiGeBnB g SiGe g SiGeBBnBBn Si Ge x Nxt Si Ge dx dxN x D x n Si Ge xEE xxdx dxD k T W k T WEW k T k TD E E k TWA s t SiDt Si Get??? ? ?????? ? ????????? ?,21 [ 1 e xp ( ) ]()g SiGeB g SiGe g SiGeEk T k TSi E E k T??? ? ???基區(qū)渡越 半導體器件原理 南京大學 半導體器件原理 南京大學 3。 集電區(qū)的設計 半導體器件原理 南京大學 共基情形下的輸入特性： 00/2( ) ( 1 )11 ( )2Enb pb pe ne qV KTEb peC dc E CB OEBdcB E E BD n D pJ q eWLJ J IDN WWD N L L??? ? ? ???? ? ?共射情形下的輸出特性： 2100//1( ( ) )2( ) ( 1 ) ( 1 )cEC dc B C EOEBdcB E E BB E Cpe ne pc nc qV K TqV K Tpe pcJ J IDN WWD N L LJ J JD p qD pq e eLL?????????? ? ? ? ?基區(qū)展寬效應 半導體器件原理 南京大學 集電區(qū)的設計要點 : (1)減小串聯電阻 , 但集電區(qū)厚度對基區(qū) 集電極擊穿電壓和大電流下的集電極電流特性有較強的作用 . (2)盡量減小寄生集電區(qū)的面積及其電容 . (3)對一給定的非本征基區(qū)面積 ,寄生集電區(qū)的摻雜應盡可能的小 , 以獲得最小的電容和最大的非本征基區(qū) 集電極的反向擊穿電壓 . 1)基區(qū)展寬效應較小時的集電極設計 要控制基區(qū)展寬效應 , 集電極電流必須遠小于最大電流密度 Cs a tC NqvJJ ??? m a x半導體器件原理 南京大學 必須增大集電區(qū)摻雜濃度 , 以使集電極允許值不致過小 . 這又將導致基區(qū) 集電結電容的增大以及基區(qū) 集電結的擊穿 ,集電區(qū)的設計必須進行優(yōu)化和折衷 . 基區(qū) 集電結擊穿效應的折衷 : 現代 VLSI電路的工作電壓為 35V, 這足以導致雙極型器件的基區(qū) 集電結的擊穿 . (1)減小摻雜濃度 , 但將減小電流密度 (2)近基區(qū) 集電結的基區(qū)摻雜分布的設計 擴散或離子注入 , 導致一逐漸減小的摻雜濃度分布 , 減小近基區(qū) 集電結的基區(qū)電場 . 半導體器件原理 南京大學 2)基區(qū)展寬效應較大時的集電極設計 實際的雙極型器件的電流密度超過 , 導致較大的基區(qū)擴展效應 . 基區(qū)擴展效應導致多余的少數載流子存儲在集電區(qū)中 , 從而貢獻于擴散電容 . 這時 , 擴散電容將限制電路速度和截止頻率 .減小擴散電容 , 必須使存儲在集電區(qū)中的少數載流子最少 . 除采用遞減分布之外 , 必須減小集電區(qū)層厚度 (通過外延技術可以實現 ), 而這將導致基區(qū) 集電結的耗盡層電容的增加 . (1)小電流下 , 基區(qū)擴展效應可忽略 , 薄集電區(qū)將導致電路速度的下降 . (2)大電流下 , 基區(qū)擴展效應較大 , 薄集電區(qū)將導致電路速度的提高 半導體器件原理 南京大學 4。 現代雙極型晶體管的結構 深溝隔離 , 雙多晶硅和自對準雙極工藝 半導體器件原理 南京大學 (1)深溝隔離 以深溝隔離代替擴散隔離 , 使隔離寬度大大減小 . 并將大大減小集電極 襯底電容 .但擴散由于工藝簡單 , 成本較低 , 所以仍在很多雙極器件中使用 . (2)多晶硅柵 多晶硅柵允許較小的發(fā)射結深度 , 使研制重復性好的薄基區(qū)晶體管成為可能 . (3)自對準多晶硅基區(qū)的接觸 自對準多晶硅基區(qū)的接觸使非本征基區(qū)的尺寸無須與金屬電極匹配 , 從而可以大大減小非本征基 集電結電容 . 非本征基區(qū)可以不依賴于本征基區(qū) , 這將大大增大本征基區(qū)的設計與工藝窗口 , 使薄基區(qū)晶體管更易實現 . 半導體器件原理 南京大學 (4)基架集電極 基架集電區(qū)在本征基區(qū)的正下方較其周圍有更高的摻雜濃度 . 更高的摻雜濃度將最大減小基區(qū)擴展效應 , 而低的寄生集電極摻雜濃度將減小基區(qū) 集電結電容 . 通過離子注入可以實現 . (5)SiGe基雙極晶體管 半導體器件原理 南京大學 半導體器件原理 南京大學 采用目前硅集成電路工藝 。 速度提高 80% (210 GHz或更高 )，功耗降低 50%. SiGe基晶體管 半導體器件原理 南京大學 二、雙極型器件的性能參數
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