SiGe HBT直流电流增益模型研究
全温区超薄基区SiGeHBT参数特性研究
基 区宽 度减 薄是 双极 器 件 提 高性 能 的重 要 手
段 ， 当基 区宽度降 至可 与载 流子平 均 自由程相 比 而
拟 时 ， 流 子在 基 区中运 输 时碰撞 将 大为 减 少 ， 载 传 统的 Ｄ ＤＭ 模 型 需 被 更 为 精确 的 Ｂ ＴＭ 模 型所 取 代， 弹道效 应等 非平衡 效 应将 会出 现【 。
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｖａ ｉ ｔ ｎ ｏ ｃ ｒ ｉ ｒ ｅ ｓｒｃ ： ｒａ ｉ ｓ ｆ ａ ｒｅ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ａ ｄ ｉｆ ｓ ｏ ｃ ｅ ｆ ｉ ｎ ｗｉ ｓ ｒ ｃ ｕ ａ ｏ ｅ ａ ｕ ｅ ｎ ｄ ｆｕ ｉ ｎ ｏ ｆｉ ｅ ｔ ｃ ｔ ｈ ｔｕ ｔ ｒ ｌ ｐ ｒ ｍｅ ｅ ｓ ｉ ｈ ｌｒ — ｈ ｎ ｂ ｓ ｎ Ｓ Ｇｅ ＨＢ ａ ｅ ａ ａ ｙ ｅ ｔｄ ｆｅ ｅ ｔｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｓ・ｔ ｅ ｅ ａａ ｔ ｒ ｎ ｔ ｅ ｕ ｔ ａ ｔ ｉ ａ ｅ ｉ ｉ Ｔ ｒ ｎ ｌ ｚ ｄ ａ ｉ ｒ ｎ ｅ ｆ ｅａ ｕ ｅ ｈ ｎｒ・ ｓ ｈ ｏ ｎ ｅ ｐ ｒｍ ｅ ｔｉ ｇ ｖ ｎ ｕ ｆａ ｘ ｅ ｉ ｎ ｉ ｅ ． ｓ
李 壶 魏同立 孔德义＠ 许居衍④ ① ＠
（ 国科 技 大 学 物 理 系 微 电子 室 ， 肥 ．３０ ６ ０中 台 ２０２） （ 南 大 学 微 电 子 中 心 ， 京 ．１０ ６ 东 南 ２０ ９ ） （ 科 院台 肥智 能所 ．３ ０ １ 中 ２０ ３ ） （ 中 国 华 晶 电子 集 团 公 司 ． ０ 无锡 ． １０ １ ２ ６ ） ４
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第２ 卷 ２
第１ 期
固体 电子 学研 究 与进展
Ｒ Ｅ Ｃ ＆Ｐ Ｏ ＥＳ ＡＲ Ｈ Ｒ ＧＲＥ ＳＯＦＳ Ｅ Ｓ Ｓ
pnp型SiGeHBT的制备研究
pnp型SiGe HBT的制备研究王喜媛1，张鹤鸣1 ，刘道广2，郑娥2，张静2 ，徐婉静2(1.西安电子科技大学微电子研究所陕西，西安710071；2.重庆固体电子研究所重点实验室，重庆400060）摘要：从pnp型Si/SiGe HBT的能带结构出发，阐述pnp型Si/SiGe HBT的放大原理，采用MBE方法生长Si/Si1-x Gex合金材料，并对Si/Si1-x Gex合金材料的物理特征和异质结特性进行表征，在重庆固体电子研究所工艺线上，研制出了pnp 型Si/SiGe HBT器件。
器件参数为：Vcb0＝9V，Vce0＝2.5V，Veb0 ＝5V，β＝10。
关键词：pnp型SiGe HBT；禁带宽度Eg ；Ge组分；能带中图分类号：TN304.2 文献标识码：A 文章编号：1003-353X(2003)03-0034-031引言1987年，美国Bell实验室、IBM公司、日本的NEC及瑞典的Linkoping大学，几乎同时报道了世界上首批利用SiGe合金材料作为基区的异质结双极型晶体管（HBT）的研究成果。
由于化学汽相淀积生长SiGe材料的成功，Si/SiGe HBT器件得以迅速发展。
德国的Daimler Benz 研究中心使用Si-MBE技术在Si衬底上生长出SiGe合金材料，一次性完成单晶型硅发射区和SiGe基区的生长，避免了形成多晶硅发射极时所必须的高温退火工艺, 因此提高了基区中的锗组分；通过提高基区的硼掺杂浓度，降低了基区电阻，使得SiGe HBT器件在微波及毫米波段应用的优越性充分展现，已制造出截止频率为300GHz的npn型Si/SiGe HBT器件。
SiGe HBT具有超高速、超高频、大功率、低噪声、低温高增益、与现有硅工艺兼容、易于集成等优点。
目前，国际国内对于npn型Si/SiGe HBT器件及电路的研究非常多，然而在实际应用中，例如高速模拟电路和混合信号电路，互补双极技术[1]的性能远远优于单独的npn管。
SiGe-HBT基本特性
SiGe HBT 基本特性1 SiGe 材料特性及发展2直流特性3频率特性1 SiGe 材料特性及发展在常温下，Ge 的晶格常数是0.5658nm ，Si 的品格常数0.5431nm ，晶格失配为4.17％。
这是一个比较大的晶格失配率，所以在高温处理过程中很容易发生晶格驰豫现象。
但如果SiGe 外延层的厚度小于临界厚度，它与Si 衬底的晶格失配可以通过弹性形变来化解，而且几乎没有失配位错的形成(赝晶生长)。
图2-a 硅上赝晶生长的1x x Si Ge 的临界厚度与锗组分的关系图2-b 硅上赝晶生长的1x x Si Ge -及无应变SiGe 的能隙随合会组分变化的关系SiGe 合金的晶格常数近似可以用下式表示：1()()[()()]x x a Si Ge a Si x a Ge a Si -=+-SiGe 合金的品格常数和禁带宽度与Ge 的含量有关，通过调节Ge 的含量可以改变合会的禁带宽度。
由于Si 和Ge 的品格常数不同，生长稳定的SiGe 合会薄膜比较困难，一般用MBE 和UHV/CVD 生长技术。
虽然较高的生长温度(>750C )可使被吸附在衬底表面上的原子活动能力增强，有利于保证外延晶体的质量，但是温度较高时将得不到赝晶膜，而且容易形成三维的岛状晶体。
用UHV/CVD 生长薄膜的温度在400到500摄氏度之间。
利用MBE 或者UHV/CVD 工艺外延生长SiGe 薄膜作为双极晶体管的基区，可以形成双异质结晶体管(HBT)。
Ge 的引进导致基区禁带宽度减小，Ge 含量大约每增加10％，禁带宽度减小75meV ，从而在基区形成漂移电场(drift-field)，对于n-p-n 管，漂移电场的存在将大大提高电子从发射区注入基区的效率，加速电子在基区的运动，从而增加电流增益β，减小基区的渡越时间，提高工作频率。
这就是SiGe HBTs 获得很高工作频率的基本原理。
随着SiGe 材料生长技术的发展，SiGe 外延材料质量得到了很大的提高，为SiGe 器件性能的改善奠定了基础，SiGe HBT 的研究取得了很大的发展。
SiGe HBT小信号建模技术研究
6.在优化后的本征电路基础上，加入焊盘寄生电容，再次进行仿真。
7.最终得到完整的小信号等效电路模型，验证了此方法的可行性。
谢谢观看
课题研究背景意义和现状
本次毕业设计是基于软件优化的思想展开模型参数的 提取工作。目前的小信号模型的拓扑结构趋于稳定， 因此研究内容更多是在固定的电路拓扑上，去实现对 模型的参数提取。而提参体现在本征参数和非本征参 数提取两方面。 基于电路仿真器的模型参数提取非常依赖设定的初值， 因此获取合理的初值十分重要。
SiGe HBT器件仿真及其小信号建模技术研究
制作人：李静 指导教师：刘静
目录
课题研究背景意义和现状 SiGe HBT基本工作原理 利用ISE软件优化器件结构及提参
HBT小信号建模技术及参数计算
优化HBT建模 总结
课题研究背景意义和现状
SiGe材料与传统硅工艺兼容，生产成本相对更低，能够 满足高频器件对频率特性与电流增益的需求。因此广泛 应用于无线移动通信等领域。 在基于SiGe HBT器件和电路设计中，相关模型及参数提 取技术十分重要。目前很多电子设计自动化仿真建模平 台均将该领域作为重要的产品研发方向。
电流增益特性曲线(VBE--V)
利用ISE软件优化器件结构及提参
输出特性曲线(IC--A
VCE--V)
利用ISE软件优化器件结构及提参
击穿电压特性曲线(IC--A
VCE--V)
利用ISE软件优化器件结构及提参
S参数即散射参数
利用ISE软件优化器件结构及提参
图为射频参
数提取页面
利用ISE软件优化器件结构及提参
SiGeSi射频功率HBT器件的研制的开题报告
SiGeSi射频功率HBT器件的研制的开题报告一、研究背景SiGeSi材料的出现，为微波功率HBT器件的制备提供了新的途径。
由于SiGe材料在电子运动速度、导电性能等方面的优越性能，SiGeSi HBT器件有着非常广泛的应用前景。
在现有的微波功率HBT器件中，AlGaAs/GaAs为主要材料系统，但其存在着高热阻、工艺复杂等问题。
相比之下，SiGeSi HBT器件具有热阻低、材料容易制备等优点。
二、研究内容与目的本课题拟开展的研究内容为SiGeSi射频功率HBT器件的制备及其性能测试。
通过研究SiGeSi材料的电性质、材料制备方法等方面，选定合适的工艺流程，制备SiGeSi HBT器件，并对器件的电学性能进行测试。
本研究的目的是：1. 研究SiGeSi材料的性能特点，了解其在射频功率HBT器件中的应用前景。
2. 探究SiGeSi HBT器件制备的各个环节，制定优化的工艺流程，提高器件的性能。
3. 测试SiGeSi HBT器件的电学性能，验证其在微波功率放大方面的应用性能。
三、研究方法与步骤研究方法：1. 理论分析法：通过文献调研对SiGeSi材料、射频功率HBT器件等领域进行理论分析。
2. 实验研究法：选用CVD法或MBE法制备SiGeSi材料，采用光刻、腐蚀、沉积等工艺方法制备SiGeSi HBT器件，并进行电学测试。
研究步骤：1. 确定研究方向和选题，并进行文献调研。
2. 利用CVD法或MBE法制备SiGeSi材料，确定其材料性质。
3. 依据理论分析结果，设计SiGeSi HBT器件的结构，并确定制备的工艺流程。
4. 利用光刻、腐蚀、沉积等工艺方法制备具有设计结构的SiGeSi HBT器件。
5. 对制备的器件进行电学测试，测试参数包括：电流增益、频率响应等。
6. 对测试结果进行数据处理与分析，验证SiGeSi HBT器件的性能表现。
四、预期成果与意义预期成果：1. 成功制备SiGeSi HBT器件，并对器件的性能进行测试。
SiGe HBT传输电流模型研究
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（ ５）
对于 Ｓ Ｊ ｉ Ｔ而 言 ， Ｂ 在空 间 电荷 区 内及 其边 界 电
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式 中 Ｊ ＨＢ ｃ为 Ｔ正 向 工作 时 （ ， ） Ｖ ＝０ 的基 区复 合 电流 ； 射 区 的注入 电流为 Ｉｙ ， 图 １的模 型 发 ｃ／ 在 中用二 极 管 ＤＥ１ 等效 ， 为 晶体 管正 向工 作 时的 来 电流放 大倍 数 ； ｃ 为 ＨＢ 反 向 工 作 时 （ ：０ ｆＲ Ｔ Ｖ ） 的基 区复 合 电 流 ； 电 区 的 注 入 电 流 为 Ｉｙ ， 集 ｃ／ 在
结 能 带 的 不 连 续 对 载 流 子 输 运 产 生 的影 响 ， 过 求 解 流 过 发 射 结 界 面 的 载 流 子 密 度 ， 立 了 ＳＧｅＨＢ 通 建 ｉ Ｔ传 输 电 流 模 型 ． 模 型 物 理 意 义 清 晰 ， 扑 结 构 简 单 ． 该 模 型 进 行 了模 拟 ， 拟 结 果 与 文 献 报 道 的 结 果 符 合 得 较 好 ． 该 模 该 拓 对 模 将
胡辉勇 张 戴显英 荣喜 鹤鸣 宣 崔晓 王 姜 英 青 涛
（ 安 电子 科 技 大 学 微 电 子 学 院 宽 禁带 半 导 体 材料 与器 件 教 育部 重 点 实验 室 ， 西 安 西 ７０７ ） １０ １
摘 要 ：基 于 ＳＧｅ 质 结 双 极 晶 体 管 （ Ｔ） 信 号 等 效 电 路 模 型 ， 立 了 ＳＧｅＨＢ ｉ 异 ＨＢ 大 建 ｉ Ｔ传 输 电 流 模 型 ． 点 考 虑 发 射 重
Ｆｉ ． Ｓ Ｇｅ ＨＢＴ ｌｒ ｅ ｓｇ ｌ ｑ ｉ ａｅ ｔｃｒ ｕ ｔｍｏ ｅ ｇ１ ｉ ａ ｇ ｉｎａ ｕ ｖ ｌ ｎ ｉｃ ｉ ｅ ｄｌ
sige异质结双极晶体管(hbt)的优势、典型器件结构;
sige异质结双极晶体管(hbt)的优势、典型器件结构; 1. 引言1.1 概述SiGe异质结双极晶体管（HBT）是一种重要的半导体器件，在现代电子技术领域中广泛应用。
它利用硅基材料和锗基材料之间的异质结构，以实现高性能、低功耗和低噪声操作。
SiGe HBT具有多种优势，使其成为射频放大器、通信系统和无线传感器等领域中首选的器件。
1.2 文章结构本文将围绕SiGe异质结双极晶体管的优势及其典型器件结构展开详细的讨论。
首先，我们将介绍SiGe HBT在高频性能、低噪声性能和功耗方面所具备的优势。
然后，我们将探讨SiGe HBT的典型器件结构，包括基本结构、发射极电阻调制技术以及直接注入发射器结构设计。
进一步，本文将通过分析通信领域中的应用案例来展示SiGe HBT在小信号放大器设计、高速数字通信系统和无线通信系统等方面带来的重要价值。
最后，我们将总结SiGe HBT的优势和典型器件结构特点，并展望未来SiGe HBT技术的发展方向和应用前景。
1.3 目的本文的目的在于全面介绍SiGe异质结双极晶体管的优势及其典型器件结构，以帮助读者更好地了解并应用这一重要的半导体器件。
通过深入研究SiGe HBT所具备的高频性能、低噪声性能和功耗优势，读者将对其在通信领域中的广泛应用有更清晰的认识。
同时，通过对典型SiGe HBT器件结构和案例分析的介绍，读者将学习到如何设计和优化SiGe HBT在不同通信系统中的应用。
最终，本文旨在为SiGe HBT技术的未来发展提供有益的见解，并展示其潜在的应用前景。
2. SiGe异质结双极晶体管(HBT)的优势：SiGe异质结双极晶体管(HBT)是一种高性能的半导体器件，具有多项优势，使其成为许多领域的重要选择。
以下是SiGe HBT的主要优势：2.1 高频性能优势：SiGe HBT具有卓越的高频性能，特别适用于射频和微波电路设计。
相比于传统的硅晶体管，SiGe HBT具有更高的截止频率（fT）和最大振荡频率（fmax），这使得它可以在更高的频段范围内工作。
异质结双极型晶体管HBT研究背景及简介
异质结双极型晶体管HBT研究背景及简介1 HBT概述2 HBT的发展3 HBT的特点4 HBT的电流传输原理5 HBT的主要性能参数电子信息材料产业的技术水平和发展规模，已经成为衡量一个国家经济发展状况、科技进步和国防实力的重要标志。
上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明以及硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并使人类进入了信息时代。
而超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，则彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。
第一代半导体材料以硅为代表。
硅是目前为止人们认识最全面、制造工艺水平最高的半导体材料。
第二代半导体材料以低位错密度的垂直梯度凝固法(VGF)和水平(HB)方法生长的导电GaAs衬底材料为主。
第三代半导体材料以宽禁带半导体材料为代表。
其中GaAs、InP基晶格匹配和应变补偿材料体系发展得相当成熟，已成功地用来制造超高速，超高频微电子器件和单片集成电路。
但是无论是从异质结材料体系设计和生长，器件性能提升，还是器件模型和模拟平台的建立上而言都还处于起步阶段，远未成熟，这其中既有大量的技术问题需要攻关，同时也有大量的基础科学问题亟待解决。
1 HBT概述异质结双极晶体管（Hetero-junction Bipolar Transistor,简称(HBT)基区(base)异质结SiGe外延(图1)：其原理是在基区掺入Ge组分，通过减小能带宽度,从而使基区少子从发射区到基区跨越的势垒高度降低，从而提高发射效率γ, 因而，很大程度上提高了电流放大系数 。
在满足一定的放大系数的前提下，基区可以重掺杂，并且可以做得较薄，这样就减少了载流子的基区渡越时间，从而提高器件的截止频率(Cut-Off Frequency)，这正是异质结在超高速，超高频器件中的优势所在。
SiGe HBT器件及其在LNA电路中的应用研究
SiGe HBT器件及其在LNA电路中的应用研究SiGe HBT器件及其在LNA电路中的应用研究摘要：低噪声放大器（LNA）是无线通信系统中关键的组成部分，其性能对整个系统的性能有着重要的影响。
随着无线通信技术的迅猛发展，对LNA的要求也在不断提高。
SiGe HBT是一种半导体材料，具有较高的迁移率和较低的噪声特性。
本文将介绍SiGe HBT器件的基本结构和特性，并探讨其在LNA电路中的应用研究。
关键词：SiGe HBT器件；LNA电路；迁移率；噪声特性一、SiGe HBT器件的结构和特性SiGe HBT器件是由硅基材料和锗合金薄膜构成的双极晶体管。
它由三个区域组成：发射区、基区和集电区。
发射区主要负责注入电子，基区用于调控电流流动，集电区负责收集电子。
SiGe HBT器件具有以下特点：1.较高的迁移率：SiGe HBT的迁移率比传统双极晶体管高出许多。
这意味着电子在器件中的运动速度更快，增加了器件的工作频率。
2.较低的噪声特性：SiGe HBT器件具有较低的噪声系数，使其非常适合在高频率下工作。
这对于无线通信系统中的LNA来说是至关重要的。
3.良好的线性度：SiGe HBT器件具有良好的线性度，能够在高功率输入情况下保持稳定的性能。
这在高速数据传输中尤为重要。
二、SiGe HBT在LNA电路中的应用研究1.提高增益和带宽：SiGe HBT器件的高迁移率和低噪声特性使其成为LNA电路中的理想选择。
通过合适的器件参数和优化的电路设计，可以实现高增益和宽带宽的LNA电路。
这对于无线通信系统的高速数据传输和高频率应用至关重要。
2.噪声分析与降低：噪声是影响LNA性能的关键因素之一。
SiGe HBT器件的低噪声特性使其能够降低LNA电路的噪声系数。
通过合适的电路拓扑和噪声匹配网络的设计，可以进一步降低噪声，提高LNA电路的性能。
3.优化功率消耗：功率消耗是无线通信系统中一个重要的问题。
SiGe HBT器件具有较低的功率消耗特性，可以帮助实现低功耗的LNA电路。
微波大功率SiGe HBT的研究进展及其应用
收稿日期:2005201210; 定稿日期:2005203225基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(60336010); 福建省青年科技人才创新项目(2004J021)资助文章编号:100423365(2005)0520521206微波大功率Si G e HBT 的研究进展及其应用徐剑芳,李 成,赖虹凯(厦门大学物理系,半导体光子学研究中心,福建厦门 361005)摘 要: 文章论述了Si Ge 异质结双极晶体管(HB T )在微波功率领域应用的优势,详细介绍了微波功率Si Ge HB T 的结构设计方法,以及主要影响器件性能的材料和结构因素,评述了其最新进展及今后发展方向。
关键词: Si Ge ;异质结双极晶体管;微波;大功率中图分类号: TN304.2+4文献标识码: A Progress in the Development of Microw ave High Pow er Si G e HBT ’sand Its ApplicationsXU Jian 2fang ,L I Cheng ,L A I Hong 2kai(Depart ment of Physics ,Semiconductor Photonics Research Center ,X iamen Uni versit y ,X i amen ,Fuj i an 361005,P.R 1Chi na )Abstract : Advantages of Si G e heterojunction bipolar transistors (HB T ’s )in the application to microwave power field are reviewed 1Further described in detail is the methodology in the structural design of microwave power Si G e HB T ’s ,as well as the effects of material and structure on the device performance 1Latest progress in this field is presented and the direction of f uture development is discussed 1K ey w ords : Si Ge ;Heterojunction bipolar transistor (HB T );Microwave ;High power EEACC : 2560;1350 1 引 言微波功率晶体管是工作频率在微波范围,输出功率约为瓦级的晶体管,是微波单片集成电路(MM IC )中不可或缺的关键器件。
一种高电流增益的SiGe HBT的研制
Ａ ｉ Ｓ Ｇｅ ＨＢＴ ｔ ｇ ｒ ｅ ｔＧａ ｎ ｗｉ Ｈｉ ｈ Ｃｕ ｒ ｎ ｉ ｈ
ＺＨＡ ０ —ｂ ｎ Ａｎ — ａ ｇ
（ ｕ ｉｎＣ ｌ ｇ ｆ ｎｏｍ ｔ ｎＴ ｃ ｎ ｌｇ ，ｉｎ ｓ ２ ０ ３ Ｐ Ｒ Ｃ ｉａ Ｈ ａａ ｏ ｅｅｏ ｆｒ ａｉ ｅｈ ｏｏｙ ｊ ｇｕ２ ３ ０ ， ． ． ｈｎ ） ｌ Ｉ ｏ ａ
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Ｐ Ｓ Ｇｅ ２× １ ｃ ２ ｌ ｉ ０ ｍ‘ ５ｒ ｎ ｒ ｉ ｏ８ ｏ２ － Ｇｅ Ｓｉ７ ２ ５ｎ ｍ
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ｌ １１ ０１１ １
１ 引 言
随着半导体技术的不断发展 ， ｉｅ Ｓ 材料 以其迁 Ｇ 移率高 ， 禁带宽度可变的优势进入 了人们的视野 。 由
于 ＳＧ Ｔ与 Ｇ Ａ Ｔ相 比具 有成 本 低 的优 势 ， ｉｅ ＨＢ ａｓ ＨＢ
的进 展 。 国内 由于起步 比较 晚 ， 然在 材料 的研 制上 虽
一
个Ｓ ｅ Ｂ， ｉ Ｔ 全世界许多著名的研究机 构和大学 ＧＨ
都 开展 了高性 能 ＳＧ Ｔ的研究 ， ｉｅ ＨＢ 并取 得 了很 大
重庆维普
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（ ３）
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ｉＳ ０ ７ ０１ ・ ｉ８Ｇｅ ３
艺兼 容 ， 因而越 来越 受到 人们 的重 视 ， 逐渐 成为 新一 代微 电子 器件 的研究 热 点 。
２ 器件 原 理 与结 构 设 计
２ １器 件 原 理 ．
在现代硅双极 晶体管中 ， 基区复合电流很小 ， 基 极电流 、 集电极电流和直流增益可以分别写为 ：
用于1.5μmBiCMOS技术的SiGe HBT结构及工艺研究
２５ Ｖ， ｔ ｅ ｍａ ｉ ｍ ａｎ ｉ ８ ． ｈ ｘ ｍＨ ｇ ｉ ｓ ３ ５， ａ ｄ ｃ ｔ ｆ ｆ ｑ ｅ ｃ ｓ ５ ｎ ｕ － ｒ ｕ ｎ ｙ ｉ ４ ＧＨｚ ｗｈｃ ｒ ｖ ｓ ｈ ａｉ ｎ ｌ ｙ ｏ ｅ ， ｉｈ ｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ｒ ｔ ａｉ ｏ ｔ
Ｃ ｅｇ ｕ ６ ０ ５ ，Ｃ ｉ ｈ ￣ｄ １０ ４ ｈｎ ａ）
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｂ ｓ ｄ ｎ ｈ ｎ ｎ ｓ ｌｃ ｉｅ ｐ ｔ ｘ ｓ ｒ ｃ ： ａ ｅ ｏ ｔ ｅ ｏ －ｅ ｅ ｔ ｅ ｉ ｙ， ｓ ｌ ａｉ ｎ ｄ ａ ｅ ｅ ｔ ｒ ｎ ｓ ｌｃ ｉｅ ｍｐ ａ ｔｄ ｖ ａ ｅｆ ｌ ｅ ｂ ｓ ／ ｍｉ ｅ ａ ｄ ｅｅ ｔ ｉ ｌｎ ｅ － ｇ ｔ ｖ ｃ ｌ ｃ ｏ ， ａ ｋ ｎ ｏ ｉ ＨＢ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｆ ｒ ． ｘ Ｂ ＣＭＯＳ ｉ ｔ ｇ ａ ｉｎ ｎ ｃ ｒ ｅ ｐ ｎ ｉ ｇ ｐ ｏ ｏ ｌ ｔ ｒ ｉ ｄ ｆ Ｓ Ｇｅ ｅ Ｔ ｔ ｔ ｒ ｏ １５ Ｉ ｕ ｍ ｉ ｎ ｅ ｒ ｔ ａ ｄ ｏｒ ｓ ｏ ｄ ｎ ｒ － ｏ ｅ ｓ ｆ ｗ ｓ ｒ ｓ ｎ ｅ ． Ａｎ ｓｍｕ ａ ｉｎ ｆ ｒ ｔ ｅ ｒ ｐ ｓ ｄ ｉ ＨＢ ｅ ｅ ｔ ｃ ｈ ｒ ｃｅ ｓｉ ｓ ｔ ｅｓ ｌ ｏ ｉ ｐ ｅ ｅ ｔ ｄ ｄ ｉ ｌ ｔ ｓ ｏ ｈ ｐ ｏ ｏ ｅ Ｓ Ｇｅ ｏ Ｔ ｌ ｃ ｒ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｔ ｗｉ ｉ ｉ ｃ ｈ
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SiGe HBT低噪声放大器的研究
SiGe HBT低噪声放大器的研究SiGe HBT低噪声放大器的研究一、引言随着无线通信技术的快速发展，对低噪声放大器的需求也越来越高。
SiGe HBT (Silicon-Germanium Heterojunction Bipolar Transistor) 在无线通信领域具有广泛应用的潜力，因其高截止频率、低噪声和高电压增益等特点而备受关注。
本文将着重探讨SiGe HBT低噪声放大器的研究进展。
二、SiGe HBT的基本特点SiGe HBT采用硅和锗的异质结构，可以在晶体管的基区引入有利于电子运动的锗原子，从而提高电子迁移率，进而实现较高的运放增益以及更低的噪声产生。
与传统的CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)技术相比，SiGe HBT在高频率下具有更高的工作速度和更低的噪声。
三、SiGe HBT低噪声放大器的设计1. 基本结构SiGe HBT低噪声放大器一般由三个部分组成：输入匹配网络、放大器核心和输出匹配网络。
输入匹配网络负责将外部信号与放大器的输入端匹配，以达到最大传输功率。
放大器核心则是实现电压放大和低噪声的关键部分，采用高电压增益的SiGe HBT来实现。
输出匹配网络用于将放大器核心的输出信号与负载匹配，以实现最大功率输出。
2. 电路拓扑在SiGe HBT低噪声放大器的电路拓扑设计中，常用的结构包括共基极放大器、共射极放大器和共集极放大器。
其中，共基极放大器具有较高的电压增益和较低的噪声系数，但功率增益较低；共射极放大器的功率增益较高，但噪声系数较大；共集极放大器则兼具较高的电压增益、功率增益和较低的噪声系数。
3. 材料选择在SiGe HBT低噪声放大器的设计中，材料的选择对性能至关重要。
一方面，SiGe材料的选择能够在不增加功耗的情况下提高迁移率，从而增加电流增益和工作速度。
另一方面，设计中还需要考虑金属、介电材料以及衬底之间的匹配，以减小电路中的损耗。
HBT——精选推荐
异质结双极晶体管HBT异质结双极晶体管（Heterojunction bipolar transistor,HBT）是在双极结型晶体管（Bipolar Junction Transistor,BJT)的基础上，只是把发射区改用宽带隙的半导体材料，即同质的发射结采用了异质结来代替。
W.B.肖克莱于1951年提出这种晶体管的概念。
它是由发射区、基区和收集区由禁带宽度不同的材料制成的晶体管。
它最初称为“宽发射区”晶体管，直到70年代中期，这种晶体管才得到较快的发展。
异质结双极晶体管的特点1、基区可以高掺杂 (可高达1020/cm3)，则基区不易穿通，从而基区厚度可以很小 (则不限制器件尺寸的缩小)；2、因为基区高掺杂，则基区电阻很小，最高振荡频率fmax得以提高；3、基区电导调制不明显，则大电流密度时的增益下降不大；4、基区电荷对C结电压不敏感，则Early电压得以提高；5、发射区可以低掺杂 ( 如1017/cm3)，则发射结势垒电容降低，晶体管的特征频率fT提高；6、可以做成基区组分缓变的器件，则基区中有内建电场，从而载流子渡越基区的时间τB得以减短。
异质结双极晶体管的结构分析异质结双极晶体管的主要特点是发射区材料的禁带宽度EgB大于基区材料的禁带宽度EgE。
从发射区向基区注入的电子流Ip和反向注入的空穴流Ip所克服的位垒高度是不同的,二者之差为墹Eg＝EgE-EgB,因而空穴的注入受到极大抑制。
发射极效率主要由禁带宽度差墹Eg决定，几乎不受掺杂比的限制。
这就大大地增加了晶体管设计的灵活性。
典型的NPN台面型GaAlAs/GaAs异质结晶体管的结构和杂质剖面能大幅度地减小发射结电容（低发射区浓度）和基区电阻（高基区浓度）。
最上方的N+－GaAs顶层用来减小接触电阻。
这种晶体管的主要电参数水平已达到：电流增益hfe1000,击穿电压BV120伏，特征频率fT15吉赫。
它的另一些优点是开关速度快、工作温度范围宽(-269～+350)。
SiGe HBT电子辐照效应的退火研究
SiGe HBT器件电子辐照的退火效应研究学生：XXX 指导教师：XXX摘要本文主要研究对SiGe HBT器件进行电子辐照后的退火效应。
对于双极型晶体管，电流增益是其电性能参数中的关键参数，电流增益的衰减是双极型晶体管最显著同时也是最典型的辐射损伤效应。
通过电子静电加速器对器件进行电子辐照，电流增益随着辐照剂量的增加而减小。
在辐照试验完成后，对SiGe HBT器件进行室温退火,通过测试器件的输出特性来研究电流增益随退火时间的变化规律。
退火实验结果表明，SiGe HBT器件电性能随着退火时间的增加而逐渐恢复。
关键词SiGe HBT 电子辐照电流增益退火效应Annealing effect of electron irradiation on the SiGe HBTdevicesProfessional MicroelectronicsStudent:XXXXXX Adviser:XXXXAbstractThis paper studies the effect of annealing SiGe HBT devices after electron irradiation. For the bipolar transistor, the electrical properties of the current gain parameter is a key parameter, the current gain of the bipolar transistor is attenuated significantly but also the most typical radiation damage effects. Electronic devices electrostatic accelerator for electron irradiation, the current gain with increasing radiation dose increases. After completion of the test irradiation of SiGe HBT devices at room temperature annealing, the output characteristics of the test device to study the current gain variation with annealing time. Experimental results show that the annealing, SiGe HBT device electrical performance with increasing annealing time and gradually restored.Keyword SiGe HBT; Electron irradiation; Current Gain; Annealing effect目录摘要 0Abstract (1)第一章绪论 (3)1.1 课题背景和意义 (3)1.2 SiGe HBT 技术发展及优势 (3)第二章实验原理 (4)2.1 空间辐射环境 (4)2.2 辐照损伤原理 (5)2.3 电子辐照退火效应机理 (6)第三章实验器件及试验方法 (7)3.1试验器件 (7)3.2辐照实验和试验方法 (9)第四章实验数据分析与讨论 (9)4.1 实验数据分析 (9)4.2 实验结果讨论 (16)结论 (17)参考文献 (17)致谢 (18)第一章绪论1.1 课题背景和意义随着现代通信业的巨大发展，人们对于低成本，高性能与高集成度的制备工艺需求很强烈，使得市场对于高性能射频和微波器件的这种具有上述优点的制备技术的强烈需求，设计与射频芯片相关的技术就显得非常迫切的[6]。
器件模型
SiGe HBT器件模型与分析摘要:分别在不同基极掺杂浓度、集电极掺杂浓度、发射极掺杂浓度和不同Ge 组分含量的情况下,运用半导体器件模拟软件—MEDICI ,对SiGe HBT 器件的直流特性和频率特性进行了数值模拟,得出了SiGe HBT 器件的集电极电流IC 、基极电流IB 、电流增益β和截止频率f T 变化的初步规律。
关键词:SiGe HBT ;电流增益;截止频率;掺杂浓度;数值模拟The Device model and analysis of SiGe HBTAbstract :DC and AC characteristics of SiGe HBT were simulated by two2dimensional device numerical simula2tion software —MEDICI. The characteristic parameters were simulated in different base doping concentration , col2lector doping concentration , emitter doping concentration and different Ge content , respectively. The primary rulesof collector current I C , base current I B , current gainβand cut2off frequency f T of SiGe HBT were concluded.Key words :SiGe HB T ;current gain ;cut2off f requency ;doping concent ration ;numerical simulation1.引言随着移动通信、微波通信、卫星通信、雷达系统、电子对抗系统、精密制导系统、灵巧武器导引头系统、智能武器系统等高技术的发展,对性能优良的微波、大功率、低噪声固态器件及其微波单片集成电路的需求日益增强。
基于TCAD的SiGe HBT 仿真
摘
从优良的电性能看，SiGe HBT在超高速电路应用方面前景广阔。根据SiGeHBT的电学性能可知,它们非常适用于移动通信手机、蜂窝基站的驱动级、有线电视和光纤的驱动放大器[1]。近年来，在移动通信、高速公路智能控制系统（ITS）、光通信以及很多微波领域得到了很好的应用。常规工艺制作的Si/SiGe HBT高频噪声性能不理想的主要原因是其基极电阻较大，为减小基极电阻从而达到改善其高频噪声的目的，它常用增加基区浓度和基区厚度的办法来实现。而基极电压的不同也会对Si/SiGe HBT高频噪声性能产生影响，因此本文通过对基极电压的不同取值，找到最优值，以利于提高小注入的电流增益。而且器件的电流增益β值线性度提高，更加有利于小信号线性放大应用。运用TCAD仿真软件进行验证。
（22）
其中，我们做了类似的定义：
（23）
综合正向和逆向部分，我们得到完全特性公式：
（24）
我们主要在BJT的正向作用区使用他们，即在VBE>>kT/q和VCE<<0时，此时我们通常可以忽略电流得逆向部分，将其写为：
（25）
我们关心的是iB和iC，有：
（26）
其中我们使用了前面定义的正向β，βF。
我们对于BJT设计的目标是得到较大的正向β，βF。为了理解我们如何做到这一点，我们用缺陷，然后用器件参数来表示β：
解决方法：宽能带隙集电极
导通/饱和截止：在单质结集电极很重要
解决方法：宽能带隙集电极
发射极问题：宽能带隙集电极的注意点
如果接触面上有一个导带尖突起，宽能带隙集电极会出现问题。集电极在低逆向偏置下不工作！！
（30）
解决方法是梯度处理基极-集电极接触面
2
hbt电流增益
hbt电流增益HBT电流增益HBT（Heterojunction Bipolar Transistor）是一种高频、高功率的半导体器件，具有较高的电流增益。
电流增益是指器件的输入电流与输出电流之间的比值。
在HBT中，电流增益是一个非常重要的性能指标，它决定了器件的放大能力和效率。
HBT的电流增益是由其结构和工艺参数决定的。
HBT由两个不同材料的PN结叠加而成，形成了一个异质结。
这种异质结的特殊结构使得HBT具有较高的电子迁移率，从而提高了电流增益。
此外，HBT还可以通过调节材料的掺杂浓度和厚度等工艺参数来控制电流增益。
通过合理设计和优化，可以实现更高的电流增益，提高器件的性能。
HBT的电流增益与其工作状态密切相关。
在低频应用中，HBT通常工作在低电流状态下，此时电流增益较高，可以实现较好的信号放大效果。
而在高频应用中，为了获得更高的工作频率，HBT通常工作在高电流状态下，此时电流增益会相应降低，但仍然具有较高的放大能力。
这种特性使得HBT在射频和微波电路中得到广泛应用。
HBT的电流增益对于无线通信系统的性能起着重要作用。
在无线通信系统中，信号需要经过多次放大才能达到传输的要求。
而HBT作为放大器件，其电流增益影响了信号的放大程度和失真程度。
较高的电流增益可以实现较高的信号放大，同时减小了信号失真，提高了系统的传输性能。
总之，HBT的电流增益是其重要的性能指标之一，对于器件的放大能力和效率起着决定性的作用。
通过合理的结构设计和工艺优化，可以实现更高的电流增益，提高器件的性能。
在无线通信系统中，较高的电流增益可以实现更好的信号放大和传输效果。
HBT作为一种高频、高功率的半导体器件，在无线通信、射频和微波电路等领域有着广泛的应用前景。
新型器件SiGe HBT和GaN HEMT Scalable模型开发的开题报告
新型器件SiGe HBT和GaN HEMT Scalable模型开发的开题报告1. 研究背景及意义如今人们对高速、高功率、高频率等要求越来越高，这在无线通信、雷达、卫星通信、光通信、医疗电子等领域尤为明显。
因此，研究开发新型高性能器件具有重要的意义。
其中，SiGe HBT（Silicon Germanium Heterojunction Bipolar Transistor）和GaN HEMT（Gallium Nitride High Electron Mobility Transistor）是当今应用最广泛的两类器件之一。
SiGe HBT具有高功率、高频率、低噪声系数和低功耗等特点，广泛应用于无线通信和光通信领域。
GaN HEMT具有高电子迁移率、高饱和漏电流密度等特点，在射频功率放大、高功率电源、光电子器件等方面有着广泛应用前景。
因此，开发准确可靠的SiGe HBT和GaN HEMT Scalable模型成为现代半导体器件设计和工艺制造的必要手段。
2. 研究内容和目标本课题将主要研究SiGe HBT和GaN HEMT Scalable模型的开发，包括以下内容：（1）分析SiGe HBT和GaN HEMT器件的结构和工作原理，选取合适的模型结构和参数来建立SiGe HBT和GaN HEMT Scalable模型。
（2）对比现有的SiGe HBT和GaN HEMT模型，分析其优缺点和适用范围，优化模型结构和参数。
（3）根据样品板测试数据，对SiGe HBT和GaN HEMT Scalable模型进行拟合，建立符合实际的模型。
（4）对SiGe HBT和GaN HEMT Scalable模型进行验证和精度评估，确保模型的准确性和可靠性。
本课题旨在开发可靠的SiGe HBT和GaN HEMT Scalable模型，为器件设计和工艺制造提供有力支持，推动半导体材料和器件的发展。
3. 研究方法和技术路线（1）收集SiGe HBT和GaN HEMT器件的文献资料，对器件结构和工作原理进行分析。
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第３ ３卷 第 ４期
２１ ０ ０年 ８月
电 子 器 件
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ＳＧ Ｔ直 流 电流 增 益 模 型 研 究 ｉ ｅＨＢ
王 颖
（ 西教育学院基建处 ， 安 ７０６ ） 陕 西 １０ １
Hale Waihona Puke 摘 要 ： 基于器件结构特点和电学特性， 研究了影响Ｓ ｅ Ｂ （ ｉ Ｔ 异质结双极晶体管） Ｇ Ｈ 直流电流增益的主要因素， 分析了不同的
电流密度条 件下 ， 器件 的物理参数 、 结构参数 与集 电极 电流密度和 中性基 区复合 电流的关 系 ， 建立 了 ＳＧ Ｔ集 电极 电流密 ｉｅＨＢ 度， 空穴反注入电流密度 、 中性基区复合 电流 、Ｒ Ｓ ｏｋｅ． ｅｄ Ｈａ ） Ｓ Ｈ（ ｈｃ ｌ Ｒ ａ ｌ 复合 电流 密度 、 ｙ １ 俄歇复合 电流密度 以及直 流 电流增 益 模 型， 对直流电流增益模型进行 了模拟仿 真 ， 析 了器件 物理 、 分 结构 参数 以及 复合 电 流与直 流 电流增 益 的关 系 ， 到 了 Ｓ ｅ 得 ｉ Ｇ
ｂ ｓ ｇ ｎｒｃｍ ｉ ｔ ｎｃ ｒ ｎ ， Ｒ Ｓ ｏｋｅ— ｅｄＨ ｌ ｒｃｍｂ ａ ｏ ｕｒｎ ｅ ｓ ｙ Ａ ｇｒ ｅｏ ｉａｉ ａｅｒ ｉ ｏ ｂｎ ｉ ｕｒ ｔ Ｓ Ｈ（ ｈ ｃ ｌ Ｒ ａ — ａ ）ｅ ｏ ｉ ｔ ｎｃ ｒ ｔ ｎｉ ， ｕ ｅ ｃｍｂｎｔ ｎ ｅｏ ｅ ａｏ ｅ ｙ １ ｎｉ ｅ ｄ ｔ ｒ ｏ
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