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SiGeC HBT特性分析与建模仿真

作　者: 高树钦
导　师: 李垚
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 微电子学
关键词: SiGeC HBT 基区渡越时间电子温度效应闭式物理模型速度过冲
分类号: TN322.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本论文介绍了SiGeC材料和器件特性、电路相对于SiGe器件和Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体器件的优越性。介绍了SiGeC HBT的能带结构以及Ge和C的引入对能带结构的影响,并介绍了SiGeC HBT的发展现状和应用领域。比较了SiGeC HBT和Si BJT、SiGe HBT的直流特性、交流特性,介绍了SiGeC HBT高频功率管的基础知识。推导了考虑电子温度效应之后的基区渡越时间的闭式物理模型,并与简单的漂移扩散模型作了比较,对于超薄基区,该闭式模型比漂移扩散模型准确。对于超薄基区SiGeC 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SiGeC器件,得到的结果与闭式物理模型推导结果一致,说明所推导的结果是准确的。基于能带工程的SiGeC HBT可以通过改变Ge和C含量来改变能带结构,提高了载流子的注入效率,减小渡越时间,极大提高了HBT的直流特性和高频特性。而且与现有的先进Si工艺兼容,成本比较低,相信SiGeC HBT将在未来的超大规模集成电路领域会有广阔的应用前景。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-8
第1章引言  8-16
  1.1 课题研究的背景和意义  8-9
  1.2 SiGeC材料特性  9-11
    1.2.1 碳对 SiGe 合金中应变的缓解  9-10
    1.2.2 碳原子对锗硅材料能带宽度的调节作用  10
    1.2.3 碳原子对锗硅合金能带补偿的调节作用  10-11
  1.3 SiGeC 材料的应用及SiGeC HBT 发展前景  11-12
  1.4 SiGeC 材料的工艺简介  12-14
  参考文献  14-16
第2章 SiGeC HBT 基本特性  16-30
  2.1 能带变化  16-18
  2.2 直流特性  18-25
    2.2.1 SiGeC HBT 与 Si BJT 的比较  18-20
    2.2.2 SiGeC HBT 与 SiGe BJT 的比较  20-22
    2.2.3 SiGeC HBT 电流增益β  22-25
  2.3 频率特性  25-27
  2.4 SiGeC 高频功率放大器基础  27-29
  参考文献  29-30
第3章能量传输理论分析几个问题  30-42
  3.1 基于电子温度效应的SiGeC 异质结晶体管的基区渡越时间模型  30-38
    3.1.1 模型分析  30-36
    3.1.2 讨论  36-38
    3.1.3 结论  38
  3.2 速度过冲模型  38-41
  参考文献  41-42
第4章工艺和器件仿真  42-59
  4.1 工艺仿真模块ATHENA  42-46
  4.2 器件仿真模块ATLAS  46-47
  4.3 SiGe/SiGeC 仿真流程  47-54
    4.3.1 ATHENA---用于技术仿真  48-50
    4.3.2 ATLAS---用于技术仿真  50-54
  4.4 实际仿真结果  54-58
  参考文献  58-59
第5章总结与展望  59-60
附录  60-62
致谢  62-63
攻读硕士学位期间发表的论文  63

SiGeC HBT特性分析与建模仿真

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