Si光电负阻器件和Si-Ge异质结混合模式晶体管的模拟研究

• 作者: 毛陆虹
• 来源期刊: 电子元件与材料
• 学科: 工学
• 关键词: 光电负阻器件 Si-Ge异质结 MOS-双极混合模式晶体管 二维器件模拟 电路模拟
• 年，卷（期）: 2001,（4）
• 所属期刊栏目: 博士论文
• 页码范围: 36-37
• 页数: 2页
• 分类号: TN3
• 字数: 35字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.1001-2028.2001.04.017

摘要

"硅光负阻器件的研究”、"高频高速硅光负阻器件的研究”是国家自然科学基金和天津自然科学基金资助的项目,由天津大学电子信息工程学院微电子系新型器件小组承担研究工作.笔者围绕着该两项课题进行了硅光电负阻器件的基础研究工作,对两种硅光电负阻器件的机理进行了探讨.进行了二维器件模拟(简称器件模拟),对影响器件性能的主要参数进行了模拟分析,并与实验进行了对比.建立了两种光电负阻器件的电路模型,并进行了实验验证.为光电负阻器件基础研究和应用研究打下了良好的基础."SOI/SiGe/BiCMOS集成电路的研究”是国家自然科学基金重点项目,天津大学和清华大学共同承担了这项研究工作.笔者围绕着该项研究工作进行了SiGe / BiMOS的基础研究和设计工作,进行了器件模拟,对影响器件性能的主要参数进行模拟分析,模拟为器件设计提供了有意义的指导,完成版图设计和工艺设计.为SOI / SiGe / BiCMOS集成电路的研制奠定良好开端.具体研究的主要内容包括以下九个方面.(1)用器件模拟软件"SILVACO”中的模拟程序"ATLAS”对光电表面控制晶体管(PNEGIT)进行了器件模拟,模拟了产生负阻前后的电流矢量,模拟证实了产生负阻的原因是栅电极下的表面复合和体复合造成的.模拟了产生负阻时的复合电流,模拟形象地表明冶金结与Si / SiO2界面相交处的表面复合电流较强.提取了不同光注入下的输出特性曲线,模拟分析了基区表面掺杂浓度、栅氧化膜厚度、栅覆盖基区面积大小等对输出特性曲线的影响,模拟比较了IBS1(冶金结空间电荷层以外栅电极下面Si / SiO2界面复合电流)和IBS2(冶金结与Si/SiO2界面相交处表面复合电流)的大小,提取的参数对优化器件设计有意义.给出PNEGIT的光谱响应和频谱响应对理论研究和应用都有重要的意义.模拟与实验进行了对比.(2)从PNEGIT的数学模型出发建立了PNEGIT的电路模型.首次用电路模型描写带有表面复合和体复合的器件,用建立的电路模型模拟了输出特性曲线,双稳态特性和振荡电路.模拟与实验进行了对比.电路模拟为该器件的应用设计奠定了基础.(3)用器件模拟程序"MEDICI”对光电双基区晶体管(PDUBAT)进行了器件模拟,模拟了产生负阻前后各个阶段的电子流矢量、空穴流矢量、等势线,模拟发现耗尽区内的复合电流较大,耦合区内以电子漂移流为主等现象.提取了输出特性曲线,光生电压曲线,分析了产生负阻的原因,认为产生负阻的原因是集电极的正电位把耦合区内电子抽走而引起,器件模拟为解释该器件的机理提供了依据.(4)从电双基区晶体管(DUBAT)的电路模型出发,建立了光电双基区晶体管PDUBAT的电路模型,用电路模型模拟了输出特性曲线,光生电压曲线.模拟了用PDUBAT电路模型组成的脉冲振荡器,模拟与实验进行了对比.电路模拟为该器件的应用设计奠定了基础.(5)给出了PDUBAT和PNEGIT制备方法和工艺流程及版图.用实验对比了PNEGIT器件模拟和电路模拟的主要结果,模拟与实验符合得较好.用实验对比了PDUBAT器件模拟和电路模拟的两项基本结果,模拟与实验基本符合.(6)首次提出Si-Ge异质结混合模式晶体管,探讨了该器件的机理和优点,并提出两种结构--理想结构(栅下局部掺Ge)Si-Ge异质结混合模式晶体管和非理想结构(大面积掺Ge)Si-Ge异质结混合模式晶体管.用模拟分析和验证了器件工作机理.(7)对理想结构Si-Ge异质结混合模式晶体管的三端和四端工作特性进行了全面的模拟,模拟采用与已发表的不掺Ge的混合模式晶体管对比的方法,模拟结果有一定的置信度.采用不同的器件结构、不同的Ge组分进行模拟,提取输出电流、hFE和fT,通过模拟可知:基区掺Ge后,驱动能力和放大倍数比常规混合模式晶体管均有很大的提高.大电流下频率特性fT提高,低温性能更好.模拟为该器件的设计提供有意义的指导.(8)对非理想结构(大面积掺Ge)Si-Ge异质结混合模式的三端和四端工作特性进行了全面的模拟,通过模拟可知:除了输出电流略低于理想结构.大部分结果与理想结构一致.模拟为该器件的设计提供有意义的指导.(9)设计出可行的理想结构和非理想结构Si-Ge异质结混合模式晶体管的版图和工艺卡.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	毛陆虹	天津大学电子与信息工程学院	165	736	12.0	20.0