一种高性能双极晶体管的结构研究

摘要

双极高频器件己大量应用于军用、民用电子设备中，其典型应用主要在通信、雷达(含导航)和电子对抗领域。全固态电子设备的体积、重量、性能、价格和可靠性很大程度上都取决于双极功率器件及放大器性能，因此提高该类器件的性能具有很大的应用价值和现实意义。在制作单片低噪声放大器时，虽然GaAs和SiGe同硅相比具有很多优点，尤其是较高的频率范围，但是硅双极器件在较低的频率范围仍然占有优势。工作频率低于4GHz的硅双极晶体管为许多电子设计提供了可靠而低廉的设计方案。目前我国发展硅双极工艺技术的MMIC方面取得了很大成就。 双极晶体管独特优点： ①优越的工作速度②优越的驱动能力和跨导③优越的阈值电压可控性④优越的噪声性能⑤在功耗不受限制的集成电路中，双极电路的速最快。 缩小器件尺寸仍然是提高双极器件性能的必然途径。本论文就采取先进的双层多晶硅自对准工艺来缩减晶体管的尺寸来提高双极晶体管的速度。根据模拟集成电路国家重点实验室的工艺不能够做深槽隔离，所以采用沟阻隔离。本课题目标采取特征尺寸为1微米的工艺使晶体管的f<,T>达到10GHz。最后开发出多晶硅发射极，浅结薄基区，E-B侧墙氧化物自对准隔离的形成，沟阻隔离等技术的高性能晶体管，模拟器件最高特征频率10GHz，最后流片测试最高特征频率为9.5 GHz，基本上和预计目标相差不大。最后作出采用本论文设计的双极晶体管作出满足性能指标的MMIC低噪声放大器，稳定性能好，带宽为1.48GHz，增益为23.2dB。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1高性能晶体管的进展

1.2设计高性能晶体管遇到的主要问题

1.2.1提高集电极的掺杂浓度与BVCBO提高的矛盾

1.2.2提高自建场与提高扩散系的矛盾

1.2.3提高电流增益和降低发射极电阻的矛盾

1.3关键工艺

1.3.1基区工艺

1.3.2减压薄外延

1.3.3快速退火

1.4本文的主要工作

1.5本论文工作的意义

1.6本章小结

第二章双极晶体管的基本原理

2.1基本原理

2.1.1 PN结的介绍

2.1.2晶体管基本原理

2.2基本结构介绍

2.2.1台面晶体管

2.2.2平面晶体管

2.3晶体管参数分析

2.3.1特征频率

2.3.2共发射极电流放大系数β的定义

2.3.3击穿电压

2.3.4特性曲线

2.4本章小结

第三章双层多晶硅自对准工艺

3.1多晶硅发射极的介绍

3.2提高特征频率

3.3单项工艺的研究

3.3.1第一层多晶硅的刻蚀

3.3.2侧墙的形成

3.3.3外基区、内基区和发射区杂质浓度的控制

3.4与单层多晶硅相比双层多晶硅结构优点

3.5工艺参数与晶体管特性的关系

3.6器件结构与晶体管的性能的关系

3.7本章小结

第四章器件工艺与器件模拟以及结果

4.1工艺制作

4.1.1埋层和沟阻的形成

4.1.2外延的形成

4.1.3 LOCOS的形成

4.1.4 NSINK的形成

4.1.5基区的形成

4.1.6侧墙的形成

4.1.7发射极的形成

4.1.8基极开孔的形成

4.1.9金属化

4.1.10模拟中关键工艺参数的调试

4.2工艺模拟实验分析

4.2.1电流密度矢量图

4.2.2晶体管等势图

4.2.3模拟Gummel曲线

4.2.4β-IC曲线模拟

4.2.5发射极下电子和空穴浓度模拟

4.2.6 CE击穿特性模拟

4.2.7 CB击穿特性模拟

4.2.8fT的模拟

4.2.9模拟结果讨论：

4.3流片后测试的主要数据

4.3.1 Gummel曲线图

4.3.2晶体管输出特性曲线

4.3.3 fT-IC特性曲线

4.4本章小结

第五章基于高性能晶体管的低噪声放大器

5.1低噪声放大器的结构

5.2噪声分析

5.3稳定度问题的分析

5.4增益问题及处理方法

5.5电路的设计

5.6测试结果

5.7本章小结

第六章结论与展望

1结论

2展望

致谢

攻读硕士学位期间从事的主要科研工作及发表的论文

参考文献