nc-Si:H/c-Si异质结硅磁敏三极管特性研究

摘要

本文采用微电子机械加工技术(MEMS)和等离子增强化学气相沉积(PECVD)方法构建nc-Si∶H/c-Si异质结硅磁敏三极管(SMST)基本结构，该结构采用nc-Si∶H(n)/c-Si(p)异质结作为硅磁敏三极管发射结，包括基极(B)、集电极(C)和发射极(E)。通过理论分析异质结的高注入比特性，给出nc-Si∶H/c-Si异质结硅磁敏三极管工作原理，理论分析给出，该nc-Si∶H/c-Si异质结能够改善硅磁敏三极管磁敏特性和温度特性。在此基础上，采用ATLAS软件构建nc-Si∶H/c-Si异质结硅磁敏三极管仿真结构模型，通过分析IC-VCE特性、磁敏特性和温度特性，并与同质结硅磁敏三极管相应特性进行对比，同时研究基区长度（L）、基区宽度(w)和集电结面积(SC)等因素对nc-Si∶H/c-Si异质结硅磁敏三极管特性的影响，实现结构尺寸优化。在此基础上，本文在p型<100>晶向高阻(ρ＞1000Ω·cm)单晶硅衬底上实现nc-Si∶H/c-Si异质结硅磁敏三极管芯片设计、制作和封装。
　　在室温条件下，采用半导体特性分析系统(KEITHLEY4200)、磁场发生器系统(CH-100)和高低温试验箱(奥贝斯GDJS100LG-G)等仪器研究nc-Si∶H/c-Si异质结硅磁敏三极管电学特性、磁敏特性以及温度特性，分析基区长度（L）对特性的影响。当VCE=5.0V和Ib=6.0mA时，基区长度（L）分别为140μm、180μm和200μm的nc-Si∶H/c-Si异质结硅磁敏三极管的电压磁灵敏度分别为100.06mV/T、101.68 mV/T和96.98mV/T，集电极电流的温度系数αC分别为341.7 ppm/℃、27.7 ppm/℃和355.7 ppm/℃。实验结果表明，基区长度（L）为180μm的nc-Si∶H/c-Si异质结硅磁敏三极管具有较高磁灵敏度且较好温度特性。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 磁敏三极管研究现状

1．2 异质结器件研究现状

1．2．1 纳米硅／单晶硅异质结研究现状

1．2．2 异质结双极型晶体管研究现状

1．3 nc．Si：H／c-Si异质结硅磁敏三极管研究目的和意义

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究意义

1．4 论文主要研究内容

第2章 nc-Si：H／c-Si异质结硅磁敏三极管基本结构与工作原理

2．1 nc-Si：H／c-Si异质结硅磁敏三极管基本结构

2．2 异质结的高注入比特性

2．3 nc-Si：H／c-Si异质结硅磁敏三极管工作原理

2．4 本章小结

第3章 nc-Si：H／c-Si异质结硅磁敏三极管特性仿真

3．1 ATLAS器件仿真系统

3．2 nc-Si：H／c-Si异质结硅磁敏三极管结构仿真模型构建

3．3 nc-Si：H／c-Si异质结硅磁敏三极管特性

3．3．1 nc-Si：H／c-si异质结硅磁敏三极管IC-VCE特性

3．3．2 nc-Si：H／c-Si异质结硅磁敏三极管磁敏特性

3．3．3 nc-Si：H／c-Si异质结硅磁敏三极管温度特性

3．4 nc-Si：H／c-Si异质结硅磁敏三极管尺寸优化

3．4．1 基区长度对IC-VCE特性的影响

3．4．2 基区宽度对IC-VCE特性的影响

3．4．3 集电极面积对IC-VCE特性的影响

3．5 本章小结

第4章 nc-Si：H／c-Si异质结硅磁敏三极管芯片设计、制作与封装

4．1 nc-Si：H／c-Si异质结硅磁敏三极管芯片设计

4．1．1 基区长度

4．1．2 基区宽度

4．1．3 发射区掺杂浓度

4．1．4 nc-Si：H／c-Si异质结硅磁敏三极管芯片版图设计

4．2 nc-Si：H／c-Si异质结硅磁敏三极管芯片制作工艺

4．3 nc-Si：H／c-Si异质结硅磁敏三极管芯片封装

4．3．1 发射极导电胶式封装结构

4．3．2 发射极内引线式封装结构

4．4 本章小结

第5章 实验结果与讨论

5．1 nc-Si：H薄膜特性研究

5．1．1 XRD分析

5．1．2 SEM分析

5．2 nc-Si：H／c-Si异质结硅磁敏三极管电学特性

5．2．1 nc-Si：H／c-Si异质结硅磁敏三极管IC-VCE特性

5．2．2 nc-Si：H／c-Si异质结硅磁敏三极管共发射极放大倍数β

5．3 nc-Si：H／c-si异质结硅磁敏三极管磁敏特性

5．3．1 磁敏特性测试系统

5．3．2 电流磁灵敏度

5．3．3 电压磁灵敏度

5．4 nc-Si：H／c-Si异质结硅磁敏三极管温度特性

5．4．1 基区长度L=140 μm

5．4．2 基区长度L=180 μm

5．4．3 基区长度L=200 μm

5．5 nc-Si：H／c-Si异质结硅磁敏三极管静态特性

5．6 本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文

攻读学位期间科研项目

声明