基于Silvaco TCAD的NPN型硅高频低噪声晶体三极管研制

摘要

Silvaco提供了TCAD驱动的的CAD环境下的不同模块，这套完整的工具使得物理半导体工艺可以给所有阶段的IC设计提供强大的动力：工艺仿真和器件仿真；SPICE模型的生成和开发；互连寄生参数的极其精确的描述；基于物理的可靠性建模以及传统的CAD。利用Silvaco不同的工具，在器件设计、工艺验证、仿真阶段对课题进行优化设计，建立起一套快速设计系统。
　　NPN型硅高频低噪声三极管系列属于微波半导体器件，具有高频特性好、噪声系数小、功率增益高的优良特性，广泛用于高频、超高频和直流信号的放大、非饱和开关电路、变频、混频以及低噪声放大等电路，近年来卫星项目中越来越多的使用，对产品提出了更高的要求。由于该系列产品对工艺要求高，产品性能参数不够稳定、生产成品率低等问题，难以满足所有客户的配套需求。国外生产厂商主要有NEC等公司，但由于国内需求的本系列产品参数范围窄、质量等级高，使得进口困难。建设一个国内高水平的高频低噪声三极管研制平台，提升本系列产品的质量，对于满足国内工程的配套，是非常必要的和重要的。
　　基于以上问题，在Silvaco TCAD环境建立一个快速设计平台，通过理论计算和计算机仿真的手段，深入研究产品的电参数、版图和可靠性设计方案，在此基础上对产品进行优化设计，形成完备的产品设计能力和经验，建立工程化的NPN硅高频低噪声三极管设计技术平台很有必要。
　　NPN型硅高频低噪声三极管主要参数指标为高的频率特性和低的噪声系数，本文首先对NPN型硅高频低噪声三极管的频率和噪声等方面的特性进行了理论分析，在此基础上，根据设计指标，进行了NPN型硅高频低噪声三极管的纵向结构参数、横向结构参数等的计算和选取，并对特征频率、噪声系数、功率增益等主要参数进行了核算；在结构方面，采用了具有缓冲基区的结构；在图形方面，采用梳状结构；NPN型硅高频低噪声三极管的工艺流程，并画出了所设计的微波低噪声晶体管的图形；进行了工艺仿真和器件仿真，并且提取了相关参数；试制设计出来的NPN型硅高频低噪声三极管，经过测试，满足预定设计指标。

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第一章 绪 论

1.1 高频低噪声晶体管概述

1.2 国内外研究动态

1.3 论文研究的主要内容

1.4论文的结构安排

1.5本章小结

第二章TCAD仿真工具及使用

2.1 TCAD现状

2.2 Silvaco TCAD特点

2.3 Silvaco TCAD使用

2.4 本章小结

第三章 NPN型晶体管设计理论

3.1 晶体管的直流电流电压特性

3.2 晶体管的反向特性

3.3 晶体管的频率特性

3.4 晶体管的噪声特性

3.5 晶体管的耗散功率

3.6 本章小结

第四章 NPN型高频低噪声晶体三极管研制方案和技术途径

4.1 产品工作原理简述

4.2 高频低噪声晶体管设计方法

4.3 产品设计

4.4热学设计

4.5可靠性设计

4.6本章小结

第五章 NPN型高频低噪声晶体三极管Silvaco TCAD仿真

5.1 工艺仿真

5.2器件仿真

5.3本章小结

第六章 NPN型高频低噪声晶体三极管版图设计和制造工艺

6.1版图设计

6.2 工艺设计和工艺流程

6.3工序过程监测

6.4成品测试

6.5产品测试结果

6.6本章小结

第七章 结 论

7.1 本文的主要贡献

7.2 下一步工作的展望

致谢

参考文献