热电应力下Si/SiGe/Si异质结双极晶体管（HBT）可靠性实验研究

摘要

在过去的十几年里,基于Si的SiGe异质结双极晶体管(HBT)技术取得了快速进展,SiGe HBT的性能远远优于Si BJT,并在某些方面优于AlGaAs/GaAs HBT、GaAs MESFET,所以SiGe HBT具有广阔的应用前景.器件被广泛应用的前提是其可靠性问题,而当前的研究主要集中在提高器件性能参数上,对其可靠性的研究还很少,对失效现象和失效机理还不明了.针对这一点,该文对SiGe HBT的可靠性进行了研究,总结如下:首先,该文对SiGe HBT进行三种电应力加速实验:OC应力(集电结开路,发射结反向偏置)方法,FC应力(集电结正向偏置,发射结反向偏置)方法,SC应力(集电结短路,发射结反向偏置)方法.实验表明,三种应力下,器件的退化与注入的热载流子的数量、能量以及类型有关,与基区复合增强杂质扩散有关.其次,该文还对SiGe HBT进行了高温存储(热应力)、高温存储并加OC电应力(热电组合应力)实验.我们发现在高温存储条件下,随着应力时间的增加,在电流增益β下降的同时,BC结的导通电压增加,而BE结结特性变化甚微,这可能与器件在集电结侧发生了基区杂质外扩有关.在高温存储与OC电应力同时存在的条件下,随着应力时间增加,电流增益β比只有热应力时下降速度更快,这主要是由IB的增加引起的,这可能与基区的缺陷增加导致少数载流子扩散长度减少有关.最后,该文也对SiGe HBT的温度特性进行了研究,并给出了器件在23℃~260℃的温度范围内器件参数的变化情况.得到了实验中Si/Si<,0.85>Ge<,0.15>/Si HBT的BE结导通电压随温度的变化率dV<,BE>/dT为-1.5mV/K,比Si同质结(Si BJT)的-2mV/K小,并据此得到了实验中Si<,0.85>Ge<,0.15>材料在绝对0度时的禁带宽度Eg<,-siGe>=1.09 eV;还据此证明了SiGe HBT适合微波功率应用.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第1章绪论

1.1引言

1.2 SiGe HBT的发展状况

1.3 SiGe HBT的可靠性研究现状

1.4本论文的主要工作

第2章SiGe HBT设计与制作、可靠性实验系统

2.1引言

2.2 SiGe HBT的制作

2.3 SiGe HBT器件可靠性实验系统

2.3.1器件实验测量方案

2.3.2实验数据处理方案

2.4本章小结

第3章SiGe HBT可靠性实验

3.1引言

3.2电应力条件下实验结果

3.2.1 OC电应力实验

3.2.2 FC电应力实验

3.2.3 SC电应力实验

3.2.4 OC、FC、SC电应力实验的比较

3.3热应力条件下的实验结果

3.3.1高温存储下器件的退化

3.3.2热电组合应力下器件的退化

3.4本章小结

第4章SiGe HBT的温度特性及结果分析

4.1引言

4.2 SiGe HBT的温度特性

4.3 SiGe HBT温度特性研究结果的分析

4.3.1 SiGe HBT基区材料的禁带宽度

4.3.2 SiGe HBT温度特性的启示

4.4本章小结

总结和结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢