多晶硅发射极晶体管的数值分析及模拟

通过对多晶硅发射极晶体管（ＰＥＴ）的多晶硅及界面层导电特性的分析， 得到单晶发射区边界上电流密度与少子浓度之间的关系式，并以此为自洽的 边界条件，在单晶区数值求解一组描述晶体管电学特性的微分方程，得到晶 体管内部电势分布和载流子分布以及ＰＥＴ的端电流特性．     

薄发射区晶闸管结构及特性的研究

在晶闸管的pin二极管模型基础上,提出了薄发射区晶闸管新结构.分析了P发射区杂质总量Q_E对晶闸管通态压降V_T的影响,导出了Q_E与V_T的关系式.分析计算表明,对一确定的宽度W_B和厚度W_P,在某一Q_E下有V_T极小值点存在;当W_P小于等于0.1μm时,随着Q_E的减小,V_T单调下降并趋于一几乎不变的值;当Q_E大于某一值时,V_T与W_P无关,而是随基区宽度及发射层杂质总量的增加而增加.实验结果还表明,用LPCVD原位掺杂制作的薄发射区晶闸管芯片样品,与普通晶闸管相比,有较好的速度特性.     

晶闸管高温特性的研究

晶闸管的结温规定为110℃～125℃,但这并不意味就是其极限工作温度,而是为用户规定了可靠的工作温度范围.针对晶闸管在高温使用时,特性变坏的情况,分析其原因,提出在半导体晶闸管制造过程中,采用合理的工艺手段、提高少子寿命和减少漏电流的方法,可防止使用温度过高,使结的漏电流增加,从而提高晶闸管的高温特性,并使正向转折电压尽量达到理论值,大大延长了晶闸管的使用寿命.     

多晶硅发射极锗硅合金基区HBT理论模型

对多晶硅发射极锗硅合金基区ＨＢＴ提出了一个理论模型，认为在多晶硅发射区和锗硅合金基区间存在一界面层。通过计算机模拟得到界面层的厚度取适当值时有利于增益的提高，但应降低界面态密度；随着基区中锗含量ｘ的增大增益相应增大，但由于界面态的作用，当ｘ增加到一定值时增益的提高变缓。     

硅低温双极型晶体管电流增益的分析

从理论和实验两方面研究了硅晶体管电流增益的低温特性,建立了电流增益的温度模型,阐明了电流增益低温下降的机理,在此基础上探讨了获得具有良好电性能的硅低温晶体管的方法,结论如下:电流增益由发射效率决定时,具有正温度系数,且随温度下降而下降,下降程度随工作电流的减小而增强.发射区采用轻掺杂技术以减小禁带变窄量,并考虑载流子冻析效应,可获得适于低温工作的硅双极晶体管.     

晶体管交流参数γ_(ce)和γ_(bc)之间的关系

解析关系式的推导正常偏置状态下的双极型晶体管,即当晶体管的发射结正向偏置(对于NPN型管子,V_(BE)>0)、集电结反向偏置(对于NPN型管子,V_(BC)<0)时,其基极电流和集电极电流分别为(以NPN型管子为例)(?)(1)(?)(2)式中peo、nbo和pco分别为发射区、基区和集电区在热平衡下的少子浓度,D_(pe)、D_(nb)和D_(pc)分别为发射区、基区和集电区的少子扩散系数,L_(pe)、L_(nb)和L_(pc)分别为发射区、基区和集电区的少子扩散长度,q为电子所给电荷量(不包括符号),A为晶体管PN结截面积,W为基区宽度(随集电结反向偏置电压V_(BC)作一定程度的变化)。     

提高高频晶闸管di/dt耐量的研究

为提高高频晶闸管的动态指标和高频性能，通过实验分析和理论推导，研究了工艺参数和设计参数对高频晶闸管ｄｉ／ｄｔ耐量的影响。实验结果表明：较低的一扩浓度，较薄的基区宽度以及用高能电子辐照控制少子寿命，有利于提高ｄｉ／ｄｔ耐量。通过对相同工艺三种不同阴极图形的８００Ａ、１０ｋＨｚ高频晶闸管ｄｉ／ｄｔ的研究，论证了合理确定辅助晶闸管面积对提高ｄｉ／ｄｔ的重要性，并指出，在大面积高频晶闸管中设计二级放大门极，有利于提高ｄｉ／ｄｔ耐量。     

小尺寸应变SOI SiGe异质结双极晶体管

为了满足通信系统中对核心器件工作频率更高的要求,设计了一种新型的器件结构,有效提高了SiGe异质结双极型晶体管(hetero-junction bipolar transistor,HBT)的频率特性.基于传统的SOI SiGe HBT器件结构,通过减小发射区和集电区的窗口尺寸,并在集电区引入单轴应力,集电区、基区、发射区均实现应变,提高了纵向载流子的迁移率,从而提高器件的电学特性和频率特性,并利用SILVACO?TCAD软件对其电学参数和频率参数进行仿真分析.结果表明,当基区Ge组分为梯形分布时,电流增益最大值βmax为1062,厄尔利电压VA为186 V,厄尔利电压与电流增益的优值为1.975×105 V,截止频率fT最大值为419 GHz.集电区引入Si1-y Gey应力源的新型SOI SiGe HBT器件相比于集电区未引入应力源的器件结构,其截止频率fT提高了1.1倍,所设计的新型小尺寸器件具有更优良的频率特性.     

集成门极换流晶闸管驱动电路的研究

根据集成门极换流晶闸管驱动电路基本逻辑功能的要求，提出应用电子设计自动化技术和复杂可编程逻辑器件芯片实现高可靠性、单片化、灵活设计的方案，设计出一种采用了硬驱动和集成门极技术的集成门极换流晶闸管门极驱动电路．该电路具有结构简单，开关速度快，可靠性高，增加保护电路和测试电路方便等优点．电路仿真结果表明，开通时门极电流可在2μs内迅速达到200A左右，关断时电流门极电流可在4μs内抽取400A左右，符合集成门极换流晶闸管开通和关断时的特性要求．     

减速电场对集成注入逻辑NPN晶体管的影响

常规平面工艺生产的集成注入逻辑 NPN 晶体管的基区内存在着阻止电子扩散运动的减速电场。它对少子分布的影响常超过复合效应的影响。利用平均减速电场的概念,计算了基区非平衡载流子的分布函数和电流增益,引入了包含减速电场作用的等效扩散系数。理论估算的电流密度分配可以解释 Breger 的实验规律。理论导出的电流增益表示式包含了 Klaassen 导出的类似的公式。讨论了电流增益和收集区面积与基区面积比之间的关系,电流增益和扇出的关系,并与实验结果进行了比较。为了说明基区电阻对几何位置不同的集电极的电流增益的影响,采用了使问题简化的等效电阻方案。     

用于计算机辅助设计的晶闸管模型

本文讨论了用于功率电子电路的晶闸管模型的建立方法。给出了一个适用于计算机辅助设计的非线性集中参数的晶闸管等效电路模型。 模型的建立是基于对器件内部载流子运动的物理过程进行模拟,分析了器件的少数载流子注入;空间电荷区内部载流子的产生与复合;雪崩倍增效应;基区宽度调制效应及电荷存贮效应。将反映这些物理过程的数学公式用非线性电路元件表示,组成了由非线性电阻、电容及受控电流源所构成的晶闸管模型。 利用这个模型可以分析晶闸管开关过程的动态非线性特性。     

硅晶闸管瞬态导通扩展红外观测仪的研制及应用

观察硅晶闸管瞬态导通过程的红外图象,是检测电力半导体特性的极为有用的方法。红外观测仪用于研究硅晶闸管的瞬态导通的初始过程及其等离子区扩展。本文讨论该仪器的设计思想和工作原理,并对观测结果进行简要分析。     

fT为13.5?GHz的平面结构SiGe异质结双极晶体管的研制

利用多晶硅发射极技术与分子束外延生长SiGe基区技术相结合,研制成适于集成的平面结构、发射结面积为3?μm×8?μm的SiGe异质结双极晶体管(HBT)。室温下该晶体管的直流电流增益β为30到50,基极开路下,收集极-发射极反向击穿电压BVCEO为5?V,晶体管的截止频率fT为13.5?GHz。     

多晶硅薄膜光电导特性的研究

通过进一步多晶硅薄膜光电导特性观测到多晶硅薄膜光电导光谱分布曲线在长波区存在一个低幅值的台阶；在短波区出现峰值。由光电导光谱分布曲线确定的多晶硅薄膜平均等效的禁带宽度介于单晶硅与无定型硅的禁带宽度之间，其值的大小与多晶硅晶粒大小有关。实验还观测到与势垒光生伏特效应不同的另一种光生伏特效应，可能和材料及工艺不均匀性有关。     

磁控溅射沉积Cu-W薄膜的结构及性能

 以磁控溅射制备W原子数分数为2.1%~53.1%的Cu-W薄膜,用EDX、XRD、TEM、SEM、显微硬度计和四探针电阻仪对薄膜成分、结构和性能进行表征,研究薄膜中W含量的变化对薄膜结构及性能的影响.结果表明,Cu-W薄膜呈纳米晶结构,含x=2.1%~16.2%W的Cu-W膜中存在W在Cu中的铜基fcc Cu(W) 非平衡亚稳过饱和固溶体,Cu-36.0%W膜中存在fcc铜基和bcc钨基双相固溶体,含x=48.7%~53.1%W的Cu-W膜则存在Cu在W中的钨基bcc W(Cu)亚稳过饱和固溶体.具两相结构的Cu-36%W薄膜的显微硬度最大,而Cu-W膜电导率则随W含量上升而持续降低.400 ℃退火1 h后,Cu-W薄膜发生基体相晶粒长大,硬度降低,但电导率提高.Cu-W薄膜在退火后结构和性能变化的主要原因是退火中基体相晶粒发生了长大.     

光触发晶闸管光开启特性的研究

本文对大功率直接光触发晶闸管的开通特性进行了测试分析。实验表明,随着光脉冲宽度的增加,临界光脉冲幅值有所降低;在脉宽不变时,延迟时间t_d随光脉冲幅值的增加近似成双曲函数下降,在光脉冲宽度和幅值都不变时,上升时间t_r随阳极电流I_A增加而增加,t_d基本不变。t_r和t_d都随阳极电压V_A的增加而减小。     

Determination of Mechanical Properties of Micromembranes with Compressive Residual Stress

A novel model of a load-deflection method to determine the mechanical properties of micromembranes with compressive residual stress is described. Since thin film structures are frequently used in micro devices, characterisation of mechanical properties of thin films is desired by the design and fabrication of micromachines. In this paper, the mechanical properties of thin micromembranes under compressive stress are characterised, which are fabricated by bulk micromachining. The relation between the center deflection and the load pressure on a square membrane is deduced by modelling the membrane as an elastic plate having large deflection with clamped boundaries. According to the model, whether the membrane has initial deflection or not has no effect on the measurement result. The Young's modulus and residual stress are simultaneously determined. The mechanical properties of siliconoxide, silicon nitride membranes and composite membranes of polysilicon with silicon nitride are measured.