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《基区复合对nsipsi1-xgexnsi晶体管》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。
1、第20卷第3期 半 导 体 学 报 Vol.20,No.31999年3月 CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSMar.,1999基区复合对nSiöpSi1-xGexönSi晶体管3共射极电流增益的影响安俊明 李建军 魏希文(大连理工大学物理系半导体教研室 大连 116023)沈光地 陈建新 邹德恕(北京工业大学电子工程系 北京 100022)摘要 采用二维数值模拟方法详细分析了基区复合电流对nSiöpSi1-xGexönSi应变基区异质结双极晶体管(HBT)共
2、射极电流放大系数B的影响,给出了Si1-xGexHBT的Gummel图、平衡能带图.得出在靠近发射结附近基区的复合电流是引起B下降的主要因素,并给出了减小基区复合电流的Ge分布形式.EEACC:0290,2560J1 引言Si1-xGex应变基区异质结双极晶体管(HBT)是一种共射极电流增益高、频率特性好、与现代Si工艺相兼容的新型器件.自从八十年代末期用分子束外延方法首次制造Si1-xGex[1][2,3]HBT以来,科研工作者们为改善其性能从理论、实验上进行了广泛的研究.然而实验发现,与Si双极晶体管(BJT)相比,
3、Si1-xGexHBT在提高增益的同时,基极电流也比SiBJT的高,其共射极增益并没有Harame等人理论预言的随基区Ge百分比含量增加呈指数增[4][5,6]大,这就限制了Si1-xGexHBT增益的进一步提高.对这一现象虽有一些解释,但都是定性分析.本文首次采用二维数值模拟方法定量分析了Si1-xGexHBT基极电流增大的原因,并提出了降低基极电流的Ge分布形式,进而为制备高性能的Si1-xGexHBT提供理论指导.2 器件模型模型方程由电子、空穴连续性方程及泊松方程组成.在二维稳态情形下,可略去与时间3国家自然基金
4、资助项目安俊明 男,1969年出生,硕士研究生,主要从事半导体器件的计算机模拟李建军 男,1966年出生,讲师,主要从事新材料和新器件的计算机模拟魏希文 女,1936年出生,教授,主要从事新材料在半导体器件中的应用和物理方面的研究1997211221收到,1998203202定稿3期 安俊明等: 基区复合对nSiöpSi1-xGexönSi晶体管共射极电流增益的影响 189有关的项,于是Si1-xGexHBT的模型方程为:→1-¨Jn-R+G=0(1)q→1¨Jp-R+G=0(2)q→+-¨(EE)=p-n+
5、(Nd-Na)(3)→其中 n、p、E分别为电子、空穴载流子浓度和电场强度;G、R为电子、空穴的产生项和复合→→+-[2]项;Nd-Na为离化的净掺杂浓度;E为介电常数,随Ge百分比含量x线性变化.Jn,Jp分别为电子、空穴电流密度矢量:→Jn=-qnLn¨(V+Vn)+qDn¨n(4)→Jp=-qpLp¨(V-Vp)+qDp¨p(5)→→其中 Jn,Jp中电势考虑了由于异质结禁带宽度变化、导带和价带有效状态密度变化所引[7][2]起的附加电子电势Vn和空穴电势Vp,且忽略了导带的不连续,认为禁带的不连续主要发生在价带边
6、.有关物理量的意义及选取方法分别为:(1)Ln、Lp分别为电子、空穴的迁移率.Si1-xGex合金应变层的Ln采用了Manku等人[8]的计算方法,Lp采用文献[9]中的经验公式.[2](2)Si1-xGex合金应变层禁带宽度Eg(x)相对于Si禁带宽度Egr的变化量为:Eg(x)-Egr=-0.74x(6)(3)Si1-xGex合金导带及价带有效状态密度随Ge百分比含量变化采用文献[10]中的方法.方程(1)、(2)、(3)的求解是以电子、空穴电流密度和电势为求解变量,采用耦合法同时求解.首先对各方程进行差分离散,其中
7、电子、空穴电流密度方程的差分离散采用Scharfetter2Gummel方法,但方程中电子、空穴电势需分别附加一项Vn、-Vp.得到的非线性方程组通过牛顿2SLOR迭代法进行求解.边界条件及格点初值选取采用文献[7]中的方法.3 器件结构及掺杂分布由于器件具有对称性,故只模拟器件的一半即可.选取文献[2]中的器件结构与掺杂分布形式,器件结构如图1所示.纵向尺寸为018Lm,其中发射区、基区宽度均为011Lm,集电-+区长度为013Lm的n集电区和013Lm的n亚集电区,器件的横向尺寸为212Lm,其中发射极欧姆接触宽度为
8、015Lm,基极欧姆接触宽度为1Lm,发射极2基极间浮置宽度为017Lm.集电区为Si材料,基区为生长在(001)Si衬底上的Si1-xGex合金应变层.基区中Ge[5]百分比含量的上限选择为012,这是由Si1-xGex合金应变层的临界厚度决定的,在基区厚度为011Lm时,Ge百分比含量为012不会引起应变释放.在
