sige hbt性能增强的技术研究

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1、中文图书分类号：TN385密级：公开UDC：38学校代码：10005博士学位论文DOCTORALDISSERTATION论文题目：SiGeHBT性能增强的技术研究论文作者：付强学科专业：微电子学与固体电子学指导教师：张万荣教授论文提交日期：2017年3月UDC：38学校代码：10005中文图书分类号：TN385学号：B201002022密级：公开北京工业大学工学博士学位论文题目：SiGeHBT性能增强的技术研究英文题目：RESEARCHONTECHNIQUESTOBOOSTPERFORMANCESOFSIGEHBTs论文作者：付强学科专业：微电子学与固体电子学研究方向：射频器件与射频集成电路申

2、请学位：工学博士指导教师：张万荣教授所在单位：信息学部微电子学院答辩日期：2017年5月授予学位单位：北京工业大学DissertationSubmittedtoBeijingUniversityofTechnologyforDoctorDegreeofEngineeringRESEARCHONTECHNIQUESTOBOOSTPERFORMANCESOFSIGEHBTsFUQIANGSupervisor:ProfessorZhangWANRONGFacultyofInformationTechnologyBeijingUniversityofTechnologyMay,2017独创性声明本人声

3、明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：付强日期：2017.5.15关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：付强导师签名

4、：张万荣日期：2017.5.15摘要摘要SiGe异质结双极晶体管(HetrojunctionBipolarTransistors，简称HBTs)，由于与Si标准工艺兼容、基区能带可裁剪，因此，具有高的性能/价格比，且在频率特性、功率特性等方面取得了引人瞩目的成就。但是，由于体硅（bulkSi）SiGeHBT基区的SiGe能隙小（与Si比），击穿电压（BV）低，如果简单地通过减小集电区浓度方法，来提高器件的BV，会造成器件的特征频率（fT）大幅度下降，使得器件的性能优值（fT×BV）改善受限或不会改善；另一方面，体硅SiGeHBT的特性参数（如电流增益β、特征频率fT）和电流增益β-厄尔利电压V

5、A乘积β×VA性能优值，会随着温度变化而产生漂移或退化，先前单一地调节基区Ge组分均匀分布或者基区Ge组分非均匀分布方式，往往只对改善一个器件参数（如β或fT）及其温度敏感性有效；第三，对基于SOI的SiGeHBT，由于SOI绝缘衬底的引入，导致器件的集电区部分区域电子浓度下降，电阻增大，fT大幅下降，尽管击穿电压BVCEO在一定程度上略有提高，但最终造成器件的fT×BVCEO乘积优值下降；增加SOI衬底绝缘层厚度的方法，可提高器件的fT和fT×BV乘积优值，但会加剧器件的自热效应；整体地增加集电区N+埋层上面N型外延层的掺杂浓度方法，可提高器件的fT，但退化了器件BVCEO，也没有提高fT×

6、BV乘积优值。因此，如何进一步增强SiGeHBT的性能，得到了欧洲和美国等研究者的关注。本论文从集电区掺杂工程、基区Ge组分分布多种组合优化出发，进行体硅SiGeHBT的fT×BV乘积优值的提高技术研究，β、fT和β×VA乘积优值及其温度敏感性的改善技术研究，进行SOISiGeHBT的fT×BV乘积优值和热特性的同时改善的技术研究。主要工作和创新点如下：首先，对改善体硅SiGeHBT的f-+T×BV乘积优值的采用NP交替掺杂层的新型集电结耗尽区掺杂技术进行了研究。在传统（Traditional）体硅SiGeHBT的CB结附近，通过引入薄的N-和P+相互交替掺杂层（N-P+Compositedo

7、pinglayer，简称N-P+CDL），降低CB结附近空间电荷区中的电场强度、电子温度和电子碰撞电离率，从而提高了HBT的开路和短路击穿电压BVCEO和BVCES，而由于对集电结势垒区渡越时间影响较小，进而fT降低有限，最终cbSiGe,fT×BVCEO乘积优值和fT×BVCES乘积优值得到明显提高，突破了经典的“Johnson”固有极限。结果表明，与Traditional（N16-3C=1×