4h-sic+bjt直流增益和rf特性模拟的研究

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1、西安电子科技大学硕士学位论文4H-SiCBJT直流增益与RF特性模拟研究姓名：孙明申请学位级别：硕士专业：微电子学与固体电子学指导教师：张玉明20080101摘要碳化硅禁带宽、击穿电场大、热导率高、电子饱和漂移速度快，在高温、高频、高辐射环境下有重要的应用前景，4H．SiC双极晶体管越来越受到人们的重视。本文对4H．SiCBJT的共射极电流增益及交流频率特性进行模拟和分析。主要工作如下：建立了适用于4H．SiCBJT直流模拟的结构和物理模型，并用此模型对器件的直流特性进行模拟。考虑了SiC／Si02界面态和发射区．基区外延层界面态引起的基区表面复合和发射结空间电荷区复合，

2、建立了基于发射极电流集边效应的数值模型。该模型准确地反映了器件的真实工作特性。研究了影响器件直流增益的各种因素：分析了两种界面态对电流增益的不同影响，发现发射区．基区界面态是限制4H．SiCBJT电流增益的主要原因。对器件的高温直流特性进行了讨论，证明了4H．SiCBJT具有在300℃以上高温工作的能力。最后分析了器件电流增益随时间的退化，用简单的理论解释了堆垛缺陷对电流输运的影响。基于优化的器件模型，利用二端口网络分析和S参数模型，对4H．SiCRFBJT进行了交流小信号分析，提取的器件截止频率，最高振荡频率分别为3GHz和7．3GHz，证明了4H．SiCRFBJT的L

3、波段RF应用潜力。同时分析了界面态对频率特性的影响，结果表明，界面态的存在并没有降低fr和‰，优化基区的设计才是频率特性提高的关键。本文建立起来的模型模拟得到的结果和国外的实验结果较为一致，证明了在模拟软件中建立的数值模型是可信的，为进一步在实验中对4H．SiC双极晶体管进行研究提供了有力的支持。关键词：4B--SiC双极晶体管界面态交流小信号分析AbstractSiliconCarbideisaverypromisingcandidatefortheapplicationsoftheelectronicsystemoperatedathi曲temperature,hig

4、hfrequencyandhi醢radiationduetoitssuperiorproperties，primarilyitswidebandgap，largebreakdownfield，excellentthermalconductivityandhilghsaturatedelectrondriftvelocity,BipolarJunctionTransistors(SJTs)basedon4臻Siehavereceivedincreasedattention．Inthisthesis，thecommon-emittercurrentgainandACchara

5、cteristicsof4H-SiCbipolartransistoraresimulatedandanalyzed．Themaincontributionsinthisthesisareasfollows：ThestructureandthephysicalmodelssuitablefortheDCanalysisof4H·SiCBJTsareestablishedtosimulatetheDCcharacteristics．Concerningabouttheemittercurrentcrowdingeffe瓯thenumericalmodelisdevelope

6、d，andalsotheyc姐describet11ebasesurfacerecombination劬m血eSiC／Si02interfacestatesand也erecombinationinthespacecharge豫瘿onoftheemitter-basejunctionfromtheepi-interfacestatesinBEjunction．Themodelproposedabovecallpresenttheactualcharacteristicsoftransistorsaccurately．Withthismodel，thekeyfactorsto

7、influencethecurrentgainaresmdied．Thedifferenteffectsofthetwointerfacestatesoncurrentgainarefound．Therecombinationfromepi·interfacestatesinBEjunctionarethemainreasonforthelowercurrentgain．Fromthesimulationresultsinhightemperature，itsabilityofoperatingabove300℃c缸beapp