SiGe+HBT集电结空间电荷区渡越时间模型.pdfVIP

2005年11月 第十四届全国半导体集成电路、硅材料学术会议 珠海 SiGe HBT集电结空间电荷区渡越时间模型 胡辉勇张鹤鸣戴显英宣荣喜俞智刚王喜媛 (西安电子科技大学微电子学院宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室，西安 摘要：集电结空间电荷区的渡越时间是影响晶体管交流放大系数和频率特性的重要参 数。本文分三种情况求解了SiGeHBT集电结耗尽层宽度，建立了不同集电极电流密度、 包括基区扩展效应条件下的集电结空间电荷区渡越时间模型，并利用MATLAB对该模型进 行了模拟与分析，定量地研究了不同的集电结反偏电压、集电区掺杂和宽度对集电结空间 电荷区渡越时间的不同影响。 关键词：SiGeHBT集电结空间电荷区渡越时间 1．引言 载流子在集电结空间电荷区的渡越时间是影响晶体管交流放大系数和频率特性的重要 参数。本文基于npn型双异质结SiGeHBT交流载流子的输运过程，研究建立了不同集电 极电流密度、包括基区扩展效应条件下的集电结耗尽层渡越时间模型，并且模拟分析了集 电结空间电荷区渡越时间与SiGe HBT器件结构参数及集电极电流密度之间的关系。只要 改变集电结区材料相关参数，所建模型同样适用于单异质结SiGeHBT。 2．集电结空间电荷区渡越时间模型 集电结空间电荷区渡越时间可以表示为： 乃2寿 ㈩ 式中，K为载流子在集电结空间电荷区中的漂移速度。肋是集电结空间电荷区宽度，船随 集电极电流密度的变化而变化，集电结空间电荷区渡越时间与空间电荷区宽度成正比。 当集电极电流密度较小时，随着集电极电流密度的增大，集电结空间电荷区在本征集 电区侧边界逐渐向衬底侧扩展，直到集电结空间电荷区边界达到本征集电区与衬底区的界 面，本征集电区完全耗尽。之后，随着集电极电流密度的继续增大，空间电荷区扩展到衬 底区。当集电极电流密度增大到某一值后，则出现基区扩展，此时集电结界面移至本征集 电区和衬底之间。因此，集电结空间电荷区渡越时间模型应分为本征集电区部分耗尽、完 全耗尽和基区扩展三种情况。 2．1本征集电区部分耗尽 在集电极电流密度较小时，本征集电区部分耗尽，集电结两侧空间电荷区电场分布如 图1所示。图中既是本征集电区宽度，局是集电结在基区侧空间电荷区宽度，而是集电结 在本征集电区侧空间电荷区宽度。此时工。¨，而和昂分别为(2)、(3)式n。 2氏．乞∥(％+办)．(口．虬+生) 1，。 (2) 铲1i磊ji乏ii写蕊 L VJ VJ 1，5 (Ⅳc一立) 2 g。1，。 (3) Xp (Ⅳ曰+土) g。V。 (2)、(3)式中，膨是本征集电区掺杂浓度；％是基区掺杂浓度；庐，是集电结接触电势差； ‰是集电结外加偏压；五是集电极电流密度；￡盯是Si的介电常数。￡鲥曲是基区Si。一，Ge。 2005年11月 第十四届全国半导体集成电路、硅材料学术会议 珠海 的介电常数她1，￡sf＆=11．9+4．9y (4) 式中Y是基区中Ge组分。对于式(2)中集电结接触电势差多，可近似表示为 (5) 口 ，zf。 办=ikT抽[半卜崛L ／ (5)式中，／7