微波功率SiGe HBT熱不穩(wěn)定性改善技術(shù)研究.pdf

1、異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(HBT)在微波功率領(lǐng)域具有舉足輕重的地位。在功率應(yīng)用時(shí)，晶體管本身內(nèi)部產(chǎn)生的耗散功率導(dǎo)致自熱效應(yīng)，使晶體管的電學(xué)性能產(chǎn)生退化；同時(shí)，功率晶體管通常采用多發(fā)射極條陣列結(jié)構(gòu)，但由于各發(fā)射極條之間的熱耦合效應(yīng)，使得芯片表面溫度分布不均勻，增加了晶體管的熱不穩(wěn)定性。自熱和熱耦合的存在嚴(yán)重限制晶體管的功率處理能力。 首先，本論文從熱電反饋角度，在考慮到晶體管發(fā)射極電流隨溫度的變化、發(fā)射結(jié)價(jià)帶不連續(xù)性(△Ev)、重?fù)诫s禁

2、帶變窄(△Eg)及基極和發(fā)射極加入鎮(zhèn)流電阻(RB和RE)等情況下，較全面地給出了功率晶體管熱穩(wěn)定因子S表達(dá)式。用該表達(dá)式可以方便、明了地對功率雙極晶體管進(jìn)行熱穩(wěn)定性分析。 其次，從晶體管I-V特性的角度表征了功率HBT的自加熱效應(yīng)。研究了熱阻、工作電壓、電流增益、發(fā)射結(jié)價(jià)帶不連續(xù)性(△Ev)等諸多因素對晶體管I-V特性的影響，同時(shí)還研究了為補(bǔ)償晶體管自加熱效應(yīng)所加鎮(zhèn)流電阻對熱穩(wěn)定性的改善情況，進(jìn)而給出了晶體管熱穩(wěn)定所需最小發(fā)射極

3、鎮(zhèn)流電阻(REmin)與這些因素的關(guān)系。 另外，工作中采用自洽迭代數(shù)值計(jì)算方法，對多發(fā)射極微波功率SiGeHBT芯片熱電耦合效應(yīng)進(jìn)行了模擬和分析。結(jié)果表明，通過對晶體管發(fā)射極條長、條間距以及鎮(zhèn)流電阻的非均勻設(shè)計(jì)，可以有效的改善芯片溫度分布的不均勻性，提高晶體管的熱穩(wěn)定性和功率處理能力，同時(shí)得出了一系列行之有效的非均勻設(shè)計(jì)規(guī)則。此外，在芯片最高結(jié)溫一定的情況下，采用以上非均勻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)晶體管均可顯著地提高晶體管的輸出功率。