高熱穩(wěn)定性的功率GeSi HBT的設(shè)計(jì)和研制.pdf

1、隨著GeSi HBTs越來越廣泛的應(yīng)用于射頻/微波通信、衛(wèi)星通信和功率放大器等領(lǐng)域，如何在高頻、大功率應(yīng)用的前提下，提高GeSi HBT的熱穩(wěn)定性，成為人們需要研究的一個(gè)重要問題。 為了提高GeSi HBT的功率，通常采用發(fā)射極條長和條間距均勻分布的多發(fā)射極條(指)并聯(lián)的結(jié)構(gòu)。然而由于自熱和條間的熱耦合效應(yīng)，靠近中間條上的溫度往往高于兩邊條上的溫度。發(fā)射極條上的溫度不均勻，一方面限制了GeSi HBT的功率處理能力；另一方面，使

2、器件變得熱不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)熱燒毀，導(dǎo)致器件失效。 通過求解熱傳導(dǎo)方程，研究了使GeSi HBT發(fā)射極條上的溫度分布變得更均勻的設(shè)計(jì)方法。通過計(jì)算機(jī)模擬發(fā)現(xiàn)，非均勻條長、非均勻條間距和非均勻發(fā)射極鎮(zhèn)流電阻設(shè)計(jì)都可以有效地改善器件溫度均勻性，降低器件的最高結(jié)溫。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，在溫度分布均勻性改善方面，當(dāng)發(fā)射極條長分布、條間距分布和發(fā)射極鎮(zhèn)流電阻分布按二次函數(shù)式取值時(shí)比一次函數(shù)式取值更有效，指數(shù)函數(shù)式取值比二次函數(shù)式取值更有效。

3、 利用模擬得到的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，按照工藝條件的限制，對器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，分別繪制出了條長、條間距非均勻分布和加鎮(zhèn)流電阻的多種GeSi HBTs的版圖，并開發(fā)出GeSi HBT的工藝步驟，成功用于器件制造，驗(yàn)證了版圖設(shè)計(jì)和工藝流程的正確性。 對制作好的GeSi HBT，首先對它們的直流特性進(jìn)行了測試。主要測試了輸出特性曲線、Gummel曲線、Ic-HFE曲線及部分結(jié)特性曲線，得到了一些直流參數(shù)和極限參數(shù)。器件的開啟電壓、反向

4、電流、電流放大系數(shù)、擊穿電壓、最大集電極工作電流等參數(shù)都比較令人滿意。發(fā)射極線電流密度達(dá)到1.06-1.87A/cm，遠(yuǎn)高于Si BJT的線電流密度。這對器件的功率特性是非常有利的。 最后，對幾組器件進(jìn)行了表面溫度分布的測試與對比。采用非均勻條長和非均勻條間距設(shè)計(jì)的器件，表面溫度更加均勻，最高結(jié)溫也大幅度下降。采用均勻發(fā)射極鎮(zhèn)流電阻的結(jié)構(gòu)，雖然器件的整體溫度下降，但最高溫仍出現(xiàn)在中心指上，且溫度分布仍不均勻。這些結(jié)果與模擬結(jié)果比