基于有限元方法對改善功率SiGe HBT熱不穩(wěn)定性的新結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、由于SiGe HBT具有高的功率處理能力,高的熱穩(wěn)定性和與現(xiàn)行硅基BiCMOS技術(shù)相兼容等方面的優(yōu)勢,越來越多的應(yīng)用在無線通訊和微波功率領(lǐng)域中。功率SiGe HBT通常采用均勻發(fā)射極指間距、均勻發(fā)射極指長的多指結(jié)構(gòu),這樣的結(jié)構(gòu),由于發(fā)射極指上的自熱和各發(fā)射極指之間的熱耦合效應(yīng),將會使器件中心指上的溫度較高。由于發(fā)射極電流具有正的溫度系數(shù),這又會使中心指傳導(dǎo)更多的電流從而產(chǎn)生更多的熱,最后會導(dǎo)致整個器件熱不穩(wěn)定甚至燒毀。本文利用有限元方法

2、對多指功率SiGe HBT的熱性能進(jìn)行分析研究,并提出了一種新型結(jié)構(gòu)來抑制器件熱效應(yīng),改善器件的熱不穩(wěn)定性。本論文主要工作如下:
　　 本文從器件結(jié)構(gòu)模型建立、熱阻的構(gòu)成、熱傳導(dǎo)途徑、熱模擬分析方法等方面發(fā)展和完善了多指功率SiGe HBT有限元熱分析的理論和方法?？紤]到實(shí)際器件的熱主要產(chǎn)生在體內(nèi)集電結(jié)處,建立了更精確的有限元熱傳導(dǎo)模型。針對發(fā)射區(qū)厚度(200nm)與襯底厚度(150μm)尺寸相差懸殊的問題,提出兩步模擬法分別對

3、襯底和有源區(qū)進(jìn)行熱模擬。
　　 論文在分別對具有發(fā)射極指非均勻結(jié)構(gòu)和發(fā)射極指分段結(jié)構(gòu)的器件進(jìn)行有限元熱分析后發(fā)現(xiàn),前者各發(fā)射極指之間的溫度分布均勻性得到提升,后者在發(fā)射極指上的溫差得到降低。在此基礎(chǔ)上,我們提出一種新型器件結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)具有非等值發(fā)射極指間距、非等值發(fā)射極指長以及非等值發(fā)射極指段間距。通過對其進(jìn)行有限元熱分析發(fā)現(xiàn),新結(jié)構(gòu)器件不僅最高結(jié)溫顯著下降,而且在二維方向(器件表面)上器件整體溫度分布均勻性也有很大改善,器件熱