平臺式矽鍺異質接面雙載子電晶體研製與分析

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吳昭羲(Chao-Hsi Wu) 查詢紙本館藏

畢業系所

電機工程學系

論文名稱

平臺式矽鍺異質接面雙載子電晶體研製與分析
(Mesa Type SiGe HBTs Fabrication and Analysis)

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摘要(中)

本論文主要提出以平臺式(Mesa-type)非自我對準(non self-aligned)的製程方法製作完成矽鍺異質接面雙載子電晶體(Silicon Germanium Heterojunction Bipolar Transistors；SiGe HBTs)。並對電晶體進行量測、分析、模擬與討論。所有元件製程均於國立中央大學光電科學研究中心完成；之後進行元件的特性量測。量測部份主要包括元件直流特性、高頻特性、溫度直流特性；量測的射極面積主要有AE = 75×75 μm2，AE = 3×12 μm2和AE = 4×12 μm2，之後對量測結果進行討論和分析。模擬部分以模擬軟體TMA MEDICI進行2-D(two-dimensional)結構模擬。先對量測結果進行直流特性的fitting，之後設計並模擬不同鍺成份(different Ge composition)對元件特性之影響，並對結果進行討論。
量測所得到的AE = 75×75 μm2元件，在IC = 10.3mA時的電流增益約為83，崩潰電壓BVCEO>5V。AE = 4×12 μm2之最大直流增益(βmax)為39.3，fT為10.43GHz，fmax為2.85GHz，BVCEO>5V。AE = 3×12 μm2之最大直流增益為34.8，fT為8.95GHz，fmax為2.55GHz，BVCEO>5V。

關鍵字(中)

★ 電晶體
★ 平臺式
★ 分析
★ 矽鍺
★ 異質接面

關鍵字(英)

★ hbt
★ mesa type
★ analysis
★ sige

論文目次

第一章導論…………………………………………………………… 1
1.1 研究動機……………………………………………………… 1
1.2 SiGe HBT的優缺點…………………………………………… 3
1.3 SiGe HBT的應用……………………………………………… 5
1.4 研究摘要……………………………………………………… 7
第二章矽鍺異質接面雙載子電晶體材料特性及製程……………… 8
2.1 SiGe 材料介紹……………………………………………… 8
2.1.1 成長厚度與晶格的關係……………………………………… 8
2.1.2 能帶結構………………………………………………………11
2.2 SiGe HBT結構與元件工作原理介紹…………………………13
2.2.1 SiGe HBT結構…………………………………………………13
2.2.2 元件工作原理…………………………………………………15
2.3 SiGe HBT元件製作流程與元件佈局…………………………25
2.3.1 元件製程………………………………………………………25
2.3.2 元件佈局………………………………………………………39
第三章矽鍺異質接面雙載子電晶體特性量測及分析………………41
3.1 直流與高頻特性的量測方法…………………………………41
3.2 電晶體特性量測………………………………………………43
3.2.1 電晶體直流特性量測…………………………………………43
3.2.2 電晶體高頻特性量測…………………………………………47
3.3 電晶體溫度特性量測及分析比較……………………………55
3.4 異質接面雙載子電晶體之特性分析…………………………61
3.4.1 硼離子擴散效應(Boron outdiffusion effect)………… 61
3.4.2 集極電流飽和(current saturation in Collector
region)………………………………………62
3.5 結果討論………………………………………………………66
第四章矽鍺層中鍺成份分佈變化模擬與分析………………………67
4.1 元件結構之特性模擬…………………………………………67
4.1.1 元件結構模擬…………………………………………………67
4.1.2 模擬結果與討論………………………………………………72
4.2 鍺成份分佈模擬與分析………………………………………77
4.2.1 鍺成份分佈設計………………………………………………77
4.2.2 模擬結果與討論………………………………………………80
4.3 結果討論………………………………………………………85
第五章結論……………………………………………………………86
參考文獻 …………………………………………………………………………………………87

參考文獻

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指導教授

辛裕明(Yue-Ming Hsin)

審核日期

2005-6-30

推文