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pnp型SiGe HBT的制备研究王喜媛1，张鹤鸣1 ，刘道广2，郑娥2，张静2 ，徐婉静2(1.西安电子科技大学微电子研究所陕西，西安710071；2.重庆固体电子研究所重点实验室，重庆400060）摘要：从pnp型Si/SiGe HBT的能带结构出发，阐述pnp型Si/SiGe HBT的放大原理，采用MBE方法生长Si/Si1-x Gex合金材料，并对Si/Si1-x Gex合金材料的物理特征和异质结特性进行表征，在重庆固体电子研究所工艺线上，研制出了pnp 型Si/SiGe HBT器件。
器件参数为：Vcb0＝9V，Vce0＝2.5V，Veb0 ＝5V，β＝10。
关键词：pnp型SiGe HBT；禁带宽度Eg ；Ge组分；能带中图分类号：TN304.2 文献标识码：A 文章编号：1003-353X(2003)03-0034-031引言1987年，美国Bell实验室、IBM公司、日本的NEC及瑞典的Linkoping大学，几乎同时报道了世界上首批利用SiGe合金材料作为基区的异质结双极型晶体管（HBT）的研究成果。
由于化学汽相淀积生长SiGe材料的成功，Si/SiGe HBT器件得以迅速发展。
德国的Daimler Benz 研究中心使用Si-MBE技术在Si衬底上生长出SiGe合金材料，一次性完成单晶型硅发射区和SiGe基区的生长，避免了形成多晶硅发射极时所必须的高温退火工艺, 因此提高了基区中的锗组分；通过提高基区的硼掺杂浓度，降低了基区电阻，使得SiGe HBT器件在微波及毫米波段应用的优越性充分展现，已制造出截止频率为300GHz的npn型Si/SiGe HBT器件。
SiGe HBT具有超高速、超高频、大功率、低噪声、低温高增益、与现有硅工艺兼容、易于集成等优点。
目前，国际国内对于npn型Si/SiGe HBT器件及电路的研究非常多，然而在实际应用中，例如高速模拟电路和混合信号电路，互补双极技术[1]的性能远远优于单独的npn管。
SiGe HBT 基本特性1 SiGe 材料特性及发展2直流特性3频率特性1 SiGe 材料特性及发展在常温下，Ge 的晶格常数是0.5658nm ，Si 的品格常数0.5431nm ，晶格失配为4.17％。
这是一个比较大的晶格失配率，所以在高温处理过程中很容易发生晶格驰豫现象。
但如果SiGe 外延层的厚度小于临界厚度，它与Si 衬底的晶格失配可以通过弹性形变来化解，而且几乎没有失配位错的形成(赝晶生长)。
图2-a 硅上赝晶生长的1x x Si Ge 的临界厚度与锗组分的关系图2-b 硅上赝晶生长的1x x Si Ge -及无应变SiGe 的能隙随合会组分变化的关系SiGe 合金的晶格常数近似可以用下式表示：1()()[()()]x x a Si Ge a Si x a Ge a Si -=+-SiGe 合金的品格常数和禁带宽度与Ge 的含量有关，通过调节Ge 的含量可以改变合会的禁带宽度。
由于Si 和Ge 的品格常数不同，生长稳定的SiGe 合会薄膜比较困难，一般用MBE 和UHV/CVD 生长技术。
虽然较高的生长温度(>750C )可使被吸附在衬底表面上的原子活动能力增强，有利于保证外延晶体的质量，但是温度较高时将得不到赝晶膜，而且容易形成三维的岛状晶体。
用UHV/CVD 生长薄膜的温度在400到500摄氏度之间。
利用MBE 或者UHV/CVD 工艺外延生长SiGe 薄膜作为双极晶体管的基区，可以形成双异质结晶体管(HBT)。
Ge 的引进导致基区禁带宽度减小，Ge 含量大约每增加10％，禁带宽度减小75meV ，从而在基区形成漂移电场(drift-field)，对于n-p-n 管，漂移电场的存在将大大提高电子从发射区注入基区的效率，加速电子在基区的运动，从而增加电流增益β，减小基区的渡越时间，提高工作频率。
这就是SiGe HBTs 获得很高工作频率的基本原理。
随着SiGe 材料生长技术的发展，SiGe 外延材料质量得到了很大的提高，为SiGe 器件性能的改善奠定了基础，SiGe HBT 的研究取得了很大的发展。
SiGeSi射频功率HBT器件的研制的开题报告一、研究背景SiGeSi材料的出现，为微波功率HBT器件的制备提供了新的途径。
由于SiGe材料在电子运动速度、导电性能等方面的优越性能，SiGeSi HBT器件有着非常广泛的应用前景。
在现有的微波功率HBT器件中，AlGaAs/GaAs为主要材料系统，但其存在着高热阻、工艺复杂等问题。
相比之下，SiGeSi HBT器件具有热阻低、材料容易制备等优点。
二、研究内容与目的本课题拟开展的研究内容为SiGeSi射频功率HBT器件的制备及其性能测试。
通过研究SiGeSi材料的电性质、材料制备方法等方面，选定合适的工艺流程，制备SiGeSi HBT器件，并对器件的电学性能进行测试。
本研究的目的是：1. 研究SiGeSi材料的性能特点，了解其在射频功率HBT器件中的应用前景。
2. 探究SiGeSi HBT器件制备的各个环节，制定优化的工艺流程，提高器件的性能。
3. 测试SiGeSi HBT器件的电学性能，验证其在微波功率放大方面的应用性能。
三、研究方法与步骤研究方法：1. 理论分析法：通过文献调研对SiGeSi材料、射频功率HBT器件等领域进行理论分析。
2. 实验研究法：选用CVD法或MBE法制备SiGeSi材料，采用光刻、腐蚀、沉积等工艺方法制备SiGeSi HBT器件，并进行电学测试。
研究步骤：1. 确定研究方向和选题，并进行文献调研。
2. 利用CVD法或MBE法制备SiGeSi材料，确定其材料性质。
3. 依据理论分析结果，设计SiGeSi HBT器件的结构，并确定制备的工艺流程。
4. 利用光刻、腐蚀、沉积等工艺方法制备具有设计结构的SiGeSi HBT器件。
5. 对制备的器件进行电学测试，测试参数包括：电流增益、频率响应等。
6. 对测试结果进行数据处理与分析，验证SiGeSi HBT器件的性能表现。
四、预期成果与意义预期成果：1. 成功制备SiGeSi HBT器件，并对器件的性能进行测试。
sige异质结双极晶体管(hbt)的优势、典型器件结构; 1. 引言1.1 概述SiGe异质结双极晶体管（HBT）是一种重要的半导体器件，在现代电子技术领域中广泛应用。
它利用硅基材料和锗基材料之间的异质结构，以实现高性能、低功耗和低噪声操作。
SiGe HBT具有多种优势，使其成为射频放大器、通信系统和无线传感器等领域中首选的器件。
1.2 文章结构本文将围绕SiGe异质结双极晶体管的优势及其典型器件结构展开详细的讨论。
首先，我们将介绍SiGe HBT在高频性能、低噪声性能和功耗方面所具备的优势。
然后，我们将探讨SiGe HBT的典型器件结构，包括基本结构、发射极电阻调制技术以及直接注入发射器结构设计。
进一步，本文将通过分析通信领域中的应用案例来展示SiGe HBT在小信号放大器设计、高速数字通信系统和无线通信系统等方面带来的重要价值。
最后，我们将总结SiGe HBT的优势和典型器件结构特点，并展望未来SiGe HBT技术的发展方向和应用前景。
1.3 目的本文的目的在于全面介绍SiGe异质结双极晶体管的优势及其典型器件结构，以帮助读者更好地了解并应用这一重要的半导体器件。
通过深入研究SiGe HBT所具备的高频性能、低噪声性能和功耗优势，读者将对其在通信领域中的广泛应用有更清晰的认识。
同时，通过对典型SiGe HBT器件结构和案例分析的介绍，读者将学习到如何设计和优化SiGe HBT在不同通信系统中的应用。
最终，本文旨在为SiGe HBT技术的未来发展提供有益的见解，并展示其潜在的应用前景。
2. SiGe异质结双极晶体管(HBT)的优势：SiGe异质结双极晶体管(HBT)是一种高性能的半导体器件，具有多项优势，使其成为许多领域的重要选择。
以下是SiGe HBT的主要优势：2.1 高频性能优势：SiGe HBT具有卓越的高频性能，特别适用于射频和微波电路设计。
相比于传统的硅晶体管，SiGe HBT具有更高的截止频率（fT）和最大振荡频率（fmax），这使得它可以在更高的频段范围内工作。
异质结双极型晶体管HBT研究背景及简介1 HBT概述2 HBT的发展3 HBT的特点4 HBT的电流传输原理5 HBT的主要性能参数电子信息材料产业的技术水平和发展规模，已经成为衡量一个国家经济发展状况、科技进步和国防实力的重要标志。
上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明以及硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并使人类进入了信息时代。
而超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，则彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。
第一代半导体材料以硅为代表。
硅是目前为止人们认识最全面、制造工艺水平最高的半导体材料。
第二代半导体材料以低位错密度的垂直梯度凝固法(VGF)和水平(HB)方法生长的导电GaAs衬底材料为主。
第三代半导体材料以宽禁带半导体材料为代表。
其中GaAs、InP基晶格匹配和应变补偿材料体系发展得相当成熟，已成功地用来制造超高速，超高频微电子器件和单片集成电路。
但是无论是从异质结材料体系设计和生长，器件性能提升，还是器件模型和模拟平台的建立上而言都还处于起步阶段，远未成熟，这其中既有大量的技术问题需要攻关，同时也有大量的基础科学问题亟待解决。
1 HBT概述异质结双极晶体管（Hetero-junction Bipolar Transistor,简称(HBT)基区(base)异质结SiGe外延(图1)：其原理是在基区掺入Ge组分，通过减小能带宽度,从而使基区少子从发射区到基区跨越的势垒高度降低，从而提高发射效率γ, 因而，很大程度上提高了电流放大系数 。
在满足一定的放大系数的前提下，基区可以重掺杂，并且可以做得较薄，这样就减少了载流子的基区渡越时间，从而提高器件的截止频率(Cut-Off Frequency)，这正是异质结在超高速，超高频器件中的优势所在。
SiGe HBT器件及其在LNA电路中的应用研究SiGe HBT器件及其在LNA电路中的应用研究摘要：低噪声放大器（LNA）是无线通信系统中关键的组成部分，其性能对整个系统的性能有着重要的影响。
随着无线通信技术的迅猛发展，对LNA的要求也在不断提高。
SiGe HBT是一种半导体材料，具有较高的迁移率和较低的噪声特性。
本文将介绍SiGe HBT器件的基本结构和特性，并探讨其在LNA电路中的应用研究。
关键词：SiGe HBT器件；LNA电路；迁移率；噪声特性一、SiGe HBT器件的结构和特性SiGe HBT器件是由硅基材料和锗合金薄膜构成的双极晶体管。
它由三个区域组成：发射区、基区和集电区。
发射区主要负责注入电子，基区用于调控电流流动，集电区负责收集电子。
SiGe HBT器件具有以下特点：1.较高的迁移率：SiGe HBT的迁移率比传统双极晶体管高出许多。
这意味着电子在器件中的运动速度更快，增加了器件的工作频率。
2.较低的噪声特性：SiGe HBT器件具有较低的噪声系数，使其非常适合在高频率下工作。
这对于无线通信系统中的LNA来说是至关重要的。
3.良好的线性度：SiGe HBT器件具有良好的线性度，能够在高功率输入情况下保持稳定的性能。
这在高速数据传输中尤为重要。
二、SiGe HBT在LNA电路中的应用研究1.提高增益和带宽：SiGe HBT器件的高迁移率和低噪声特性使其成为LNA电路中的理想选择。
通过合适的器件参数和优化的电路设计，可以实现高增益和宽带宽的LNA电路。
这对于无线通信系统的高速数据传输和高频率应用至关重要。
2.噪声分析与降低：噪声是影响LNA性能的关键因素之一。
SiGe HBT器件的低噪声特性使其能够降低LNA电路的噪声系数。
通过合适的电路拓扑和噪声匹配网络的设计，可以进一步降低噪声，提高LNA电路的性能。
3.优化功率消耗：功率消耗是无线通信系统中一个重要的问题。
SiGe HBT器件具有较低的功率消耗特性，可以帮助实现低功耗的LNA电路。
收稿日期:2005201210; 定稿日期:2005203225基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(60336010); 福建省青年科技人才创新项目(2004J021)资助文章编号:100423365(2005)0520521206微波大功率Si G e HBT 的研究进展及其应用徐剑芳,李 成,赖虹凯(厦门大学物理系,半导体光子学研究中心,福建厦门 361005)摘 要: 文章论述了Si Ge 异质结双极晶体管(HB T )在微波功率领域应用的优势,详细介绍了微波功率Si Ge HB T 的结构设计方法,以及主要影响器件性能的材料和结构因素,评述了其最新进展及今后发展方向。
关键词: Si Ge ;异质结双极晶体管;微波;大功率中图分类号: TN304.2+4文献标识码: A Progress in the Development of Microw ave High Pow er Si G e HBT ’sand Its ApplicationsXU Jian 2fang ,L I Cheng ,L A I Hong 2kai(Depart ment of Physics ,Semiconductor Photonics Research Center ,X iamen Uni versit y ,X i amen ,Fuj i an 361005,P.R 1Chi na )Abstract : Advantages of Si G e heterojunction bipolar transistors (HB T ’s )in the application to microwave power field are reviewed 1Further described in detail is the methodology in the structural design of microwave power Si G e HB T ’s ,as well as the effects of material and structure on the device performance 1Latest progress in this field is presented and the direction of f uture development is discussed 1K ey w ords : Si Ge ;Heterojunction bipolar transistor (HB T );Microwave ;High power EEACC : 2560;1350 1 引 言微波功率晶体管是工作频率在微波范围,输出功率约为瓦级的晶体管,是微波单片集成电路(MM IC )中不可或缺的关键器件。
