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三维数值仿真研究锗硅异质结双极晶体管总剂量效应

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物理学报 2022年第5期71卷 308-318页

作者：张晋新王信郭红霞冯娟吕玲李培闫允一吴宪祥王辉西安电子科技大学空间科学与技术学院西安710126 中国科学院新疆理化技术研究所乌鲁木齐830011 西北核技术研究院西安710024 西安交通大学核科学与技术学院西安710049

为探索锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT)总剂量效应的损伤机理,采用半导体器件三维模拟工具(TCAD),建立电离辐照总剂量效应损伤模型,分析比较电离辐射在SiGe HBT不同氧化层结构的不同位置引入陷阱电荷缺陷后,器件正向Gummel特性和反向Gum... 详细信息

为探索锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT)总剂量效应的损伤机理,采用半导体器件三维模拟工具(TCAD),建立电离辐照总剂量效应损伤模型,分析比较电离辐射在SiGe HBT不同氧化层结构的不同位置引入陷阱电荷缺陷后,器件正向Gummel特性和反向Gummel特性的退化特征,获得SiGe HBT总剂量效应损伤规律,并与^(60)Coγ辐照实验进行对比.结果表明:总剂量辐照在SiGe HBT器件中引入的氧化物陷阱正电荷主要在pn结附近的Si/SiO_(2)界面处产生影响,引起pn结耗尽区的变化,带来载流子复合增加,最终导致基极电流增大、增益下降;其中EB Spacer氧化层中产生的陷阱电荷主要影响正向Gummel特性,而LOCOS隔离氧化层中的陷阱电荷则是造成反向Gummel特性退化的主要因素.通过数值模拟分析获得的SiGe HBT总剂量效应损伤规律与不同偏置下^(60)Coγ辐照实验的结论符合得较好.

关键词：锗硅异质结双极晶体管总剂量效应三维数值模拟

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锗硅异质结双极晶体管单粒子效应加固设计与仿真

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物理学报 2015年第11期64卷 421-427页

作者：李培郭红霞郭旗文林崔江维王信张晋新中国科学院新疆理化技术研究所中国科学院特殊环境功能材料与器件重点实验室新疆电子信息材料与器件重点实验室乌鲁木齐830011 中国科学院大学北京100049 西北核技术研究所西安710024 西安交通大学西安710049

本文设计了一种通过在版图布局中引入伪集电极的方法来提高锗硅异质结双极晶体管(Si Ge HBT)抗单粒子性能的方法.利用半导体器件模拟工具,针对加固前后的Si Ge HBT开展了单粒子效应仿真模拟,分析了伪集电极对Si Ge HBT电荷收集机理的影... 详细信息

本文设计了一种通过在版图布局中引入伪集电极的方法来提高锗硅异质结双极晶体管(Si Ge HBT)抗单粒子性能的方法.利用半导体器件模拟工具,针对加固前后的Si Ge HBT开展了单粒子效应仿真模拟,分析了伪集电极对Si Ge HBT电荷收集机理的影响.结果表明,引入的伪集电极形成的新的集电极-衬底结具有较大的反偏能力,加固后Si Ge HBT伪集电极通过扩散机理,大量收集单粒子效应产生的电荷,有效地减少了实际集电极的电荷收集量,发射极、基极电荷收集量也有不同程度的降低,加固设计后Si Ge HBT的单粒子效应敏感区域缩小,有效的提高了Si Ge HBT器件抗单粒子效应辐射性能.此项工作的开展为Si Ge HBT电路级单粒子效应抗辐射加固设计打下良好的基础.

关键词：锗硅异质结双极晶体管单粒子效应加固设计伪集电极

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锗硅异质结双极晶体管空间辐射效应研究进展

太赫兹科学与电子信息学报 2022年第6期20卷 523-534页

作者：李培贺朝会郭红霞张晋新魏佳男刘默寒西安交通大学核科学与技术学院陕西西安710049 西北核技术研究院陕西西安710024 西安电子科技大学空间科学与技术学院陕西西安710126 模拟集成电路国家重点实验室重庆400060 中国科学院特殊环境功能材料与器件重点实验室新疆乌鲁木齐830011

异质结带隙渐变使锗硅异质结双极晶体管(SiGeHBT)具有良好的温度特性,可承受-180~+200℃的极端温度,在空间极端环境领域具有诱人的应用前景。然而,SiGeHBT器件由于材料和工艺结构的新特征,其空间辐射效应表现出不同于体硅器件的复杂特... 详细信息

异质结带隙渐变使锗硅异质结双极晶体管(SiGeHBT)具有良好的温度特性,可承受-180~+200℃的极端温度,在空间极端环境领域具有诱人的应用前景。然而,SiGeHBT器件由于材料和工艺结构的新特征,其空间辐射效应表现出不同于体硅器件的复杂特征。本文详述了SiGeHBT的空间辐射效应研究现状,重点介绍了国产工艺SiGeHBT的单粒子效应、总剂量效应、低剂量率辐射损伤增强效应以及辐射协同效应的研究进展。研究表明,SiGeHBT作为双极晶体管的重要类型,普遍具有较好的抗总剂量和位移损伤效应的能力,但单粒子效应是制约其空间应用的瓶颈问题。由于工艺的不同,国产SiGeHBT还表现出显著的低剂量率辐射损伤增强效应响应和辐射协同效应。

关键词：锗硅异质结双极晶体管单粒子效应总剂量效应低剂量率辐射损伤增强效应电离总剂量/单粒子效应协同效应电离总剂量/位移损伤协同效应

不同剂量率下锗硅异质结双极晶体管电离损伤效应研究

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物理学报 2013年第19期62卷 375-381页

作者：孙亚宾付军许军王玉东周卫张伟崔杰李高庆刘志弘清华大学微电子学研究所北京100084 清华大学信息科学与技术国家实验室北京100084

对于相同制作工艺的NPN锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT),在不同辐照剂量率下进行60Coγ射线的辐照效应与退火特性的研究.测量结果表明,两种辐照剂量率下,随着辐照总剂量增加,晶体管基极电流增大,共发射极电流放大倍数降低,且器件的辐照... 详细信息

对于相同制作工艺的NPN锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT),在不同辐照剂量率下进行60Coγ射线的辐照效应与退火特性的研究.测量结果表明,两种辐照剂量率下,随着辐照总剂量增加,晶体管基极电流增大,共发射极电流放大倍数降低,且器件的辐照损伤、性能退化与辐照剂量率相关,低剂量率下辐照损伤较高剂量率严重.在经过与低剂量率辐照等时的退火后,高剂量率下的辐照损伤仍较低剂量率下的损伤低,即待测SiGeHBT具有明显的低剂量率损伤增强效应(ELDRS).本文对相关的物理机理进行了探讨分析.

关键词：锗硅异质结双极晶体管低剂量率辐照损伤增强辐照效应

不同偏置影响锗硅异质结双极晶体管单粒子效应的三维数值仿真研究

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物理学报 2014年第24期63卷 442-449页

作者：张晋新贺朝会郭红霞唐杜熊涔李培王信西安交通大学西安710049 中国科学院新疆理化技术研究所中科院特殊环境功能材料与器件重点实验室乌鲁木齐830011 西北核技术研究所西安710024

针对国产锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT),采用半导体器件三维计算机模拟工具,建立单粒子效应三维损伤模型,研究不同偏置状态对SiGe HBT单粒子效应的影响.分析比较不同偏置下重离子入射器件后,各端口电流瞬变峰值和电荷收集量随时间的... 详细信息

针对国产锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT),采用半导体器件三维计算机模拟工具,建立单粒子效应三维损伤模型,研究不同偏置状态对SiGe HBT单粒子效应的影响.分析比较不同偏置下重离子入射器件后,各端口电流瞬变峰值和电荷收集量随时间的变化关系,获得SiGe HBT单粒子效应与偏置的响应关系.结果表明:不同端口对单粒子效应响应的最劣偏置不同,同一端口电荷收集量和瞬变电流峰值的最劣偏置也有所差异.载流子输运方式变化和外加电场影响是造成这种现象的主要原因.

关键词：锗硅异质结双极晶体管不同偏置单粒子效应三维数值仿真

重离子导致的锗硅异质结双极晶体管单粒子效应电荷收集三维数值模拟

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物理学报 2013年第4期62卷 487-494页

作者：张晋新郭红霞郭旗文林崔江维席善斌王信邓伟中国科学院新疆理化技术研究所乌鲁木齐830011 新疆电子信息材料与器件重点实验室乌鲁木齐830011 中国科学院大学北京100049 西北核技术研究所西安710024

针对国产锗硅异质结双极晶体管(SiGeHBTs),采用半导体器件模拟工具,建立SiGeHBT单粒子效应三维损伤模型,研究影响SiGeHBT单粒子效应电荷收集的关键因素.分析比较重离子在不同位置入射器件时,各电极的电流变化和感生电荷收集情况,确定SiG... 详细信息

针对国产锗硅异质结双极晶体管(SiGeHBTs),采用半导体器件模拟工具,建立SiGeHBT单粒子效应三维损伤模型,研究影响SiGeHBT单粒子效应电荷收集的关键因素.分析比较重离子在不同位置入射器件时,各电极的电流变化和感生电荷收集情况,确定SiGeHBT电荷收集的敏感区域.结果表明,集电极/衬底结内及附近区域为集电极和衬底收集电荷的敏感区域,浅槽隔离内的区域为基极收集电荷的敏感区域,发射极收集的电荷可以忽略.此项工作的开展为下一步采用设计加固的方法提高器件的抗辐射性能打下了良好的基础.

关键词：锗硅异质结双极晶体管单粒子效应电荷收集三维数值仿真

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非外延集电区的超高压锗硅异质结双极晶体管

固体电子学研究与进展 2012年第3期32卷 275-280页

作者：钱文生刘冬华胡君段文婷石晶上海华虹NEC电子有限公司上海201206

介绍了在0.18μm逻辑工艺平台上全新设计的超高压锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT),该器件改变了外延的一维纵向集电区,而采用了通过离子注入掺杂的"L形"二维集电区结构,集电区包括本征基区下方的纵向集电区和场氧底部横向集电区。该器... 详细信息

介绍了在0.18μm逻辑工艺平台上全新设计的超高压锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT),该器件改变了外延的一维纵向集电区,而采用了通过离子注入掺杂的"L形"二维集电区结构,集电区包括本征基区下方的纵向集电区和场氧底部横向集电区。该器件可在同一工艺中通过版图中横向集电区长度的变化实现不同的击穿电压,因此可制作超高压SiGe HBT,并实现不同击穿电压的超高压SiGe HBT阵列。详细阐述了该器件的制作工艺,并对器件的直流和射频性能作了系统的总结和分析。

关键词：超高压锗硅异质结双极晶体管击穿电压二维集电区

高速NPN锗硅异质结双极晶体管的设计与制作

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固体电子学研究与进展 2012年第5期32卷 467-471页

作者：钱文生刘冬华陈帆陈雄斌石晶段文婷胡君黄景丰上海华虹NEC电子有限公司上海201206

报告了0.18μm高速N型锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT)的器件结构和制作工艺。分析了SiGe HBT器件的直流和射频特性,其截止频率为110 GHz,击穿电压为1.8 V,电流增益为270。研究了集电区掺杂及锗硅碳外延基区的厚度与掺杂工艺条件对器件... 详细信息

报告了0.18μm高速N型锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT)的器件结构和制作工艺。分析了SiGe HBT器件的直流和射频特性,其截止频率为110 GHz,击穿电压为1.8 V,电流增益为270。研究了集电区掺杂及锗硅碳外延基区的厚度与掺杂工艺条件对器件特性的影响,并给出最优化的工艺条件。

关键词：高速锗硅异质结双极晶体管截止频率

偏置条件对NPN型锗硅异质结双极晶体管电离辐射效应的影响

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核技术 2015年第6期38卷 36-42页

作者：刘默寒陆妩马武英王信郭旗何承发姜柯新疆大学物理科学与技术学院乌鲁木齐830046 中国科学院新疆理化技术研究所乌鲁木齐830011

本文研究了不同偏置条件下国产商用NPN型锗硅异质结双极晶体管(Silicon germanium hetero-junction bipolar transistors,SiGe HBTs)在60Coγ辐射环境中电离辐照响应特性和变化规律。实验结果表明,在0.8 Gy(Si)·s-1剂量率辐照下,总累... 详细信息

本文研究了不同偏置条件下国产商用NPN型锗硅异质结双极晶体管(Silicon germanium hetero-junction bipolar transistors,SiGe HBTs)在60Coγ辐射环境中电离辐照响应特性和变化规律。实验结果表明,在0.8 Gy(Si)·s-1剂量率辐照下,总累积剂量达到1.1×104 Gy(Si)时,发射结反向偏置条件下60Coγ射线辐照对SiGe HBTs造成的损伤最大,零偏次之,正偏损伤最小;经过一定时间的退火后,零偏恢复程度最小,而正偏和反偏时的恢复趋势以及程度相同。分析了不同偏置状态下其电离辐照敏感参数随累积总剂量以及退火时间的变化关系,讨论了引起电参数失效的潜在机理。

关键词：锗硅异质结双极晶体管总剂量效应偏置条件退火