改善硅基功率晶體管電流放大倍數(shù)高低溫變化率的工藝研究
發(fā)布時間：2020-12-08 23:40
依據(jù)功率晶體管電流放大倍數(shù)高低溫變化率的實際電參數(shù)指標要求,利用TCAD半導(dǎo)體器件仿真軟件和晶體管原理對其進行深入的分析。結(jié)果表明,針對較大測試電流、較高電流放大倍數(shù)的功率晶體管,在一定程度上降低發(fā)射區(qū)摻雜濃度、提高基區(qū)摻雜濃度可有效改善電流放大倍數(shù)的高低溫變化率。并在一定的發(fā)射區(qū)表面濃度和基區(qū)表面濃度下,通過優(yōu)化發(fā)射區(qū)結(jié)深和基區(qū)寬度可滿足常溫電流放大倍數(shù)的指標要求。結(jié)合仿真研究結(jié)果,通過實際流片,對關(guān)鍵的工藝進行工藝攻關(guān)。流片結(jié)果表明,采用降低發(fā)射區(qū)摻雜濃度并提高基區(qū)摻雜濃度的工藝方法,電流放大倍數(shù)高低溫變化率得到有效改善,并能控制其他參數(shù)實測值滿足設(shè)計要求。
【文章來源】：人工晶體學(xué)報. 2020年05期 第815-823頁 北大核心
【文章頁數(shù)】：9 頁
【部分圖文】：
功率晶體管單元結(jié)構(gòu)
圖1 功率晶體管單元結(jié)構(gòu)在仿真前需要建立精確的物理參數(shù)模型,包括復(fù)合模型、遷移率模型等。復(fù)合模型考慮了SRH復(fù)合模型和俄歇(AUGER)復(fù)合模型。Klaassen遷移率模型考慮了較為廣泛的影響遷移率變化的因素,可以模擬的溫度變化范圍為70～500 K,適用于對雙極晶體管電學(xué)性能溫度特性的模擬[7-8]。
圖3為發(fā)射區(qū)表面濃度和結(jié)深對電流放大倍數(shù)及其高低溫變化率的影響圖,基區(qū)表面濃度為7.6×1017 cm-3。由圖3(a)可見:在環(huán)境溫度為300 K(室溫)情況下,所選擇的發(fā)射區(qū)、基區(qū)結(jié)構(gòu)參數(shù)組合均滿足電流放大倍數(shù)指標要求,電流放大倍數(shù)在100～110范圍內(nèi),發(fā)射區(qū)、基區(qū)結(jié)構(gòu)參數(shù)的組合合理。由圖3(b)可見,隨著發(fā)射區(qū)表面濃度的增大,器件高低溫電流放大倍數(shù)變化率的絕對值增大。且都不滿足電流放大倍數(shù)高低溫變化率的電參數(shù)指標要求(指標要求小于40%)。當發(fā)射區(qū)表面濃度為1×1019 cm-3(發(fā)射區(qū)結(jié)深為8.3 μm,基區(qū)寬度為6.6 μm),高溫電流放大倍數(shù)變化率為33.56%,低溫電流放大倍數(shù)變化率為-47.25%。為了改善高低溫電流放大倍數(shù)變化率,需要適當降低發(fā)射區(qū)的表面濃度。但是發(fā)射區(qū)表面濃度的下限受到發(fā)射極接觸電阻的制約,因此,單純依靠降低發(fā)射區(qū)表面濃度來改善電流放大倍數(shù)的高低溫變化率比較困難。圖4為仿真得到在發(fā)射區(qū)表面濃度較高(5×1020 cm-3和1×1021 cm-3)的情況下,基區(qū)表面濃度對電流放大倍數(shù)溫度特性的影響,為了滿足常溫下電流放大倍數(shù)指標要求,采用不同發(fā)射區(qū)結(jié)深與基區(qū)寬度組合。由圖4(a)和圖4(c)可知,隨著基區(qū)表面濃度增大(集電結(jié)結(jié)深不變),需要通過增大發(fā)射區(qū)結(jié)深、減小基區(qū)寬度來提高基區(qū)輸運系數(shù),以彌補由基區(qū)摻雜濃度提高而導(dǎo)致的注射效率和基區(qū)少子復(fù)合損耗的增大,從而滿足常溫電流放大倍數(shù)的指標要求。常溫電流放大倍數(shù)在100～115范圍內(nèi)。表明發(fā)射區(qū)、基區(qū)結(jié)構(gòu)參數(shù)的組合合理。由圖4(b)可知,當發(fā)射區(qū)表面濃度較高(5×1020cm-3)時,隨著基區(qū)表面濃度的增大,器件高低溫電流放大倍數(shù)變化率的絕對值的變化幅度較小,且沒有達到電流放大倍數(shù)高低溫變化率的指標要求。表明當發(fā)射區(qū)表面濃度較高(5×1020cm-3)時,不能依靠增大基區(qū)表面濃度的方法來改善高低溫電流放大倍數(shù)變化率。進一步提高發(fā)射區(qū)表面濃度(1×1021cm-3)時,會進一步劣化電流放大倍數(shù)的高低溫變化率(如圖4(d)所示)。因此,依靠同時提高發(fā)射區(qū)和基區(qū)表面濃度的方法并不能有效改善器件電流放大倍數(shù)的高低溫變化率。
本文編號：2905885
【文章來源】：人工晶體學(xué)報. 2020年05期 第815-823頁 北大核心
【文章頁數(shù)】：9 頁
【部分圖文】：
功率晶體管單元結(jié)構(gòu)
圖1 功率晶體管單元結(jié)構(gòu)在仿真前需要建立精確的物理參數(shù)模型,包括復(fù)合模型、遷移率模型等。復(fù)合模型考慮了SRH復(fù)合模型和俄歇(AUGER)復(fù)合模型。Klaassen遷移率模型考慮了較為廣泛的影響遷移率變化的因素,可以模擬的溫度變化范圍為70～500 K,適用于對雙極晶體管電學(xué)性能溫度特性的模擬[7-8]。
圖3為發(fā)射區(qū)表面濃度和結(jié)深對電流放大倍數(shù)及其高低溫變化率的影響圖,基區(qū)表面濃度為7.6×1017 cm-3。由圖3(a)可見:在環(huán)境溫度為300 K(室溫)情況下,所選擇的發(fā)射區(qū)、基區(qū)結(jié)構(gòu)參數(shù)組合均滿足電流放大倍數(shù)指標要求,電流放大倍數(shù)在100～110范圍內(nèi),發(fā)射區(qū)、基區(qū)結(jié)構(gòu)參數(shù)的組合合理。由圖3(b)可見,隨著發(fā)射區(qū)表面濃度的增大,器件高低溫電流放大倍數(shù)變化率的絕對值增大。且都不滿足電流放大倍數(shù)高低溫變化率的電參數(shù)指標要求(指標要求小于40%)。當發(fā)射區(qū)表面濃度為1×1019 cm-3(發(fā)射區(qū)結(jié)深為8.3 μm,基區(qū)寬度為6.6 μm),高溫電流放大倍數(shù)變化率為33.56%,低溫電流放大倍數(shù)變化率為-47.25%。為了改善高低溫電流放大倍數(shù)變化率,需要適當降低發(fā)射區(qū)的表面濃度。但是發(fā)射區(qū)表面濃度的下限受到發(fā)射極接觸電阻的制約,因此,單純依靠降低發(fā)射區(qū)表面濃度來改善電流放大倍數(shù)的高低溫變化率比較困難。圖4為仿真得到在發(fā)射區(qū)表面濃度較高(5×1020 cm-3和1×1021 cm-3)的情況下,基區(qū)表面濃度對電流放大倍數(shù)溫度特性的影響,為了滿足常溫下電流放大倍數(shù)指標要求,采用不同發(fā)射區(qū)結(jié)深與基區(qū)寬度組合。由圖4(a)和圖4(c)可知,隨著基區(qū)表面濃度增大(集電結(jié)結(jié)深不變),需要通過增大發(fā)射區(qū)結(jié)深、減小基區(qū)寬度來提高基區(qū)輸運系數(shù),以彌補由基區(qū)摻雜濃度提高而導(dǎo)致的注射效率和基區(qū)少子復(fù)合損耗的增大,從而滿足常溫電流放大倍數(shù)的指標要求。常溫電流放大倍數(shù)在100～115范圍內(nèi)。表明發(fā)射區(qū)、基區(qū)結(jié)構(gòu)參數(shù)的組合合理。由圖4(b)可知,當發(fā)射區(qū)表面濃度較高(5×1020cm-3)時,隨著基區(qū)表面濃度的增大,器件高低溫電流放大倍數(shù)變化率的絕對值的變化幅度較小,且沒有達到電流放大倍數(shù)高低溫變化率的指標要求。表明當發(fā)射區(qū)表面濃度較高(5×1020cm-3)時,不能依靠增大基區(qū)表面濃度的方法來改善高低溫電流放大倍數(shù)變化率。進一步提高發(fā)射區(qū)表面濃度(1×1021cm-3)時,會進一步劣化電流放大倍數(shù)的高低溫變化率(如圖4(d)所示)。因此,依靠同時提高發(fā)射區(qū)和基區(qū)表面濃度的方法并不能有效改善器件電流放大倍數(shù)的高低溫變化率。
本文編號：2905885
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