SiGe HBT热阻分析与建模研究
发布时间：2021-10-19 22:23
SiGe HBT器件以其高增益、高频率、低相位噪声、优异的低温度特性以及较高的发射极效率等优势在集成电路中扮演着重要的角色。热特性是检验半导体器件性能的重要指标之一,因此热阻分析是SiGe HBT器件研究过程中非常重要的一个环节。为了缩短研发时间和降低研发成本,利用器件模型代替实物以提取参数是一种非常有效的途径。本文主要围绕SiGe HBT的热阻分析和参数提取展开。首先,利用TCAD仿真软件,得到了SiGe HBT器件的电流输出曲线。然后采用经典的热阻提取方法计算出器件的热阻值并且讨论了器件的各项尺寸参数对热阻的影响。最后,本文改进了带沟槽器件的热阻提取方法,提出了计算金属层热阻的简便算法。本文主要研究工作包括:1)构建了HBT的物理模型,并将其嵌入到TCAD仿真软件中。2)利用三种经典的热阻提取算法,计算了SiGe HBT器件的热阻值。3)通过TCAD仿真结果,研究了发射极宽度、发射极长度、发射极面积、发射极与基极之间间距等各项器件尺寸对热阻的影响。4)提出了一种计算带沟槽SiGe HBT热阻的改进方法。这种方法非常简便,可以无需进行任何迭代的计算出器件的金属层热阻。本文将该方法得到...
【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
HBT热阻对IC的影响
华东师范大学硕士论文第二章14图2.5HBT热阻对VBE的影响2.4减小HBT热阻的方法本小节将介绍三种常见的减小HBT器件热阻的方法：增加热沉层结构法、多指发射极设计法以及通过改变器件各项尺寸参数降低热阻值的方法。2.4.1热沉层如果在封装的时候为晶体管加上热沉层结构，那么晶体管的热量就会相对比较快的散去。器件热沉层结构以及该结构器件的散热原理如图2.6所示，其中图（a）代表没有热沉层结构时的器件，此时热量向四周分散；图（b）为采用热沉层结构时的器件部分结构。由于添加了热沉层结构，器件的散热不再是从半导体结向四周辐射，而是将热量先传递到热沉层，然后再传输到器件以外。集电极结Tj封装RjcTcRcaTa热热热热IC（a）
华东师范大学硕士论文第三章19图3.2SiGeHBT的器件结构在该器件结构的基础上，本文进行了器件仿真工作。在仿真之前，需要对五个部分进行设置，分别是：Electrode，Physics，Plot，Math以及Solve。因为本文在模拟时需要考虑温度的影响，所以需要在Electrode，Physics以及Solve中加入温度相关的命令语句。首先，需要在Electrode部分中加入热电极的定义。一般用Thermode函数来表示：Thermode{{Name="emitter"Temperature=300SurfaceResistance=1e-4}//定义发射极热电极温度为300K；接触热阻系数为1e-4（cm2K/W）{Name="base"Temperature=300SurfaceResistance=1e-4}//定义基极热电极温度为300K；接触热阻系数为1e-4（cm2K/W）{Name="collector"Temperature=300SurfaceResistance=1e-4}//定义集电极热电极温度为300K；接触热阻系数为1e-4（cm2K/W）{Name="substrate"Temperature=300SurfaceResistance=1e-4}//定义衬底热电极温度为300K；接触热阻系数为1e-4（cm2K/W）}
【参考文献】：
期刊论文
[1]沟槽型发射极SiGe异质结双极晶体管新结构研究[J]. 刘静,武瑜,高勇. 物理学报. 2014(14)
[2]改善多指功率SiGe HBTs热稳定性的版图设计（英文）[J]. 金冬月,张万荣,谢红云,沈珮,胡宁,甘军宁,李佳. 功能材料与器件学报. 2009(05)
[3]太阳能光伏电池综述[J]. 成志秀,王晓丽. 信息记录材料. 2007(02)
[4]发射极空气桥InGaP/GaAs HBT的DC和RF特性分析[J]. 申华军,葛霁,杨威,陈延湖,王显泰,刘新宇,吴德馨. 电子器件. 2007(01)
[5]集成电路芯片级的热分析方法[J]. 孙静莹,冯士维,李瑛,杨集,张跃宗. 微电子学与计算机. 2006(07)
[6]一种新型的SiGe超高真空化学气相沉积系统[J]. 罗广礼,陈培毅,林惠旺,刘志农,钱佩信. 真空科学与技术. 2000(05)
博士论文
[1]SiGe HBT器件及其在LNA电路中的应用研究[D]. 张滨.西安电子科技大学 2013
硕士论文
[1]GaAs HBT功率放大器的电热耦合模拟[D]. 常颖.东南大学 2018
[2]基于MATLAB编程的HBT集成电路温度分析方法研究[D]. 王世坤.西安电子科技大学 2015
[3]SiGe HBT小信号建模技术研究[D]. 杨顺.山东大学 2014
[4]20GHz SiGe HBT器件设计与工艺研究[D]. 钟怡.电子科技大学 2014
[5]锗硅异质结晶体管的工艺集成设计[D]. 陈帆.复旦大学 2014
[6]基于0.13μm SiGe HBT工艺的射频功率放大器设计[D]. 王统.山东大学 2012
[7]单晶硅太阳能电池铝背场的特性研究[D]. 陈勇民.中南大学 2010
本文编号：3445709
【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
HBT热阻对IC的影响
华东师范大学硕士论文第二章14图2.5HBT热阻对VBE的影响2.4减小HBT热阻的方法本小节将介绍三种常见的减小HBT器件热阻的方法：增加热沉层结构法、多指发射极设计法以及通过改变器件各项尺寸参数降低热阻值的方法。2.4.1热沉层如果在封装的时候为晶体管加上热沉层结构，那么晶体管的热量就会相对比较快的散去。器件热沉层结构以及该结构器件的散热原理如图2.6所示，其中图（a）代表没有热沉层结构时的器件，此时热量向四周分散；图（b）为采用热沉层结构时的器件部分结构。由于添加了热沉层结构，器件的散热不再是从半导体结向四周辐射，而是将热量先传递到热沉层，然后再传输到器件以外。集电极结Tj封装RjcTcRcaTa热热热热IC（a）
华东师范大学硕士论文第三章19图3.2SiGeHBT的器件结构在该器件结构的基础上，本文进行了器件仿真工作。在仿真之前，需要对五个部分进行设置，分别是：Electrode，Physics，Plot，Math以及Solve。因为本文在模拟时需要考虑温度的影响，所以需要在Electrode，Physics以及Solve中加入温度相关的命令语句。首先，需要在Electrode部分中加入热电极的定义。一般用Thermode函数来表示：Thermode{{Name="emitter"Temperature=300SurfaceResistance=1e-4}//定义发射极热电极温度为300K；接触热阻系数为1e-4（cm2K/W）{Name="base"Temperature=300SurfaceResistance=1e-4}//定义基极热电极温度为300K；接触热阻系数为1e-4（cm2K/W）{Name="collector"Temperature=300SurfaceResistance=1e-4}//定义集电极热电极温度为300K；接触热阻系数为1e-4（cm2K/W）{Name="substrate"Temperature=300SurfaceResistance=1e-4}//定义衬底热电极温度为300K；接触热阻系数为1e-4（cm2K/W）}
【参考文献】：
期刊论文
[1]沟槽型发射极SiGe异质结双极晶体管新结构研究[J]. 刘静,武瑜,高勇. 物理学报. 2014(14)
[2]改善多指功率SiGe HBTs热稳定性的版图设计（英文）[J]. 金冬月,张万荣,谢红云,沈珮,胡宁,甘军宁,李佳. 功能材料与器件学报. 2009(05)
[3]太阳能光伏电池综述[J]. 成志秀,王晓丽. 信息记录材料. 2007(02)
[4]发射极空气桥InGaP/GaAs HBT的DC和RF特性分析[J]. 申华军,葛霁,杨威,陈延湖,王显泰,刘新宇,吴德馨. 电子器件. 2007(01)
[5]集成电路芯片级的热分析方法[J]. 孙静莹,冯士维,李瑛,杨集,张跃宗. 微电子学与计算机. 2006(07)
[6]一种新型的SiGe超高真空化学气相沉积系统[J]. 罗广礼,陈培毅,林惠旺,刘志农,钱佩信. 真空科学与技术. 2000(05)
博士论文
[1]SiGe HBT器件及其在LNA电路中的应用研究[D]. 张滨.西安电子科技大学 2013
硕士论文
[1]GaAs HBT功率放大器的电热耦合模拟[D]. 常颖.东南大学 2018
[2]基于MATLAB编程的HBT集成电路温度分析方法研究[D]. 王世坤.西安电子科技大学 2015
[3]SiGe HBT小信号建模技术研究[D]. 杨顺.山东大学 2014
[4]20GHz SiGe HBT器件设计与工艺研究[D]. 钟怡.电子科技大学 2014
[5]锗硅异质结晶体管的工艺集成设计[D]. 陈帆.复旦大学 2014
[6]基于0.13μm SiGe HBT工艺的射频功率放大器设计[D]. 王统.山东大学 2012
[7]单晶硅太阳能电池铝背场的特性研究[D]. 陈勇民.中南大学 2010
本文编号：3445709
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