SiGe HBT 60Co γ射线辐照效应及退火特性.pdf

第27卷第9期半导体学报Vol.27No.9
2006年9月CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSSep.,2006

SiGeHBT60Coγ射线辐照效应及退火特性

牛振红1,2,­郭旗1任迪远1刘刚1,2高嵩1,2

(1中国科学院新疆理化技术研究所,乌鲁木齐830011)
(2中国科学院研究生院,北京100039)

摘要:研究了国产SiGe异质结双极晶体管(HBT)60Coγ射线100Gy(Si)～10kGy(Si)总剂量辐照后的辐照效应

及辐照后的退火特性.测试了辐照及退火后的直流电参数.实验结果显示,辐照后基极电流(Ib)明显增大,而集电

极电流(Ic)基本不变,表明Ib的增加是电流增益退化的主要原因.退火结果表现为电流增益(β=Ic/Ib)继续衰降,
表明SiGeHBT具有“后损伤”效应.对其机理进行了探讨,结果表明其主要原因是室温退火中界面态继续增长引
起的.

关键词:SiGe异质结双极晶体管;电离辐射;退火;后损伤效应
PACC:6180EEEACC:2560J
中图分类号:TN323+14文献标识码:A文章编号:025324177(2006)0921608204

1165Gy(Si)/s,分别在100,200,500,1000,2000,
1引言5000,10000Gy(Si)总剂量辐照后测量了其电参数,
包括集电极电流Ic,基极电流Ib,电流增益β.测试
早在20世纪50年代,Kroemer就提出了采用仪器为HP24142B(电压电流源/表)、HP216088B
宽禁带材料作发射区的HBT技术可大幅度提高晶(测试盒)和ICS分析系统.每次测试均在20min内
体管的频率性能[1].但由于受材料制备及器件工艺完成.
的限制,一直未做出性能良好的HBT.直到1987
年,IBM的Iyer制造了第一只有器件性能的SiGe
HBT[2],此后SiGe技术异军突起,发展迅速.由于
SiGeHBT具有高频、高电流增益、低温特性好等诸
多优点且具有Si基器件的“低成本”,应用极为广
泛[3].因此,SiGe材料和器件的研究已经成为半导
体研究的热点之一.
SiGeHBT的优点使其具有良好的空间应用前
景而空间辐射环境又要求电子元器件具有较好的
,图1SiGeHBT结构示意图
抗辐射性能,所以研究SiGeHBT的辐射效应、辐射Fig.1StructureofSiGeHBT
损伤机理、抗辐射能力评估方法和抗辐射加固技术
是十分必要的.国外已经开展了一些这方面的研究,退火试验是在室温搁置浮空状态下进行的,退
而国内相关报道极少.为促进国产SiGeHBT技术火总时间为188h.
的发展及其在航天领域的应用,此文研究了国产
SiGeHBT60Coγ射线辐照效应及退火特性,探讨3结果
了其损伤机理.
研究了SiGeHBT辐照和退火后直流参数的变
2实验化情况.和常规SiBJT一样,电流增益是SiGeHBT
最重要且对电离辐射最敏感的参数.图2给出了
实验样品为国产npn型SiGeHBT,其结构示SiGeHBT电流增益β在不同总剂量辐照后和辐照

意图如图1所示.辐照实验在中国科学院新疆理化结束后退火188h随Ic的变化关系.图3和图4为
60
技术研究所Coγ辐射源完成.辐照剂量率为Ib,Ic和电流增益随总剂量和退火时间的变化关系.

­通信作者.Email:[e-mail]

2006202227收到,2006204226定稿2006中国电子学会
第9期牛振红等:SiGeHBT60Coγ射线辐照效应及退火特性1609

从图2可以看出,随辐照总剂量增加,电流增益明显从图3可看到,随着辐照总剂量的增加,Ic没
下降,更为引人注意的是经过188h室温浮空退火后有发生明显的变化,其变化幅度最大仅为20%;而

电流增益在继续衰降,表明SiGeHBT具有后损伤Ib增大非常明显,在总剂量达到10kGy(Si)时,其值
效应.增大为辐照前的2114倍.从图3还可以看到,随着
3
退火时间增加,Ib在继续增大,在313×10min退

火后,Ib增大到最大,约为辐照前的2165倍,313×
3
10min后,Ib趋于饱和,直到188h退火试验结束,

基本上不再变化;Ic变化依然很小.

辐照和退火后Ib和Ic的变化,导致了电流增
益的变化,如图4所示.从图中可以明显看出,随着
总剂量的增加,电流增益逐渐衰降,在总剂量达到
10kGy(Si)时,电流增益衰降为辐照前的40%.在辐
照后的退火过程中,电流增益随时间增加继续退化,
在5×103min退火后,降为辐照前的32%,而后趋
于饱和.这进一步说明SiGeHBT具有后损伤效应.

图2SiGeHBT辐照和退火后电流增益随Ic的变化结