SOI SiGe HBT结构与集电区模型研究.docx

SOISiGeHBT结构与集电区模型研究
SOISiGeHBT结构与集电区模型研究
摘要：
本文针对SOISiGeHBT（SilicononInsulatorSiliconGermaniumHeterojunctionBipolarTransistor）器件进行了研究，重点探讨了该结构的集电区模型。首先介绍了SOISiGeHBT器件的特点及制备工艺，包括了SOI技术、SiGe材料的选择和HBT器件的制备过程。接着分别从结构特点和物理特性两方面，对SOISiGeHBT器件进行了深入分析，包括泄漏电流、噪声性能等方面。最后，针对该器件的集电区模型进行了研究，建立了集电区等效电路模型，给出了相应的参数计算公式，对于SOISiGeHBT器件领域的研究有一定的参考意义。
关键词：SOISiGeHBT；集电区模型；等效电路模型；参数计算公式
一、引言
随着信息技术和通信技术的不断发展，高速、高频、低功耗的微电子器件得到了广泛的关注。SilicononInsulatorSiliconGermaniumHeterojunctionBipolarTransistor（SOISiGeHBT）器件因具有高迁移率、高开关速度和低噪声等优点，成为了当前高频集成电路中的热门研究方向之一。SOI技术和SiGe材料的应用使得该器件具有了更优越的性能，并且可以满足高速、高性能和低功耗应用的需求。其中集电区的特性对于整个器件的性能至关重要，因此本文从集电区模型的角度对SOISiGeHBT器件进行研究。
二、SOISiGeHBT器件特点及制备工艺
SOISiGeHBT器件中，SOI技术是关键之一。SOI技术主要是将薄层的硅片分为三层，中间为绝缘层，上下层为硅层。SOI技术能够提高器件的集成度，降低串扰和耗能。此外，SiGe材料的应用可以有效提高器件的迁移率，加快器件的开关速度。HBT器件制备过程较为复杂，主要包括有机金属化学气相沉积、光学刻蚀和液相蚀刻等过程。
三、SOISiGeHBT器件分析
1.结构特点分析
SOISiGeHBT器件主要由p型基底、n+发射区、p+基区、n+集电区和SiGe/Si异质结的等五个区域组成。其中，n+发射区和p+基区形成np结，SiGe/Si异质结形成Gummel图中的基电容Cb，n+集电区将载流子收集到外部回路中。
2.物理特性分析
npn型晶体管中的InJunction三极管是通过电子从n发射区流入p基区，再以空间电荷区拦截到p的集电区而形成的。而在SOI结构中n+耗尽层尺寸变小，且由于异质结种p区宽，因此，SOI结构的载流子密度受到抑制，进而影响其射极电流的增益和噪声性能。
四、SOISiGeHBT器件的集电区模型研究
1.集电区等效电路模型建立
式子如下：
|Ic|=|h21*Ib|（h21初始放大倍数）
|Ic|=|α*Ib|（α：静态集电极发射系数）
所以，考虑到B-E极组成的晶体管放大器中IBE倍数转化为ICB倍数是大于1的，有：
|h21|=|ICB/IBE|
结果：
|h21|=|f(Eb)|（h21与BE电压有关）
从上述方程可知，集电区中的电容Cb的增加会导致h21的降低，进而影响其工作特性。SOISiGeHBT器件的最大集电电流受到SiGe/Si异质结（Cb）和耗尽层容量的制约。若考虑n+极区内的固有电容Cj，加入到等效电路中，则有ICB和ICB+Ij两种工作状态。
2.集电区等效电路模型参数计算公式
对于SOISiGeHBT器件的散热特性、电场分布、集电区电容等参数都需要进行计算。以下是一个基本的集电区等效电路模型的计算公式：
（1）总集电区电容：CT（pF）=Cb+Cj+Cdc（Cdc：补偿电容）
（2）SOISiGeHBT器件的内部功率损失：Pl（W）=Ic*Vce（V）
（3）集电极串阻电容：Cd（fF）=gd*Cd，其中Cb：等效于基电容，Cd：等效于集电极串阻电容，gd：集电极串阻阻抗
（4）集电极输入电容：Cie（fF）=Cd/（1+gm*Re）（gm：转移导纳，Re：追状电阻）
（5）Ic-Vce关系的斜率：SE=1/VSAT（VSAT：集电极饱和偏压）
以上公式可以帮助分析SOISiGeHBT器件的各项性能。
五、结论
本文通过对SOISiGeHBT器件的分析和研究，建立了集电区等效电路模型并给出了相应的参数计算公式。这对于SOISiGeHBT器件领域的研究有一定的参考价值，可以为该领域的相关研究提供参考。