高压功率器件的设计.pdf

中国科技论文在线压功率器件的设计蔡晨晨,郁万里,李晓中国矿业大学信息与电气工程学院,徐州(221008)摘要:现代移动通信以及微波通信的发展,对微波大功率、低噪音半导体器件的要求日渐提高,而且由于现代通信对高频带下高性能和低成本的RF组件的需求,传统的Si材料器件无法满足这些性能上新的要求。同时为了与传统的Si工艺兼容,降低制造成本,人们提出了SiGe/Si器件。SiGe异质结双极晶体管SiGeHBT的高频性能大大优于Si双极晶体管(SiBJT),并在某些方面优于AlGaAs/GaAsMESFET,所以SiGeHBT具有广阔的应用前景。关键字:SiGe异质结双极型晶体管;低噪声;微波;大功率中图分类号:,现代通讯系统的工作频率较高(例如手机工作频率都已经达到并超过GHz),因此实际应用中对微波功率晶体管的高频特性要求很高。***化镓(GaAs)微波功率晶体管具有较好的高频性能,在较高频段中占有重要地位,但GaAs器件与Si器件制备工艺不兼容,两种器件难于集成,并且GaAs器件造价也很高,因此只有在硅基器件不能胜任的频段才会使用GaAs微波功率器件。SiGeHBT具有良好的散热性能,适合于功率放大以及电路集成的应用。本文主要针对SiGeHBT在无线通信以及移动通讯系统等方面的应用要求,对SiGeHBT异质结晶体管的工作原理及性能等进行理论研究和分析,综合考虑设计的要求,完成研究设计工作频率1GHz的SiGeHBT,主要设计指标如下:功率增益Kp=12dB,输出功率Po=2W,=5V,工作频率f=1GHz。,因而其制造成本很低,用它作为双极型晶体管的基极,既能提高晶体管的性能,又能提高设计晶体管的灵活性。SiGeHBT可以得到很高的电流增益,可以通过提高基区掺杂浓度而降低基区电阻,并且可以通过减小基区宽度而[1]提高晶体管的特征频率fT。目前应用较多的是GaAs-AlxGa1-xAs超晶格结构,这是因为这两种化合物的晶格常数基本上相等,并且两者的带隙宽度相差很大,但随着SiGe技术的不断改进和提高,SiGe器件可以与GaAs器件媲美,同时SiGeHBT有很多优点是GaAsHBT以及SiBJT不可具备的。,SiGeHBT有以下优点:(1)电流增益显著提高。由于SiGeHBT的发射结导带势垒很低,有利于电子的发射,而价带的势垒增大,阻碍了基区空穴向发射区反向注入,从而大大削弱了基极电流,提高了发射效率,同样偏置条件下,集电极电流明显增大,电流增益b得到显著提高。(2)基区掺杂浓度可以做得很高,大大降低了基区电阻,从而缩短了电路的RC延迟时间,降-1-中国科技论文在线了徽波应用中的噪声,提高了最高振荡频率fmax,此外,高掺杂基区还可避免基区穿通。(3)由于发射结上的电压降很小,因而发射极电流密集少,发射极电流集边效应可大大减小。(4)工作频率得到了很大提高。由于SiGeHBT器件基区可做得很薄,而且可以通过基Ge组分的缓变,产生一个自建电场来加速注入电子输运,因而大大缩短了基区渡越时间,提高了器件的工作频率。(5)工作阻度范围较宽,低温特性优良。(6)SiGe