Диссертация (1091199), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Видно, чтоSPICE-моделированиеобеспечиваютвысокуюточностьсоответствиярасчётныхиэкспериментальных выходных ВАХ при напряжениях вплоть до лавинного умножения (данныйэффект не учитывался в SPICE-модели). Таким образом, для исследований на постоянном токерезультаты могут быть верифицированы с помощью SPICE-моделей.Рис. 3.63 Результаты сопоставления выходных ВАХ npn-транзистора (4n6gcy16), полученныхна основе измерений (пунктирные линии) и моделирования с помощью SPICE-моделейа)б)в)Рис.
3.64 Фотографии специализированных транзисторных кристаллов: а) npn и б), в) pnpНа рис. 3.65, 3.66 представлено сопоставление ВФХ для npn- и pnp-транзисторовсравниваемых технологических процессов. Видно, что емкости эмиттерных переходовразличаются значительно меньше, чем емкости коллекторных переходов как для npn- и для pnpтранзисторов. Существенная разница в значениях емкости коллекторного перехода может бытьобусловлена разницей в площади перехода, что определяется большими проектными нормамиисследуемого КБТП.
Стоит также отметить, что степень симметрии емкостей КБТ дляисследуемого КБТП уступает симметрии процесса HJV. Отношение емкостей (U = 0 В)эмиттерного и коллекторного переходов КБТ для исследуемого процесса составляет не менее0,70, тогда как для процесса HJV отношение емкостей – не менее 0,87. Это также обусловленоотказом от применения критичных технологических операций.119а)а)б)Рис.
3.65 Сопоставление емкостей а) эмиттерного и б) коллекторного переходовnpn-транзистора исследуемого КБТП и процесса HJVб)Рис. 3.66 Сопоставление емкостей а) эмиттерного и б) коллекторного переходовpnp-транзистора исследуемого КБТП и процесса HJVОсобое внимание стоит обратить на результаты сопоставления пробивного напряженияэмиттер-база(рис. 3.67),посколькувсравниваемыхтранзисторахиспользуетсясамосовмещение областей эмиттера и базы. Для npn-транзистора пробивное напряжение UБЭ0существенно больше в сравнении с транзисторами из процесса HJV. Для pnp-транзистора,напротив, значение UБЭ0 транзисторов исследуемого КБТП уступает HJV.
Представленнаякартина, как уже отмечалось, наблюдается из-за невозможности полностью симметрироватьобласти пассивной базы транзисторов КБТП.а)б)Рис. 3.67 Результаты сопоставления IЭ = f(UЭБ) для транзисторов исследуемого КБТП ипроцесса HJV: а) npn и б) pnp120С учетом представленных графиков стоит сделать ряд выводов:- выбор режима формирования активной базы для исследуемого КБТП позволяетобеспечить разницу между максимумами коэффициентов усиления по току не более 15 %;- максимальное соответствие коэффициентов усиления удается обеспечить призначениях пробивного напряжения не менее 12 В.- для исследуемых КБТ значения граничной частоты превышают как экспериментальныезначения, так и теоретические, полученные с помощью SPICE-моделирования.3.3 Выводы1.
При формировании комбинированной изоляции СВЧ КБТП должны применятьсяскрытый слой n–, сформированный имплантацией фосфора с глубиной не менее 2,7 мкм, иглубокая щелевая изоляция не менее 5 мкм.2. Для повышения показателя качества fT×UКЭ0 pnp-транзистора и симметрировании его сnpn-транзистором должен применяться градиентный профиль распределения примеси, длясоздания которого должны применяться двойная имплантация при формировании областиперекомпенсации.3. Для выбранной последовательности технологических операций максимальная степеньсимметрии параметров пассивной базы КБТ получена при имплантации As (E = 120 кэВ,Q = 1500 мкКл/см2) и BF2 (E = 20 кэВ, Q = 250 мкКл/см2) для отжига t = 10 мин., T = 1000 oC,атмосфера – сухой кислород, что обеспечивает пробивное напряжение UБЭ0 > 2,5 В (IЭ =10–6 А/мкм) для КБТ.4.
Симметричные значения граничной частоты более 11 ГГц КБТ (разбаланс граничнойчастоты не более 20 %) могут быть обеспечены применением ионной имплантации с энергиейE > 10 кэВ, при отжиге активной базы/эмиттера t = 10 мин. ± 20 %, T = 900 oC и скоростивыхода на режим 10 oC/мин.5. Обеспечениесоответствиязначенийстатическихпараметровтранзисторовисследуемого КБТП и процесса HJV компании Plessey Semiconductor возможно за счётуправления дозой имплантации активной базы без изменения режимов отжига.6. Показатели качества fT×UКЭ0 КБТ исследуемого процесса, оптимизированного постатическим параметрам, превосходят показатели транзисторов процесса HJV.7. Отношение емкостей (U = 0 В) эмиттерного и коллекторного переходов КБТ дляисследуемого процесса составляет не менее 0,70, тогда как для процесса HJV отношениеемкостей – не менее 0,87.121ГЛАВА 4 ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КБТПКак было показано в главе 1, расширение элементного базиса КБТП без существенногоизменения технологического процесса возможно за счет построения диодов Шоттки и полевыхтранзисторов с управляющим p-n переходом.
В рамках данного раздела представленырезультаты определения оптимальных конструктивных вариантов указанных элементов дляисследуемого технологического процесса.4.1 Интегральные диоды ШотткиОсновные конструкции интегральных СВЧ диодов Шоттки, как показано в 1 главе,имеют следующий вид:- топология с единичными контактами анода и катода;- топология с множественными контактами, чередующимися между собой, в том числекольцевая топология.Стоит представить результаты исследования двух типов конструкций диодов Шоттки врамках стандартной биполярной технологии с изоляцией обратно-смещенным p-n переходом.Конструкция такого интегрального диода Шоттки была представлена на рис. 1.20.На рис. 4.1 – 4.4 представлены двумерные распределения потенциала и плотности токадля структур с различными расположениями контактов анода.
Видно, что кольцевая топологияобеспечивает снижение последовательного сопротивления и равномерное растекание тока поструктуре. Также стоит отметить, что вне зависимости от варианта расположения двухконтактов катода или анода показано, что для кольцевой конструкции обеспечиваетсяравномерное растекание тока.Количественное сопоставление конструкций диодов Шоттки, показывает, что в случаеодного центрального анода емкость на 30 % меньше, чем в случае 2-х контактов анода. Приэтом сопротивление для такого варианта всего на 7 % больше, чем для второй конструкции. Врамках биполярной технологии расчётное значение частоты среза для конструкции c однимцентральным анодом составило fC = 259 ГГц.а)б)Рис.
4.1 Распределение потенциала по структуре диода Шоттки:(а) два анода с одной стороны; (б) два анода с двух сторон122а)б)Рис. 4.2 Распределение потенциала по структуре диода Шоттки:(а) два анода с одной стороны; (б) два анода с двух сторона)б)Рис. 4.3 Распределение потенциала по структуре диода Шоттки:конструкции (а) с двумя анодами и (б) двумя катодамиа)б)Рис. 4.4 Распределение плотности тока по структуре диода Шоттки:конструкции (а) с двумя анодами и (б) двумя катодамиВыбранная конструкция диода Шоттки имеет существенное ограничение: примасштабировании за счёт увеличения длины контактов, максимальная длина контактовограничена плотностью тока, которую способен пропустить проводник через меньшую сторону.При использовании только двух контактов, отвод тока может происходить и с большой стороныпроводника контакта. Решением данной проблемы должно являться усложнение топологиидиодов за счет использования многоуровневой металлизации.
Тем не менее, даннаяконструкция позволяет увеличить значение частоты среза, что наилучшим образом подходитдля построения СВЧ диодов Шоттки в технологических процессах с применением большихпроектных норм.Дальнейшие исследуемые диоды Шоттки, если это не будет оговорено отдельно, будутиметь выбранную конструкцию.1234.1.1 Технологические особенностиПеред представлением результатов по оптимизации параметров диодов Шоттки,интегрированных в исследуемый КБТП, стоит рассмотреть ряд технологических особенностейдиодов Шоттки для стандартных биполярных технологических процессов.Поскольку для построения СВЧ МИС преобразователей частоты с применением диодовШоттки важным является качество пассивных элементов, то для повышения их добротностизачастую в качестве исходной кремниевой подложки применяют материал с высоким удельнымсопротивлением.
Оценка влияния сопротивления подложки (ρ = 5 – 100 Ом∙см) на основныепараметры ДШ показывает: увеличение сопротивления подложки с 5 до 100 Ом∙см приводит квозрастанию последовательное сопротивление ДШ в 1,5 раза. При этом существенноеувеличение наблюдается после 25 Ом∙см. Причиной этого является снижение диффузии вэпитаксиальный слой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
