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文檔簡介

《微電子概論（第3版）IntroductiontoMicroelectronics郝躍賈新章史江一》SecondEdition1.基區串聯電阻2.4.5BJT功率特性2.基區橫向壓降與發射極電流集邊效應3.功率BJT的交叉梳狀結構版圖設計目錄4.外延結構晶體管4.外延結構晶體管

(1)早期晶體管存在的頻率-功率特性矛盾

早期的平面晶體管中，襯底材料同時起集電區的作用。為了保證晶圓的強度，在工藝加工過程中不易破碎，襯底厚300μm左右，而BJT核心部分只在表面幾μm范圍。早期分立BJT剖面圖

4.外延結構晶體管

(1)早期晶體管存在的頻率-功率特性矛盾

要增大BJT輸出功率，則電源電壓較高，

要求BJT具有較高的擊穿電壓，這就要求提高

ρc

。

由于采用低摻雜的襯底材料，則集電區串聯電阻RC偏大，導致特征頻率fT必然較低。

因此早期大功率晶體管只能工作于較低頻率。早期分立BJT剖面圖

4.外延結構晶體管

(1)早期晶體管存在的頻率-功率特性矛盾

為了提高BJT的fT，要求減小集電區串聯電阻RC，為此要求降低集電區材料的電阻度ρc，則BC結擊穿電壓必然偏低。

因此早期高頻晶體管的輸出功率均較低。

很難實現同時具有高頻、大功率性能的BJT。早期分立BJT剖面圖

4.外延結構晶體管

(2)外延晶體管結構

如果采用低電阻率材料襯底，在襯底上采用外延技術生長一層電阻率較高的薄外延層，然后在外延層上制作晶體管，這就稱為外延晶體管結構。

早期晶體管結構為

而外延晶體管結構為

外延BJT4.外延結構晶體管

(3)外延結構晶體管的優點

高阻外延層作為集電區使得集電區摻雜濃度NC較低，滿足了對功率晶體管高擊穿電壓的要求；

低電阻率的襯底則使得集電區摻雜濃度NC較高，降低了集電區串聯電阻RC，滿足了高頻晶體管提高特征頻率的要求。

外延BJT4.外延結構晶體管

(3)外延結構晶體管的優點

在半導體器件發展史上，隨著外延技術的發明，出現了外延結構晶體管，解決了BJT高頻與大功率要求之間的矛盾，明顯提高了晶體管的功率-頻率特性，出現了高頻大功率晶體管。

現代雙極晶體管，無論是分立BJT器件或者集成電路中的BJT，基本都是采用外延結構BJT。

外延BJT4.外延結構晶體管

(4)外延層參數（外延層厚度與電阻率）的設計考慮

①按照不發生外延層穿通的要求確定外延層厚度

為了在CB結擊穿之前不發生外延層穿通，外延層厚度depi應滿足下述要求：

記BC結擊穿時CB結勢壘區寬度為xdm，其中向集電區一側擴展的范圍為(xdm)C

注：生長dSiO2厚度氧化層消耗0.44dSiO2厚度的硅

外延BJT4.外延結構晶體管

(4)外延層參數（外延層厚度與電阻率）的設計考慮

②按照擊穿電壓要求確定外延層電阻率

首先由偏置電壓VCE確定對BVCE的要求

再根據BVCE和BVCB的關系由BVCE確定對BVCB的要求

最終根據pn結擊穿電壓與輕摻雜一側摻雜濃度的關系，由BVCB確定

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