负阻异质结晶体管（NDRHBT）的模拟与实验研究

论文摘要

本论文围绕着“负阻异质结晶体管的研究”这一科研项目,对InGaP/GaAs体系和AlGaAs/GaAs体系超薄基区负阻HBT、InGaP/GaAs体系双基区负阻HBT进行了模拟研究和实验研究。首先在理论上对这两种结构的负阻特性的原理进行了分析,并利用SILVACO的器件模拟软件ATLAS对这两种器件进行研究。根据器件模拟得到的器件I/V特性曲线,分析了负阻特性产生机理。并进行了器件的材料设计与制备、器件的结构和版图设计以及芯片工艺流水。将器件模拟结果与器件实际测试结果结合起来,对负阻物理机制进行进一步的分析。本论文主要的研究成果如下:1、通过对器件模拟结果和测试结果的比较分析,提出了超薄基区负阻HBT的负阻产生机制——双极管-体势垒管转换机制,对超薄基区负阻HBT的电压和电流控制型负阻以及各种影响负阻特性的因素进行了分析;2、采用选择性湿法化学腐蚀研制出8nm厚度基区的InGaP/GaAs体系超薄基区负阻HBT;首次在同一器件上观察到电压控制型负阻和电流控制型负阻两种负阻形式;3、采用选择性湿法化学腐蚀研制出8nm厚度基区的AlGaAs/GaAs体系超薄基区负阻HBT,并观察到明显电压控制型负阻特性;4、将硅基平面工艺双基区晶体管概念与HBT结构和工艺相结合,对双基区负阻HBT进行了器件模拟。设计并研制了InGaP/GaAs体系双基区负阻HBT。因工艺原因,电压控制型负阻有多种表现形式,结合器件模拟和实验结果对负阻特性的各种影响因素进行了分析。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 负阻器件的发展现状
• 1.3 异质结晶体管HBT 的基本原理及发展现状
• 1.4 本论文研究内容
• 第二章 负阻HBT器件材料制备和结构设计
• 2.1 分子束外延生长技术
• 2.2 超薄基区负阻HBT 的设计与工艺
• 2.2.1 超薄基区HBT 材料设计
• 2.2.2 超薄基区HBT 的器件结构和版图设计
• 2.2.3 超薄基区HBT 的制作工艺流程
• 2.2.4 腐蚀监测和合金条件的把握
• 2.3 双基区负阻HBT 的设计与工艺
• 2.3.1 双基区HBT 的材料、结构和版图设计
• 2.3.2 双基区负阻HBT 的的制作工艺流程
• 第三章 超薄基区负阻HBT的模拟、测试与分析
• 3.1 半导体器件模拟方法介绍
• 3.1.1 器件模拟的意义
• 3.1.2 器件模拟的求解过程
• 3.1.3 器件模拟软件ATLAS
• 3.2 超薄基区负阻HBT 的器件模拟及分析
• 3.2.1 负阻HBT 的研究背景和原理分析
• B的影响'>3.2.2 基区宽度W_B的影响
• B的影响'>3.2.3 基区掺杂浓度N_B的影响
• B对恒压负阻特性的影响'>3.2.4 V_B对恒压负阻特性的影响
• B对恒流负阻特性的影响'>3.2.5 I_B对恒流负阻特性的影响
• 3.3 超薄基区HBT 负阻机制的分析
• 3.3.1 超薄基区产生负阻的物理机制
• 3.3.2 对恒定电压和恒定电流两种模式负阻的解释
• 第四章 双基区负阻HBT的模拟、测试与分析
• 4.1 硅基平面双基区晶体管的研究进展
• 4.2 双基区负阻HBT 的器件模拟
• 4.2.1 双基区负阻HBT 的基本原理分析
• B对负阻特性的影响'>4.2.2 基极电压V_B对负阻特性的影响
• g对负阻特性的影响'>4.2.3 刻槽宽度W_g对负阻特性的影响
• B对负阻特性的影响'>4.2.4 基区宽度W_B对负阻特性的影响
• 4.3 双基区负阻HBT 负阻机制的分析
• 第五章 结束语
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 附录
• 致谢