微波功率SiGe HBT與基于虛襯底的SiGe HPT的研制.pdf

1、隨著無線通信和光纖通信技術的發(fā)展與融合，對組成通信系統(tǒng)的光電子器件性能和成本的要求日益提高。傳統(tǒng)的Si材料器件以其成熟的工藝技術具有高集成和低成本優(yōu)勢，但是由于受到Si材料自身特性和器件結構的限制，無法滿足高速的要求。SiGe異質結晶體管(HBT)利用了能帶工程和成熟的Si微電子工藝，頻率特性得到了質的飛躍，在無線通信領域得到了廣泛應用；與此同時，引入具有內部增益的SiGe異質結光晶體管(HPT)，發(fā)揮與SiGe HBT結構工藝完全兼容

2、的優(yōu)勢，拓展了Si基材料和器件在光纖通信領域的應用。但是，SiGe HPT由于吸收區(qū)Ge組分和厚度受到Si襯底的限制，在光纖通信波段無法獲得較高的響應度。本文以提高SiGe HBT的功率和頻率特性、SiGe HPT的響應度和響應波長為目的，在SiGe HBT和HPT理論設計、材料制備和器件研制三方面開展了研究工作。取得了以下主要成果： (1)參與完成了新型國產雙生長室UHV/CVD系統(tǒng)的安裝與調試，并通過大量的生長實驗優(yōu)化了Si

3、Ge材料的生長條件，總結出Ge組分、生長速率和摻雜濃度隨源流量、溫度等條件的生長動力學規(guī)律，為SiGe HBT和HPT的制備奠定了材料基礎。 (2)設計并制備了工作在L波段(1～2GHz)的微波功率SiGe HBT。定量研究了Ge組分對SiGe HBT性能的影響，發(fā)現(xiàn)當基區(qū)Ge組分從0.20增加到0.23時，導致SiGe HBT電流增益從60提高到158。當基極為電壓和電流輸入時，觀察到SiGe HBT分別呈現(xiàn)正、負兩種相反的熱

4、電反饋現(xiàn)象，并采用電壓源與電阻串聯(lián)的輸入方式，實現(xiàn)了SiGe HBT自加熱特性的自補償，解決了功率SiGe HBT自加熱問題。 (3)采用氧化法制備了高質量Si基和SOI基SiGe弛豫襯底，并建立了SiGe氧化動力學模型。在模型中首次引入了氧化物中應力的作用，發(fā)現(xiàn)并證實了SiGe氧化速率增強是由于氧氣在氧化物中的擴散激活能較低所導致，修正了以往人們認為由于Ge-Ge鍵能比Si-Si鍵能更弱的觀點，并合理解釋了一直頗具爭議的SiG

5、e氧化自停止現(xiàn)象。 (4)系統(tǒng)地研究了SiGe弛豫襯底二次外延中表面熱處理方法。發(fā)現(xiàn)了高溫脫氧時SiGe薄膜表面形成Ge島，通過改變SiGe薄膜中的Ge組分可實現(xiàn)Ge島大小和密度的調控，為制備Ge量子點提供了新的方法；而采用高溫脫氫時，發(fā)現(xiàn)SiGe表面形成坑，通過優(yōu)化脫氫溫度在550℃獲得良好的表面形貌，并應用于高質量SiGe材料的二次外延，解決了SiGe弛豫襯底二次外延中表面處理這一難題。 (5)創(chuàng)新性地提出了基于Si