HBT热优化器件结构设计开题报告

 2023-03-02 11:39:02

1. 研究目的与意义

HBT,异质结双极型晶体管(Heterojunction Bipolar Transistor),是在双集结型晶体管(Bipolar Junction Transistor,BJT)的基础上,把发射区改用宽带隙的半导体材料,即同质的发射结采用了异质结来代替。异质结双极晶体管的主要特点是发射区材料的禁带宽度EgB大于基区材料的禁带宽度EgE。从发射区向基区注入的电子流Ip和反向注入的空穴流Ip所克服的位磊高度是不同的,二者之差为Eg=EgE-EgB,因而空穴的注入受到极大抑制。以SiGe HBT为例,它与Si BJT相比性能优越其根本在于前者发射结两边禁带宽度不一样。

射频功率放大器被广泛用于无线收发器、雷达等通信系统的重要组件中,随着通信技术的发展,功率放大器在线性度方面有了更严格的要求。功率放大器常常要工作于效率较低的回退区域,因此需要在匹配电路中添加额外的谐波滤波电路,这几大限制了功率放大器的宽带传输能力。

GaAs因其具有较高的光电转换率,高电子迁移率,直接跃迁型能带结构,现已成为重要的半导体光电材料。由于半导体材料的热吸收和热传导,激光辐照下GaAs材料表面会形成温度梯度引起热变形,从而影响器件的性能甚至损坏器件,并且在激光辐照半导体材料的过程中非线性吸收对温度场有一定的影响。

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2. 研究内容与预期目标

主要研究内容:

HBT器件由于其优异的高频功率特性而广泛应用于射频功放设计。由于GaAs材料的散热性能较差,大功率输出产生严重热效应,致使器件性能退化。为得到优良输出性能的功率器件,应解决热效应瓶颈问题。本课题拟通过对HBT器件内部热生成机制研究,分析掺杂浓度、电流密度、电场强度等因素对热源大小的影响,进而通过优化次集电极结构减小热源。借助于仿真软件Silvaco,得到自热效应优异的HBT优化结构。

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3. 研究方法与步骤

拟采用的方法:

先对热生成原因进行研究,其次探索热源集中处规律,最后以设计器件结构减少热源的方式来达到减小热源、降温的目的。

步骤:

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4. 参考文献

[1] 周守利,崇英哲,黄永清等. 考虑自热效应的重掺杂AlGaAs/GaAs HBT电流特性分析[J]. 电子器件,2004:559-563.

[2] 赵磊. GaAs HBT/GaN HEMT器件热生成机制及其热性能仿真与可靠性分析[D]. 广东工业大学, 2013.

[3] 王磊,文耀普. 一种微波功率放大器的热设计与验证方法[J]. 航天器工程,2011,02:52-56.

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5. 工作计划

(1)2022.2.21-2022.2.27查阅资料;

(2)2022.2.28-2022.3.6完成外文资料的翻译;

(3)2022.3.7-2022.3.13完成开题报告;

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