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碳化硅禁带宽、击穿电场大、热导率高、电子饱和漂移速度快,在高温、高频、高辐射环境下有重要的应用前景,4H-SiC双极晶体管越来越受到人们的重视。本文对4H-SiC BJT的共射极电流增益及交流频率特性进行模拟和分析。主要工作如下:
建立了适用于4H-SiC BJT直流模拟的结构和物理模型,并用此模型对器件的直流特性进行模拟。考虑了SiC/SiO2界面态和发射区-基区外延层界面态引起的基区表面复合和发射结空间电荷区复合,建立了基于发射极电流集边效应的数值模型。该模型准确地反映了器件的真实工作特性。研究了影响器件直流增益的各种因素:分析了两种界面态对电流增益的不同影响,发现发射区.基区界面态是限制4H-SiC BJT电流增益的主要原因。对器件的高温直流特性进行了讨论,证明了4H-SiC BJT具有在300℃以上高温工作的能力。最后分析了器件电流增益随时间的退化,用简单的理论解释了堆垛缺陷对电流输运的影响。基于优化的器件模型,利用二端口网络分析和S参数模型,对4H-SiC RF BJT进行了交流小信号分析,提取的器件截止频率,最高振荡频率分别为3GHz和7.3GHz,证明了4H-SiC RF BJT的L波段RF应用潜力。同时分析了界面态对频率特性的影响,结果表明,界面态的存在并没有降低fT和fmax,优化基区的设计才是频率特性提高的关键。
本文建立起来的模型模拟得到的结果和国外的实验结果较为一致,证明了在模拟软件中建立的数值模型是可信的,为进一步在实验中对4H-SiC双极晶体管进行研究提供了有力的支持。