本发明专利技术公开了一种应变硅异质结双极晶体管，尤其是同时具有大电流增益和高击穿电压的超结集电区应变硅异质结双极晶体管。所述晶体管采用SiGe虚拟衬底结构，并在弛豫SiGe集电区中引入n型柱区和p型柱区交替排列的超结结构，其上分别外延生长应变SiGe基区和应变Si发射区。所述晶体管在弛豫SiGe集电区上外延生长应变SiGe基区可有效提高SiGe基区内Ge含量，增大发射区和基区间的带隙差，从而达到提高发射效率、增大器件电流增益的目的。同时，所述晶体管在集电区采用超结结构，可引入横向电场，改善集电区电场分布，从而达到提高器件击穿电压的目的。与常规的功率异质结双极晶体管相比，所述晶体管在保持优异高频特性的同时电流增益更大，击穿电压更高，可有效拓展异质结双极晶体管在射频和微波功率领域的应用。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种应变硅异质结双极晶体管，尤其是同时具有大电流增益和高击穿电压的超结集电区应变硅异质结双极晶体管。所述晶体管采用SiGe虚拟衬底结构，并在弛豫SiGe集电区中引入n型柱区和p型柱区交替排列的超结结构，其上分别外延生长应变SiGe基区和应变Si发射区。所述晶体管在弛豫SiGe集电区上外延生长应变SiGe基区可有效提高SiGe基区内Ge含量，增大发射区和基区间的带隙差，从而达到提高发射效率、增大器件电流增益的目的。同时，所述晶体管在集电区采用超结结构，可引入横向电场，改善集电区电场分布，从而达到提高器件击穿电压的目的。与常规的功率异质结双极晶体管相比，所述晶体管在保持优异高频特性的同时电流增益更大，击穿电压更高，可有效拓展异质结双极晶体管在射频和微波功率领域的应用。【专利说明】超结集电区应变硅异质结双极晶体管
本专利技术涉及应变硅异质结双极晶体管，特别是用于功率放大器、GPS导航定位系统、移动通信系统、交通系统自动监测等大功率射频和微波领域的具有高击穿电压大电流增益的超结集电区应变硅异质结双极晶体管。
技术介绍
SiGe异质结双极晶体管(heterojunction bipolar transistor,HBT)在具有高电流处理能力、大电流增益和高厄利电压的同时，还具有优异的高频特性，现已广泛应用于移动电话系统、蓝牙、卫星导航系统、相控阵天线系统、汽车雷达等射频和微波电路中。特别是随着第四代SiGe工艺的全面提升，SiGe HBT将在毫米波雷达、Gb/s级无线局域网(WLAN)以及100Gb/S以太网等亚太赫兹(>500GHz)应用领域中扮演越来越重要的角色。SiGe HBT采用“能带工程”在基区引入Ge组分，使基区禁带宽度小于发射区禁带宽度，此时注入效率不再单纯由发射区和基区掺杂浓度比来决定，而主要由发射区和基区的禁带能量差来决定，因此器件可获得更高的电流增益，同时可采用基区重掺杂以获得更好的频率特性。然而，常规SiGe HBT通常生长在Si衬底上，对于一定厚度的基区，随着Ge组分的增加，基区禁带 过其临界应力时，Si原子和Ge原子将产生失配错位进而导致晶格缺陷，退化器件性能，因此器件电流增益的提高将受到限制。此外，随着SiGe HBT特征频率的提高，器件的击穿电压随之下降，从而导致器件的输出功率和射频系统的信噪比降低，这严重限制了 SiGe HBT的微波功率应用。因此，如何设计一种面向微波大功率领域应用的兼具大电流增益、高击穿电压的功率SiGe HBT具有重要的理论和实际意义。
技术实现思路
本专利技术公开了一种超结集电区应变硅异质结双极晶管。一种超结集电区应变硅异质结双极晶体管，其特征在于:包括SiGe虚拟衬底(10)，弛豫SipyGey次集电区(11)，弛豫SipyGey集电区(12)，超结η型柱区(13)，超结P型柱区(14)，本征应变SihGex缓冲层(15)，应变SipxGex基区(16)，应变Si发射区(18)；所述超结η型柱区(13)和所述超结P型柱区(14)位于所述弛豫Si^yGey集电区(12)内且对应多晶硅层(19)正下方的集电区区域为所述超结η型柱区；所述超结η型柱区(13)和所述超结P型柱区(14)在保证其对应应多晶硅层(19)正下方的集电区区域内为超结η型柱区的同时，所述超结η型柱区(13)和所述超结P型柱区(14)沿器件横向方向交替排列；所述应变SihGex基区(16)中的Ge组分含量χ大于所述弛豫Si^yGey次集电区(11)和所述弛豫SipyGey集电区(12)中的Ge组分含量y，且y>0。优选地，所述超结η型柱区(13)和所述超结P型柱区(14)宽度和浓度均相等，且所述超结η型柱区(13)和所述超结P型柱区(14)的宽度大于或等于位于二氧化硅(SiO2)层(20)之间的多晶硅(poly)层(19)的宽度，浓度小于或等于弛豫Si^yGey集电区(12)的杂质浓度。优选地，所述晶体管的应变SihGex基区(16)中的Ge组分含量χ大于或等于0.3，且弛豫SipyGey次集电区(11)和弛豫Si^Gey集电区(12)中的Ge组分含量y需满足0〈y〈x。该晶体管采用“应变硅技术”直接生长在SiGe虚拟衬底上，同时发射区采用拉应变Si材料、基区采用压应变SiGe材料来调节应力实现发射区与基区界面处的晶格匹配，进而很好地解决了上述Ge组分与SiGe层临界厚度之间的矛盾，与同等条件下生长在Si衬底上的常规SiGe HBT相比，采用虚拟衬底技术可使应变硅HBT实现更高的基区Ge组分，为器件电流增益的大幅提升带来可能。此外，该晶体管在集电区引入交替分布的超结η型柱区和超结P型柱区，相邻η型柱区和P型柱区产生的耗尽层将引入横向电场，改善集电区电场分布，从而显著提高器件的击穿电压。与常规SiGe HBT相比，本专利技术的超结集电区应变硅HBT同时具有大电流增益和高击穿电压特性，且具有较好的频率特性，适用于射频微波大功率应用领域。【专利附图】【附图说明】结合附图所进行的下列描述，可进一步理解本专利技术的目的和优点。在这些附图中:图1示例了本专利技术实施例的几何结构平面图；图2示例了本专利技术实施例的电流增益随集电极电流的变化关系；图3示例了本专利技术实施例对功率器件集电区电场分布的改善；图4不例了本专利技术实施例对功率器件击穿电压BVceq的改善；图5示例了本专利技术实施例对功率器件击穿电压BVero的改善；图6示例了本专利技术实施例的特征频率随集电极电流的变化关系。【具体实施方式】本专利技术实施例以单指超结集电区应变硅HBT为例，对本
技术实现思路
进行具体表述。本专利技术涉及领域并不限制于此。实施示例:SiGe HBT的电流增益β主要由发射区和基区的禁带能量差决定，β的表达式可表示为:【权利要求】1.一种超结集电区应变硅异质结双极晶体管，其特征在于: 包括SiGe虚拟衬底(10)，弛豫SipyGey次集电区(11)，弛豫Si^yGey集电区(12)，超结η型柱区(13)，超结P型柱区(14)，本征应变SihGex缓冲层(15)，应变SipxGex基区(16)，应变Si发射区(18)； 所述超结η型柱区(13)和所述超结P型柱区(14)位于所述弛豫SipyGey集电区(12)内且对应多晶硅层(19)正下方的集电区区域为所述超结η型柱区； 所述超结η型柱区(13)和所述超结P型柱区(14)在保证其对应应多晶硅层(19)正下方的集电区区域内为超结η型柱区的同时，所述超结η型柱区(13)和所述超结P型柱区(14)沿器件横向方向交替排列； 所述应变SihGex基区(16)中的Ge组分含量χ大于所述弛豫Si^yGey次集电区(11)和所述弛豫Si^Gey集电区(12)中的Ge组分含量y，且y>0。2.根据权利要求1所述的超结集电区应变硅异质结双极晶体管，其特征在于:所述超结η型柱区(13)和所述超结P型柱区(14)宽度和浓度均相等，且所述超结η型柱区(13)和所述超结P型柱区(14)的宽度大于或等于位于二氧化硅层(20)之间的多晶硅层(19)的宽度，浓度小于或等于弛豫Sii_yGey集电区(12)的杂质浓度。3.根据权利要求1所述的超结集电区应变硅异质结双极晶体管，其特征在于:本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种超结集电区应变硅异质结双极晶体管，其特征在于：包括SiGe虚拟衬底（10），弛豫Si1‑yGey次集电区（11），弛豫Si1‑yGey集电区（12），超结n型柱区（13），超结p型柱区（14），本征应变Si1‑xGex缓冲层（15），应变Si1‑xGex基区（16），应变Si发射区（18）；所述超结n型柱区（13）和所述超结p型柱区（14）位于所述弛豫Si1‑yGey集电区（12）内且对应多晶硅层（19）正下方的集电区区域为所述超结n型柱区；所述超结n型柱区（13）和所述超结p型柱区（14）在保证其对应应多晶硅层（19）正下方的集电区区域内为超结n型柱区的同时，所述超结n型柱区（13）和所述超结p型柱区（14）沿器件横向方向交替排列；所述应变Si1‑xGex基区（16）中的Ge组分含量x大于所述弛豫Si1‑yGey次集电区（11）和所述弛豫Si1‑yGey集电区（12）中的Ge组分含量y，且y>0。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：金冬月，胡瑞心，张万荣，王肖，付强，鲁东，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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