兼具高电流增益和高击穿性能的电荷等离子体双极晶体管

• Published in: 北京工业大学学报 Vol. 49; no. 11; pp. 1141 - 1149
• Main Authors: 金冬月, 贾晓雪, 张万荣, 那伟聪, 曹路明, 潘永安, 刘圆圆, 范广祥
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 北京工业大学信息学部, 北京 100124 01.11.2023
• Subjects: bipolar charge plasma transistor(BCPT); 电流增益; 击穿电压; positive substrate bias structure; emission junction injection efficiency; 正衬底偏压结构; breakdown voltage; current gain; work function difference between metal and silicon; 金属-半导体接触的功函数差; 发射结注入效率; 电荷等离子体双极晶体管(bipolar charge plasma transistor,BCPT)
• ISSN: 0254-0037
• DOI: 10.11936/bjutxb2022020003

TN385; 为了兼顾高电流增益β 和发射极开路集电结的高击穿电压VCBO与基极开路集电极-发射极间的高击穿电压VCEO,有效提升电荷等离子体双极晶体管(bipolar charge plasma transistor,BCPT)的高压大电流处理能力,利用SILVACO TCAD建立了npn型BCPT的器件模型.考虑到双极晶体管的击穿电压主要取决于集电区掺杂浓度,首先研究了集电极金属对BCPT性能的影响.分析表明,BCPT集电区的电子浓度强烈依赖于电极金属的功函数,当采用功函数较大的铝(Al)作为集电极金属时,由于减小了金属-半导体接触的功函数差,降低了集电区中诱导产生的电子等离子体浓度,从而有效降低了集电结空间电荷区峰值电场强度,减小了峰值电子温度以及峰值电子碰撞电离率,因此,达到改善击穿电压VCBO和VCEO的目的.然而,集电区电子浓度的减小会引起基区Kirk效应,增大基区复合,降低β.为此,进一步提出了一种采用衬底偏压结构的BCPT,通过在发射区和基区下方引入正衬底偏压,调制发射区和基区有效载流子浓度,达到提高发射结注入效率、增大β的目的.结果表明:与仅采用锆(Zr)作为集电极金属的BCPT相比,该器件的峰值电流增益改善了21.69％,击穿电压VCBO和VCEO分别改善了12.78％和56.41％,从而有效扩展了BCPT的高功率应用范围.