微电子技术学科前沿.pptx
能攻心则侧反自消,自古知兵非好战 不审势则宽严皆误,后来治蜀要深思 本课尝试：1.介绍有关微电子技术的更广泛的知识 2.介绍一些重要器件与电路发明的思路 希望大家不仅仅是从专业上理解本课内容 微电子技术前沿 微电子中的人类智慧第1页/共44页第2页/共44页 Fin-FET BackgroundFirst developed by Chenming Hu and colleagues at the University of California at Berkeley,which attempts to overcome the worst types of short-channel effect encountered by deep submicron transistors.第3页/共44页 Fin-FET BackgroundThese kinds of effects(SCE)make it harder for the voltage on a gate electrode to deplete the channel underneath and stop the flow of carriers through the channel in other words,to turn the transistor Off.第4页/共44页 Gate cant control the leakage current paths that are far from the gate第5页/共44页Introduction to Double-GateThe gate controls a thin body from two sides.第6页/共44页Double-Gate MOSFET Structure options第7页/共44页DoubleGate vs.TriGate FET第8页/共44页DoubleGate vs.TriGate FETThe DoubleGate FET does not require a highly selective gate etch,due to the protective dielectric hard mask.Additional gate fringing capacitance is less of an issue for the TriGate FET,since the top fin surface contributes to current conduction in the ON state.第9页/共44页Fin-FET Structure Evolution第10页/共44页Intel Tri-Gate Transistor第11页/共44页Intel Tri-Gate TransistorGATEFIN第12页/共44页第13页/共44页 微电子中的人类智慧窄禁带异质源漏区MOSFET结构 SiGe源区源区SiGe漏区漏区Si衬底衬底第14页/共44页SiGe源漏区源漏区MOSFET带来的器件性能改善带来的器件性能改善1.消除闭锁效应消除闭锁效应闭锁条件：PNP*NPN1第15页/共44页窄禁带异质源漏区MOSFET的寄生BJT的发射极为异质结，其异质结的与同质结的关系为：从上看出，窄禁带异质材料的禁带越窄与相对应的衬底材料的禁带宽度差Eg就越大，其 就会越小。由此可得出，窄禁带异质发射结具有低的特点。第16页/共44页2.消除寄生BJT对MOS器件耐压的影响 由于寄生双极晶体管的存在，使得MOSFET的源漏击穿电压BVDS由寄生BJT的BVCEO决定。寄生BJT的BVCBO与BVCEO之间的关系为：第17页/共44页SiGe发射区HBT的应用1).SiGe源区功率MOS/IGBT2).SiGe源区CMOS 3).SiGe阳极LIGBT4).SiGe快恢复二极管第18页/共44页HBT Heterojunction Bipolar Transistor 异质结双极型晶体管第19页/共44页HBT的背景随着现在微波通讯技术的不断发展，人们要求通讯频及带宽越来越高。同时，也在不断寻找低功耗、低成本、低噪声的器件。当前，Si器件技术占据大规模集成电路的主流，其价格低廉、集成度高、技术成熟，但是由于通讯频率的不断升高，客观上要求Si器件越做越小，这在一定程度上受到技术和设备的限制，因此寻找新的器件材料成为迫切的要求。第20页/共44页HBT的背景普通双极型晶体管要作到超高速和超高频一般是较困难的超高速晶体管应当是发射区掺杂浓度低,基区掺杂浓度高,而且hFE也适当高的一种晶体管采用禁带较基区材料要宽的半导体做发射区,能做出超高速,超高频的双极晶体管第21页/共44页半导体异质结由两种基本物理参数不同的半导体单晶材料构成的晶体界面(过渡区)不同物理参数包括:禁带宽度(Eg),功函数,电子亲和势,介电常数等第22页/共44页基区材料要禁带较宽的半导体做发射区根据半导体材料禁带宽度的不同，可分为宽禁带半导体材料与窄禁带半导体材料。若禁带宽度Eg2ev（电子伏特），则称为窄禁带半导体；若禁带宽度Eg=2.0-6.0ev，则称为宽禁带半导体。宽禁带半导体材料具有禁带宽度大、击穿电场强度高、饱和电子漂移速度高、热导率大、介电常数小、抗辐射能力强以及良好的化学稳定性等特点，非常适合于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子器件第23页/共44页异质结能带图第24页/共44页双极型晶体管第25页/共44页 如果想f，需Wb，而Wb 穿通电压和厄利电压。如果想,需Ne和 Nb；Nb与 Wb有同样问题，Ne受禁带变窄效应限制。HBT可解决上述矛盾。注入效率足够高 Wb 而不穿通f。BJT中的矛盾第26页/共44页用异质结改进BJT在异质结中，由于基区带隙变窄，使得发射区与基区的导带距离缩小，发射区的电子从发射区的导带跃迁到基区的导带所需的能量更少，更有利于发射区电子的注入。同时由于发射区与基区的价带距离变大，空穴从基区的价带跃迁发射区的价带将需要用去更大的能量，从而有效的防止基区的空穴反注入发射区，提高了电流放大倍数的值。第27页/共44页n n即使基区掺杂浓度即使基区掺杂浓度NBNB比发射区杂质浓度比发射区杂质浓度NENE高高得多，指数因子仍然可以使得多，指数因子仍然可以使HBTHBT具有足够的电具有足够的电流放大倍数。高的基区掺杂还有利于减小基区流放大倍数。高的基区掺杂还有利于减小基区方块电阻；同时，通过降低基区厚度，还可降方块电阻；同时，通过降低基区厚度，还可降低基区渡越时间。低基区渡越时间。n n如果在基区通过浓度的缓变，基区将会形成能如果在基区通过浓度的缓变，基区将会形成能带弯曲，产生新的梯度场，这样发射区注入的带弯曲，产生新的梯度场，这样发射区注入的电子在基区不仅有扩散速度，而且具有基区梯电子在基区不仅有扩散速度，而且具有基区梯度场所引起的漂移速度，从而大大的加快了电度场所引起的漂移速度，从而大大的加快了电子的输送速度，也就使得子的输送速度，也就使得 达到一个更大的值。达到一个更大的值。用异质结改进用异质结改进BJT第28页/共44页 通过使用通过使用HBTHBT尽管得到近似于尽管得到近似于BJTBJT基基极一样的电流，但集电极电流由于窄极一样的电流，但集电极电流由于窄带隙的作用增大了很多倍。相应的模带隙的作用增大了很多倍。相应的模拟参数厄利电压（拟参数厄利电压（VAVA）也得到了大幅）也得到了大幅度地提高，从而导致度地提高，从而导致VAVA模拟参数迅模拟参数迅速增加。至于频率特性，由于异质结速增加。至于频率特性，由于异质结的作用而导致基区转移时间以及发射的作用而导致基区转移时间以及发射区转移时间的下降，所以即使在很低区转移时间的下降，所以即使在很低的基极电流下也可以得到很高的截止的基极电流下也可以得到很高的截止频率（频率（fTfT）。最大振荡频率（）。最大振荡频率（fMfM）与）与集电极、基极电容（集电极、基极电容（CjbCjb）以及基区）以及基区电阻有关，为了提高最大振荡频率，电阻有关，为了提高最大振荡频率，集电极、基极电容可以通过适当的集集电极、基极电容可以通过适当的集电极掺杂和减少发射区的宽度（典型电极掺杂和减少发射区的宽度（典型的低于的低于1m1m）,基区电阻降低可以通基区电阻降低可以通过自对准工艺来实现。过自对准工艺来实现。第29页/共44页异质结双级晶体管的结构特点n 具有宽带隙的发射区大大提高了发射结的载 流子注入效率n 功率密度高 n 相位噪声低线性度好第30页/共44页结构图解 HBTHBT适用范围适用范围:低相位噪声振荡器低相位噪声振荡器 高效率功率放大器高效率功率放大器 宽带放大器宽带放大器第31页/共44页SiGeHBT水平结构图第32页/共44页GaSeHBT结构图第33页/共44页第34页/共44页第35页/共44页第36页/共44页第37页/共44页第38页/共44页(2)LDMOS LIGBT 阳极短路 LIGBTSINFET-SiGe阳极LIGBT 结构原理优缺点LDMOS-LIGBT-SINFET-阳极短路LIGBT S LD高高 S LIGBT低低 S SIN=S LD S LIGBT S阳短阳短 S LD RON大大 RON大大 RON LD R LIGBT RON LDSiGe阳极LIGBT：特点与SINFET相近，然而速度和可控、便于大规模生产 第39页/共44页n沟道SINFET截面图p-subn-epi肖特基接触肖特基接触pp+n+KGA锗硅阳极绝缘栅异质结晶体管第40页/共44页锗硅阳极绝缘栅异质结晶体管（续）第41页/共44页窄禁带异质SiGe源区IGHBT窄禁带异质SiGe源区、宽禁带异质阳极IGHBT第42页/共44页阳极短路IGHBT第43页/共44页感谢您的观看！第44页/共44页
