SiGe器件与集成电路的研究简介

     硅器件与集成电路技术作为电子工业的发展主流已经取得了巨大的成功。然而随着集成电路的超高速化的发展，硅材料的局限性开始显露。因此出现了砷化镓集成电路，它虽然提高了电路的频率，但与成熟的硅工艺不兼容而受到限制。SiGe新材料的出现对利用强大而成熟的硅工艺制作超高速集成电路带来了生机。SiGe 材料由于禁带带隙可由Ge含量调节和易于与硅工艺兼容等优点，被广泛用于高频双极型晶体管（HBT）、MOSFET 和MODFET的制作。同时还扩展了硅在光电子领域的应用前景。作为申请人的博士论文工作，从92年起开展用SiGe材料作光波导及电光调制器与电光开关的研究，曾得到国家自然基金项目（编号69487006）的资助，已分别在美国物理学会主办的刊物Applied physics Letters和英国的Electronics Letters以及中国物理快报发表多篇学术论文。
随着电力电子技术应用中主开关器件工作频率的不断提高，对功率二极管性能要求低正向压降、高反向电压、小反向漏电流、快开关速度、低运行损耗和低温度敏感性，还要具有软恢复特性。多年来硅P-i-N 二极管一直在这方面扮演着主要角色。为了降低由于频率升高引起的器件开关损耗，一般采用少子寿命技术（掺铂、辐照等）来降低存储电荷Q，但是该技术在降低存储电荷的同时，会增加器件的通态压降Vf和反向漏电流Ir。不能改善三个参数的折衷优化。而且这种技术不宜用于功率集成电路的工艺，对改善软恢复特性和温度特性亦不明显。因此，如何设计出既具有低通态压降、低反向漏电流，又具有反向快恢复和软恢复以及低的温度敏感性的功率二极管对电力电子技术的广泛应用意义重大。
利用SiGe 材料可以实现以上要求，于是我们从99年开始了“SiGe快速开关功率二极管”的研究，2000年得到陕西省自然科学重点基金的资助（编号2000x09）,2001年被列为信息产业部重点项目（资金自筹）。已得到了一些有价值的结果（近来已发表高水平论文2篇）。对SiGe材料的性能有了较深入的了解，对采用SiGe材料制作二极管积累了工作经验。目前考虑到实际应用中由于Si和Ge的晶格失配出现的应力，使SiGe层的厚度和Ge含量受到限制，今年开始研究掺碳的SiGeC/Si异质结构，利用掺碳的补偿作用降低SiGe层的应力，大大改善器件的电特性和工艺的容限。本申请拟利用SiGeC材料的优异特性，研究制作SiGeC/Si异质结快速功率二极管。通过Ge含量和C含量的调节，提高注入效率，从而降低通态压降。实现优异的存储电荷Q、正向电压Vf和反向漏电流Ir 之间折衷,实现良好的反向快恢复和软恢复特性以及低灵敏温度特性。并利于今后的功率集成。