小功率音频静电感应晶体管的特性研究

【摘要】静电感应晶体管(SIT)作为唯一具有类三极管特性的半导体器件,因其开关特性好、源串联电阻小、电压放大因子高、耐压容量高等特点,在音频、高频、微波等领域得到了广泛的应用。本文设计并制作的是一款应用于音频领域的小功率静电感应晶体管。文中系统地阐述了SIT的作用理论,特别是I-V特性、沟道势垒、小电流、中大电流传输机制,并结合器件设计目标对结构参数、材料参数进行了大量的仿真模拟和详细的理论讨论。文中给出了详细的版图设计和关键工艺流程,并与之前的工艺进行了比较。详细测试了包括管芯表面特征、静态特性和动态特性在内的各项性能指标,并对测试结果进行了理论分析,相应的结果如下：1.器件的I-V和变温特性优良,栅源击穿电压高达-25V,栅漏击穿电压达-125V,栅源泄漏电流约为40nA,栅漏泄漏电流约70nA,栅源电容在-2V偏压下约140pF,栅漏电容在-25V偏压下约20pF,经计算得到电压放大因子接近70,跨导约30mS,估算器件的最高工作频率约为20MHz;2.现有工艺条件下栅源击穿的计算应采用穿通的平行平面结理论,且应该考虑栅源结深比的影响,而栅漏击穿则应该采用边缘造型为柱面的平行突变穿通PN结理论；栅漏电容主要来自栅漏PN结,并可以采用突变结近似理论进行计算,栅源电容主要包括栅源PN结以及源极金属同栅条和大面积扩散区之间的寄生电容,且两者之间是并联关系。分析结果同实验测试数据高度吻合；3.利用器件的模式转换电压,本文提出了横向扩散系数的计算方法,对设计过程中采用的经验值进行了修正,使其更加适用于现有工艺条件。文章详细讨论了优良SIT所需具备的品质,指出高击穿电压、数值较大且不随栅压变化的电压放大因子和跨导是鉴定SIT性能的关键。与国外音频器件2SK-79的对比表明本工作在以上各个性能方面上都更具优势。本次设计的器件为一款性能优良的表面栅SIT,适合在音频小功率领域应用,整体设计和制作均达到了国际先进水平。
【作者】朱延超；
【导师】杨建红；
【作者基本信息】兰州大学，微电子学与固体电子学，2014，硕士
【关键词】SIT；I-V特性；横向扩散系数；温度特性；击穿；电容特性；

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