HBT는 높은 주파수 특성과 큰 전류이득, 그리고 고전력 처리능력, 저잡음, 높은 선형성 등으로 인해 초고주파 통신 시스템의 저잡음 증폭기, 발진기, 전력증폭기 등 초고주파 집적회로의 능동소자로서 그 활용범위가 더욱 넓어지고 있다.AlGaAs/GaAs HBT는 적층기술이 다른 화합물에 비해 비교적 안정되었기 때문에 HBT 개발 초기부터 많은 연구 대상이 되었으며, 최근 정보통신 산업의 발달로 인해 상용화를 위한개발이 활기를 띄고 있다. 그러나, 상품화 이전에 반드시 확보되어야 할 신뢰도 측면에서아직 해결하지
HBT는 높은 주파수 특성과 큰 전류이득, 그리고 고전력 처리능력, 저잡음, 높은 선형성 등으로 인해 초고주파 통신 시스템의 저잡음 증폭기, 발진기, 전력증폭기 등 초고주파 집적회로의 능동소자로서 그 활용범위가 더욱 넓어지고 있다.AlGaAs/GaAs HBT는 적층기술이 다른 화합물에 비해 비교적 안정되었기 때문에 HBT 개발 초기부터 많은 연구 대상이 되었으며, 최근 정보통신 산업의 발달로 인해 상용화를 위한개발이 활기를 띄고 있다. 그러나, 상품화 이전에 반드시 확보되어야 할 신뢰도 측면에서아직 해결하지 못 한 문제점들이 남아 있으며, 아직까지 선진국과 국내 일부기업에서 이의개선을 위해 연구를 추진중이다.AlGaAs/GaAs HBT의 경우, 소자의 표면을 주로 실리콘 질화막(Ni3N4)로 포장하기때문에 외부 베이스 표면과 실리콘 질화막 사이에 계면 상태가 형성되며, 이로 인한 열화로인해 베이스 전류가 증가하게 되어 전류이득이 감소하게 된다. 본 연구에서는AlGaAs/GaAs HBT를 이용하여 순방향 및 역방향 바이어스를 온도에 따라 인가하는 실험을 수행하였으며, 실험 결과를 분석하기 위한 시뮬레이터 제작 및 고신뢰성을 가지는 HBT의 모델을 제시하였다.에미터-베이스 접합의 역방향 스트레스 인가 실험 결과 pn 접합 자체는 핫 캐리어의충돌에 대하여 안정된 모습을 보임으로써 접합 자체는 캐리어의 충돌 에너지의 영향을 크게받지 않는 것으로 판명되었다. 그러나, GaAs 베이스의 표면을 포장하고 있는 질화막의 표면 상태는 열정공을 포획하여 내부전계의 증가로 인한 누설전류가 증가함으로써 I-V 특성의 변화를 초래하였다. 이는 열정공들이 메사 가장자리 근처에서 GaAs 베이스 표면을 포장하고 있는 질화막으로 침투하여 계면 혹은 내부에 포획되고, 이에 의한 질화막 내부전계가 상승함으로써 누설전류가 증가하였기 때문이다.순방향 정전류 스트레스 인가 실험에서는 스트레스가 인가됨에 따라 콜렉터 전류는 높은 베이스-에미터 전압에서 약간의 감소를 보여주었고, 베이스 전류는 모든 전압 영역에서증가하였다. 특히, 높은 전압 영역에서 증가 폭이 더욱 두드러졌으며, 전류이득 역시 급격히 감소하였다. 이는 외부 베이스와 실리콘 질화막 사이의 표면 재결합 상태에 의한 재결합 전류의 증가 때문으로 추정되며, 시뮬레이션 결과에서도 일치하였다.이의 개선을 위해 외부 베이스 표면에 에미터의 일부를 남겨 포장하는 ledge 에미터방식을 시도하였으나, AlGaAs/GaAs HBT의 경우 AlGaAs와 GaAs를 선택적으로 식각하는etchant가 아직 발표되지 않아 소자 제작의 어려움이 있었다. 따라서, AlGaAs/GaAsHBT와 유사한 구조를 가지면서 여러 가지 우수한 성능은 물론 선택적 식각이 가능한InGaP/GaAs HBT를 ledge 에미터 구조로 제작하여 가속수명실험을 한 결과 활성화 에너지가 1.97eV, 평균실패시간이 140℃에서 4.8×108시간 정도의 고신뢰성을 가짐을 확인할 수 있었다.
Abstract▼
Heterojunction Bipolar Transistor (HBT) looks forward to beingwidely used in MMIC as an active device in low noise amplifier, oscillation, poweramplifier of microwave communication system. Since the technology of AlGaAs/GaAsthin film growth has been mature, in the early stage of
Heterojunction Bipolar Transistor (HBT) looks forward to beingwidely used in MMIC as an active device in low noise amplifier, oscillation, poweramplifier of microwave communication system. Since the technology of AlGaAs/GaAsthin film growth has been mature, in the early stage of HBT developmentAlGaAs/GaAs HBT has been the research object and is actively being developed forcommercialization as the communication industry grows. However there still remainsthe unresolved issues on reliability. Those are the instability of heterojunction and thesurface states of base. Few researches on this issue have been performed domesticallyand internationally as well. In this study the reliability of AlGaAs/GaAs HBT wasinvestigated and the device structure and emitter material were modified to improve thereliability.The reverse and forward constant current stress at the elevated temperatures wereapplied on the devices and the degradation of dc parameters such as current gain wasobserved. The mechanism of degradation was analyzed and modeled and proved bynumerical simulation. Finally the reliability was improved by modifying the devicestructure based on the results.Under the reverse current stress AlGaAs/GaAs HBT employing the mesa structureshowed the drift of junction off-set voltage to the direction of negative voltage with thestress time at which the junction current vanishes to zero. It has been identified thatthe drift is due to the trapping of hot holes at the base surface, which results inincreasing FN tunneling current across the emitter corner. The model was proved bynumerical simulation.For the forward constant current stress the collector current decreased in the highvoltage range while the base current increased over all the voltage range, especiallyenhanced in the high voltage range, resulting in decrease of current gain. This is dueto the surface states at the base surface which is passivated by nitride. It is alsoproved by numerical simulation. According to the results of the above stressexperiment the surface states of base was identified to be the major cause ofdegradation while the heterojunction was very stable against the stress.In order to reduce the surface states the device structure was modified by applyinghetero-passivation on the base surface using InGaP as the ledge emitter. Thereliability was much improved to produce 1.97eV as the activation energy of degradationand 4.8×108 hrs as MTTF at 140℃, which satisfies MILS.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.