異質接面電晶體的安全操作範圍研究(I)

Abstract

本計畫題為「GaAs based HBT 的 SOA 研究」，這是一個非常實際也是非常有物理 意義的研究，一個元件的 SOA（Safe Operating Area）直接影響到這個元件可以工作的 範圍，過去 Si BJT 有人做過詳細的研究，影響其 SOA 的因素主要是 thermal effect 及 second breakdown，對一個 GaAs based 的 HBT 而言，那些 Si 合用的東西並不適用，它 所工作的環境、操作的頻率都不一樣，而且結構上也很有很大的差異，在文獻上對 GaAs HBT SOA 的研究幾乎沒有，有的也僅止於皮毛沒有抓到問題的核心。 今天 GaAs HBT 已經廣泛的使用在無線通訊的手機裡，它的線性度高、efficiency 好，下一個看好的應用就是在無線通訊的基地台（base station）裡，但在這方面的應用 HBT 就需要操作在大電壓（25-28V）及大功率下，在這種行況下如何維持其穩定性及 ruggedness 就成為一個很大的挑戰。 一個 HBT 要工作在大電壓就必須要有高的崩潰電壓，而高的崩潰電壓需要低的 collector doping 及厚的 collector，而這些要求又與 Kirk effect 相牴觸，Kirk effect 又與 breakdown 有關，而這裡面還有熱效應，當這些因素加在一起的時候，問題就變得很複 雜，要解決這些問題我們必須對這些物理機制要有充分的瞭解，在過去沒有人提出過 如何預測一個 HBT 的 SOA，我們在這個計畫中就將針對這個問題來做研究。 我們將建立一個模型來準確預測 HBT 的 SOA，指出造成元件 failure 的正確原因， 我們的模型將與實驗量測結果比較，我們使用的 HBT sample 將採自業界，以期我們的 模型可以有真正實用的價值，我們並將利用研究的成果指出一條如何製作 high power HBT 的方法，這項研究成果對 HBT 如何預防其 failure 將是一大利器，將幫助 high power transistor 解決其最棘手的問題。