Page 86 - bilgem-teknoloji-dergisi-11

Bilgi Güvenliğieknolojileri
Y ar ı İlet k en T BILGEM
TEKNOLOJI

tör derinleştikçe kazanç yükselirken emetör-baz HBT’nin ana fikri, elektronların
çevre kapasitesi arttığı için kesim frekansı düşer.
Emetör derinliği, yüksek kazanç ve yüksek kesim gördüğü potansiyel bariyerini,
frekansı arasında bir denge konusudur. Baz ka- deliklerin gördüğü potansiyel
lınlığı elektronların difüzyon uzunluğundan kısa
olduğundan baz ne kadar ince ise akım kazancı o bariyerine kıyasla azaltarak akım
kadar yüksektir. Dar baz bölgesi elektronların baz kazancını artırmaktır.
geçiş süresininin düşmesini sağladığı için kesim
frekansını artırırken, baz direncini yükselttiğinden gerinim yasak bant genişliğini modifiye etmekte-
maksimum osilasyon frekansını düşürür. Baz için dir. Bu gerinimin korunması için SiGe katmanı ka-
dar fakirleşmiş bölge yüksek katkılama ile elde lınlığının kritik bir değeri geçmemesi gerekir. Ger-
edilebilir, fakat yüksek baz katkısı akım kazancını manyum miktarına göre SiGe katmanının gerinimli
düşürür. Baz genişliği ve katkısı arasında, kazanç kalabileceği kritik kalınlık değeri değişmektedir. Bu
ve yüksek frekans performansı arasındaki dengeyi değer geçildiği zaman, SiGe katmanında oluşan
kuracak hassas bir ayar gerekmektedir. kristal kusurları nedeniyle SiGe gevşek (relaxed)
olur; gevşek SiGe HBT performansının düşmesine
Kazanç ve kesim frekansı arasındaki bu yarışma, yol açar. Gerinimi korumak için emetör-baz geçi-
standart bipolar transistörlerde yüksek kesim fre- şinde az katkılı mono kristal Si Cap bölgesi oluş-
kansı elde edilmesini zorlaştırmaktadır. Bu nokta- turulur. Si Cap bölgesi sayesinde gerinim özelliği
da SiGe HBT devreye girmektedir. Emetörden baza bozulmadan daha kalın SiGe katmanı büyütülebil-
geçen elektron miktarını iletim, emetöre geçen mektedir. Si Cap mümkün olduğunca dar yapılma-
delik sayısını ise valans bandındaki potansiyel ba- lıdır ki emetör ve baz direnci artmasın.
riyerleri belirlemektedir. Her iki bariyer de baz-e-
metör gerilimi VBE tarafından kontrol edilmektedir. Şekil 1’de görüldüğü üzere YİTAL HBT yapısında
HBT’nin ana fikri, elektronların gördüğü potansiyel baz bölgesinin kalınlığı 40 nm, aktif emetör geniş- SiGe tabakasının HBT üretim süreci boyunca maruz Kazanç Değişimi
bariyerini deliklerin gördüğü potansiyel bariyerine liği ise 0,13 µm’dir. kaldığı ısıl işlemler nedeniyle gerinimliliğinin korun- HBT’nin akım kazancı gerilimle değişir. Düşük VBE ge-
kıyasla azaltarak akım kazancını artırmaktır. Böy- ması zordur. Üretim koşullarına ve başarım hedefle- rilimlerinde baz akımı beklenenden yüksek iken yüksek
lece, delik akımı değişmeden, potansiyel farkının rine göre doğru SiGe ve Si Cap kalınlığının belirlenme- VBE gerilimlerinde kollektör akımı beklenenden azdır.
üstel etkisi ile elektron akımında ciddi bir artış Dolayısı ile düşük ve yüksek akımlarda kazanç azalır.
elde edilir. Emetör veriminin artması için bipolar si ve ısıl bütçenin optimize edilmesi kritik adımlardır. İdealde baz akımı, exp (qVBE/kT) ile orantılı iken düşük
transistörün yasak bant genişliğinin değiştirilmesi SiGe tabakasının ince olması hem tabakanın gerinimli akımlar bölgesinde exp (qVBE/mkT) ile orantılı değişir.
fikri, emetör ve baz bölgelerinin farklı bant geniş- olmasını hem de -elektronların baz yolunu kısalttığı
liğine sahip malzeme ile üretilmeleri, yani hetero- için- transistör hızının artmasını sağlamaktadır. Fakat
jonksiyonlar ile hayata geçirilir. Standart bipolar SiGe bölgesini ince tutmak demek, baz bölgesini p-ti-
transistörün baz bölgesi SiGe, emetörü silisyum pi yapmak için kullanılan bor atomlarını SiGe tabakası
ile gerçeklenerek SiGe HBT oluşturulur. Silisyu- içinde tutmak ve üretim boyunca uygulanan ısıl işlem-
ma eklenen her %1 germanyum ile yaklaşık 5 meV lerden sonra baz bölgesinden dışarı yayılmasını en-
enerji bandı düşümü elde edilir. Böylece, aynı ener- gelleyebilmek demektir. Eğer bor, SiGe katmanı dışına
ji ile daha çok elektron akımı elde edilir. Yasak bant taşarsa jonksiyonlar SiGe yerine silisyumda oluşarak
mühendisliği ile kazanılan bu özgürlük, baz katkı- Şekil 1 HBT aktif transistör bölgesinin TEM görüntüsü parazitik enerji bariyeri oluşur ve kollektör akımı yani
sını artırmaya ve böylece baz genişliğini daraltma- kazanç düşer.
ya yarar; yani yüksek kesim frekansı elde edilirken Şekil 2’de aktif transistör bölgesinin 5 nm çözü-
aynı zamanda kazancın yüksek olması sağlanır. nürlükte ve SiGe katmanının 1 nm çözünürlükte Yüksek sıcaklık işlemlerinde bor katkısının Ge katkısı
TEM görüntüleri verilmiştir. Şekilde görülen SiGe ile oluşturulan baz bölgesi sınırları dışına yayılmasını
SiGe katmanı bir epitaksi tabakasıdır. Kristal bir katmanının kafes yapısı, tabakanın gerinimli oldu- baskılayan süreç, SiGe büyütülürken karbon (C) kat-
taban üzerinde büyütülen kristal tabakaya epitaksi ğunun göstergesidir. kısı kullanımıdır. Bu nedenle SiGe üretimi SiGe:C ola-
(kısaca, “epi”) denir. Aynı grupta bulunan silisyum rak adlandırılır. Karbon ilavesi ile baz katkı profilinin,
ve germanyum benzer kafes yapısına üretim adımlarına olan duyarlığı azaltılarak esneklik
sahip olmakla birlikte, germanyum
silisyuma göre %4 daha büyük kafes kazanılır.Şekil 3’te YİTAL SiGe:C HBT yapısının eme-
sabitine sahiptir. Silisyum kristal ta- tör ve baz katkı yoğunluklarının SIMS (Secondary Ion
ban üzerinde SiGe epi tabakası büyü- Mass Spectrometry) ölçüm sonuçları verilmiştir. SIMS
tülürken, silisyum tabanın kafes ya- ölçümlerinden borun SiGe katmanının içinde kaldığı
pısına uyarak daralan SiGe katmanı görülmektedir. SiGe kalınlığı 25 nm, Si Cap kalınlığı 15
gerinimli (strained) olarak adlandırılır. nm’dir. Bor, Ge içinde sadece 5 nm kalınlık içinde de-
Silisyum üzerinde yüksek kalitede polanır. Karbon katkısına rağmen yüksek sıcaklıktaki
SiGe katmanı üretmek gerinim yarat- süreçlerle borun yayıldığı, fakat 25 nm olan SiGe böl-
madan mümkün değildir. Oluşan bu gesinin dışına taşmadığı Şekil 3’te görülmektedir.

Şekil 2 (a) HBT Aktif baz bölgesinin 5 nm çözünürlükte TEM görüntüsü
(b) SiGe baz bölgesinin 1 nm çözünürlükte TEM görüntüsü

84 85