Особенности применения модели VBIC при проектировании...
-
Upload
maya-petty -
Category
Documents
-
view
74 -
download
0
description
Transcript of Особенности применения модели VBIC при проектировании...
Особенности применения модели VBIC при
проектировании ИМС на SiGe биполярных транзисторах
Ю.А. Чаплыгин1, Ю.Ф. Адамов1,2, В.П. Тимошенков1
1Национальный исследовательский университет МИЭТ,
2Институт проблем проектирования в микроэлектронике РАН
2014
1
2. Структура SiGe ГБТ
1.Высокий коэффициент усиления :
Выигрыш в коэффициенте усиления в 3…10 раз за счет большей ширины запрещенной зоны в эмиттере по сравнению с обычными интегральными биполярными транзисторами составит:
11
exp11
kT
E
WN
D
D
WN
I
I g
ee
pe
nb
bb
en
epe
10...3)1(
)(
)(
)(
)(
)(,
,)0(,
____
____
kTE
kTEGeg
SiVC
SiGeVC
Sinb
SiGenb
Si
SiGe
Geg
Geg
e
ekTE
NN
NN
D
D
3. Особенности применения ГБТ2.Высокое быстродействие (Ft≈300ГГц)
-Выигрыш в снижения времени пролета под базой по сравнению с обычными биполярными интегральными транзисторами;
-Пониженное сопротивление базы за счет снижения сопротивления тела базы (возможности большего степени легирования базы);-Меньшая емкость эмиттерного перехода (большая ширина зонной диаграммы в эмиттере позволяет уменьшить степень легирования эмиттера)
1
2Tec
f
1
2CB
ec m te tc b e c tcsat
Wg C C r C
v
1 Cm
C BE
dIkTg
qI dV
s
bcdc
X
2, bebe Cr
nb
bb D
W
2
2
1...5,0)exp(11)(
)(2,
,,,
,
,
,
kTE
E
kT
E
kT
D
DGeg
GegGegSiGebn
Sibn
Sib
SiGeb
br
beC
4. Особенности применения ГБТ 3.Повышенное напряжение Эрли (до 100В)
Выигрыш в напряжении Эрли 2…4 раза по сравнению с обычным интегральным транзистором обеспечивается за счет высокой концентрации примеси в базе.
Потенциально более высокие напряжения прокола базы по сравнению с BJT за счет более высокой концентрации примеси в базе.4. Пониженные пробивные напряжения являются результатом встроенного поля в базе.
11
)0(
cb
b
b
c
cb
ccA dV
dW
dW
dJ
dV
dJJV
4...2)exp(1
)exp(,
,,
,
,
kTE
kTEkTE
V
V
Geg
GegGeg
VbeSiA
SiGeA
5. Особенности применения ГБТ5. Низкий уровень собственных шумов транзистора обусловлен высоким коэффициентом усиления транзистора
где при
6. Эффект саморазогрева, обусловленный высокими плотностями эмиттерного тока
2
min
221 11 1
2n im n
m m n
R Cg RNF
g g R
2
min
1 11 2 m b
T
fNF g r
f
mbn grR
2
1 5.0bmrg
6. Эквивалентная схемаМодель Гуммеля-Пуна• Эффект Эрли рассчитывается из упрощенных соотношений.• Базовый ток связан с током коллектора.• Обратный ток определяется эмиттерным переходом• Лавинный пробой не учитывается.• Базовый резистор определяется эмпирически.• Туннельный эффект не учитывается.• Коллекторное сопротивление постоянно.• Сопротивление подложки отсутствует.
Модель VBIC• Эффект Эрли зависит от заряда.• Базовый ток независим от тока коллектора.• Обратный ток определяется эмиттерным переходом.• Учитывается слабый лавинный пробой между базой и коллектором.• Базовый резистор рассчитывается аналитически.• Туннельный эффект рассчитывается аналитически.• Коллекторное сопротивление состоит из постоянной и переменной частей.• Есть сопротивление подложки.
7. Экспериментальные результаты
•Размер эмиттера 3 мкмх0,13 мкм
8. Влияние сопротивления базы на ВАХ ГБТ
Пробой коллекторного перехода:
где – коэффициент умножения тока в коллекторном переходе.В схеме с общей базой напряжение пробоя (VbrE) существенно выше, чем в схеме с общим эмиттером (VbrE)
•Размер эмиттера 3 мкмх0,13 мкм
9. Выводы• Модель VBIC гетероструктурного биполярного транзистора адекватно отражает эффекты саморазогрева, ионизации, туннелирования и высокого уровня инжекции, что плохо учитывается в классической модели Гуммеля – Пуна (SGP).
• В модели VBIC точность моделирования ВАХ оценивается в 5%, это определяет ее успешное применение в системах схемотехнического моделирования для устройств высокой степени интеграции с приемлемым временем моделирования.
• Более точные модели содержат большее количество параметров, что может потребовать больших временных ресурсов при моделировании сложных устройств.
• Время расчета устройства типа приемопередатчик Х диапазона в рамках программы моделирования CADENCE с использованием модели VBIC составляло 20-25 минут и существенно зависит от угла технологического процесса.