Особенности применения модели VBIC при проектировании ИМС на SiGe биполярных транзисторах

1. 1 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

2. 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:

3. 3. Особенности применения ГБТ 2.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)

4. 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.

5. 5. Особенности применения ГБТ 5. Низкий уровень собственных шумов транзистора обусловлен высоким коэффициентом усиления транзистора где при 6.Эффект саморазогрева, обусловленный высокими плотностями эмиттерного тока

6. 6. Эквивалентная схема Модель 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 эмиттернымпереходом. • 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. 7. Экспериментальные результаты • Размер эмиттера • 3 мкмх0,13 мкм

8. 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. 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.