SiGe HBT基于物理的Scalable模型及InP HBT模型研究

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由于异质结结构所具有的独特优越性,HBT成为当前最具发展潜力的器件之一,近年来其性能得到不断地提高。因其高增益、高频率、高功率密度等一系列优势,HBT器件已广泛应用于卫星通信、光纤通信、移动通信等领域。基于Si工艺的HBT器件已无法满足无线通信的发展需求,SiGe HBT器件凭借其频率特性好、噪声系数低、集成度高以及与传统Si工艺相兼容而具有的成本低的优势,在无线通信领域的应用潜力巨大。InP基HBT是光电集成电路必不可少的组成元素,由于与光电器件兼容并且可以单片集成,在光通讯领域具有广阔的应用前景。如今准确的器件模型越来越成为影响微波集成电路设计精度的重要原因之一,因此建立SiGe HBT的基于物理的HICUM可缩放模型以及InP HBT的准确的AglientHBT模型具有重要意义。对确定拓扑结构和方程的模型进行精确的参数提取,并基于此开发出该模型的物理基可缩放模型对集成电路设计具有重大的价值和意义。合理的模型参数提取算法不仅是模型的精度和可用性也是基于此开发的物理基可缩放模型的可行性的关键。本文首先对BJT晶体管的工作原理及HBT的发展概况进行了描述,而后从工艺和性能方面总结对比了不同材料系HBT的优缺点,然后简单介绍了常见的EM、GP、VBIC模型的等效电路和应用现状,详尽介绍了HICUM模型的等效电路和模型方程,重点对AglientHBT模型参数、方程和等效电路进行了描述。在完成对HICUM模型参数提取的基础上,本文提出了物理基Scalable模型。Scalable模型可分为两种类型:(1)采用经验的方法,先对一批器件进行模型参数提取和优化,再对各器件参数规律进行总结,用与几何尺寸相关的数学方程来表示这些模型参数。(2)采用物理的方法,模型中的参数采用本文提出的与器件的版图尺寸和工艺参数相关的物理公式表示,最后再添加一些优化系数用于提高模型精度。紧接着本文基于物理基Scalable公式建立了SiGe HBT的物理基HICUM可缩放模型。本文最后针对InP HBT提出了一套用于AglientHBT模型参数提取的方法和流程。对于本文建立的SiGe HBT的基于物理的HICUM可缩放模型和AglientHBT模型参数提取结果在ADS和HSPICE仿真器中分别通过比较直流、电压电容关系、截止频率和S参数的测量和仿真数据,可以看出二者吻合得较好,从而验证了本文的工作。
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