各种资料的影响锗硅HBTs的噪声性能

Devanshu¹Chauhan博士上面²

M.Tech。电子和通信工程的学生,部门,嗯工程学院,戈勒克布尔,印度北方邦
电子和通信工程副教授,部门,嗯工程学院,戈勒克布尔,印度北方邦

文摘

硅双极晶体管的基本限制是固有的直流电流增益和底部阻力之间的权衡。可以克服这个限制引入锗硅双极晶体管的基础材料。在过去的几十年中,硅锗(锗硅)技术已经进入全球电子市场为其更好的噪声性能的最低噪音图,高速性能,高截止频率,低基射极电容,低阻力、高电流密度。晶体管的噪声是一个组件,降低无线接收器的性能,放大器和振荡器从满足基本需求强加于他们在高频工作时GHz范围。小噪声改善设备水平可以对系统整体性能有很大的影响。在这篇文章中,一个精确的噪声模型的锗硅HBT 0.18μm基准宽度被观察的行为提出了噪声参数,即最小噪声图(NFmin),基地交通时间和各种分析方程被用于分析和比较最小噪声图NFmin矩形的锗浓度的函数或箱式概要和三角概要锗硅异质结双极型晶体管的更好的性能。模拟的结果模型已经提出了基于视觉TCAD仿真工具。

关键字

锗硅HBT NFmin,三角形,盒子或矩形轮廓

介绍

异质结的两层之间的交叉点发生与半导体材料如Si和通用电气。这些半导体材料的带隙不均而homo-junction。在所有的发展和改进是进化,最创新和有益的改进是homo-junction发射器的替换材料的带隙材料,以这种方式形成异质结双极晶体管(HBT)和更高的掺杂浓度可以使用来保护电流增益。尽管材料的高成本,HBTs大行其道在数字和微波应用程序首先因为他们更好的噪声性能的最低噪音图,高速性能,高截止频率,低基射极电容,低阻力,高电流密度和低噪声图。

硅锗(锗硅)HBT由夹层之间的锗硅基硅发射器和一个硅收集器。与Si的通用基础区域,导致紧张的锗硅基层应变,是可以忍受的,表明比临界值层厚度较小,导致带隙减少相比,在Si是机器。硅双极晶体管的基本限制固有直流电流增益和底部阻力之间的权衡。这种权衡的发生主要是因为洞被注入到发射器和电子注入到基地,也就是说,空穴和电子负责相同的势垒高度。因此,对于一个给定的热激发,电子和空穴电流施加相同的热推高,必须优化提供供应的移动电子发射器比移动孔的基础。因此,提高电流增益,电离受主浓度降低的基础,进而增加了阻力。这种行为可以理解标准的硅双极型晶体管的能带图,如图1所示。

事实证明,一个人可以克服这个限制硅双极晶体管通过引入通用电气到基材。通用电气的带隙0.67电动汽车,这是远远低于硅的带隙(1.11 eV)。因此,通过引入少量的通用基础,可以大大减少合金的带隙的纯硅。此外,通过分级通用电气内容深度的函数的基础,沿基地,带隙可以减少导致减少基地交通时间。这种行为也可以很好地理解锗硅的能带图HBT表明偏离的纯硅晶体管。

通用电气引入Si基础有一定的后果,比如通用电气有一个较大的晶格常数比Si和通用电气的带隙能量小于的Si (0.66 eV Vs 1.12 eV)。可以使用此锗硅合金形成锗硅HBT的基础层。锗硅HBTs精通设备兼容的名义成本,因为如果技术,广泛应用与iii-v相比技术,提供优越的速度,但成本较高。对于高频交流操作,双极晶体管反复评估价值的两个数据。第一个图的价值被称为单位增益截止或过渡频率(英尺)和第二个图的优点是被称为最大的振荡频率(fmax)。噪音是至关重要的属性之一,存在于各种半导体材料和半导体的性能的一个重要的角色。晶体管的噪声是一个组件,降低无线接收器的性能,放大器和振荡器从满足基本需求强加于他们在高频工作时GHz范围。小噪声改善设备水平可以对系统整体性能有很大的影响。在这篇文章中,一个精确的噪声模型的锗硅HBT 0.18μm基准宽度被观察的行为提出了噪声参数,即最小噪声图(NFmin),基地交通时间和各种分析方程被用于分析和比较最小噪声图NFmin矩形的锗浓度的函数或箱式概要和三角概要锗硅异质结双极型晶体管的更好的性能。模拟的结果模型已经提出了基于视觉TCAD仿真工具。

二世。噪声模型

Rn的解析表达式,τb NFmin便于获得额外的直觉洞察设备优化。一个简单的提取方法,确定小信号π拓扑等效电路的硅锗(锗硅)异质结双极晶体管(HBTs)了。为了表达模型的有效性,首先,我们通过电气获得结果在视觉TCAD仿真软件,然后比较这些结果与获得的结果通过分析方程。

三世。模拟和分析

噪音图和锗硅HBT的基础交通时间获得了各种资料,也就是说,箱或矩形型剖面和三角型剖面。所有的计算都是通过仿真结果通过视觉TCAD仿真工具。在矩形概要文件的情况下,通用电气内容在基本保持不变,在三角形的轮廓;通用电气内容不同线性从发射器连接到集电结的。

答:通用概要文件在噪声图的影响

为了有一个更好的参考比较模型,我们添加一个噪声测量设备。如图4所示的变化最小噪声图NFmin锗浓度的锗硅HBT的矩形或箱配置文件和它可以得出结论,NFmin锗浓度的锗硅HBT增加增加。

这个结果与解析表达式匹配的NFmin表明NFmin随锗浓度的增大而单调上升。这些计算是根据房间温度在300 K。图4显示了矩形剖面的分析模拟模型的锗硅HBT噪声指数为0.325 dB(大约)视觉TCAD锗浓度20%的软件。

公布显示最低噪声指数的变化NFmin锗浓度的锗硅HBT的三角形分布,可以得出结论,NFmin锗浓度的锗硅HBT增加增加。这些计算也根据房间温度300 K。Figurme-5显示了分析模拟模型的噪声指数为0.27 dB(大约)视觉TCAD锗浓度20%的软件。

b .通用概要文件基础上渡越时间的影响

图6所示,基地交通时间的锗硅HBT减少增加盒子的锗浓度剖面以及三角形的概要文件。也注意到,从三角剖面得到更优的结果,也就是说,基地交通时间在三角形的锗硅HBT 0.20 ps(大约)锗浓度20%而在箱式概要0.28 ps(大约)锗浓度20%。

四。结论

在这项工作中,我们关注设备的噪声特性和噪声分析的两个配置文件为矩形剖面和三角剖面的锗硅HBTs视觉TCAD软件上实现通过一个全面的方法和分析。最低噪声指数对这些资料进行了分析和比较,发现三角形轮廓是最优的一个有较低的最小噪声指数在0.27 dB 20%锗浓度比的矩形或箱式轮廓最小噪声指数在0.325 dB锗浓度20%。此外基地交通时间盒和三角形在锗硅HBTs也通过仿真,观察到三角概要文件提供了更好的结果比箱式概要文件。所以我们可以说三角配置文件是最优的噪音——图和基础运输时间比矩形轮廓。因此我们可以很容易地说这些仿真工具可用于噪声优化的锗硅异质结双极晶体管。

确认

作者希望谢谢教授b s Rai,维姆Mishra先生Anand Pandey对于他们的帮助与合作。

引用

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