si 1 x ge应变省略管hbt交直流特性仿真研究

第19卷第10 Vol.19,No.1998年10 JOURNALOFSEMICONDUCTORS Oct.,Si/Si1xGex(河学电子与信息工程 07本文了Si/Si1Ge应变层异质结双极晶体管(HBT)交直流特性的仿真结果.通过用叠代法求漂移扩散方程的数值解,确定器件的直流特性.再利用瞬态激励法,求解器件的交流特性参数.将基区Ge摩尔含量x为0.2、0.31的HBT的模拟结果分别与有关文献的实验结果进行了比较两者的结果符合良好.EEACC:2560J;异质结双极晶体管(HB)由于基区采用禁带宽度较窄的材料,因而这种器件具有注入效率高、基区电阻低、基区输运时间短等许多特点,由于这些特点使得器件表现出优良的交流特性直流特性及低温特性.i/i1xex点外,还具有一些特殊的优点,如器件的制造工艺与广泛使用的i器件工艺兼容等.因而,这种器件的研究引起了人们的很大,研究也取得了很大进展.,Si/Si1xGexHBT的交直流特性.在交流特性的仿真中采用了瞬态激励法.这种方法就是在直流仿真的基础上,在基极加一个小的突变电压,利用变换的原理,求出各极电导和电容变化的矩阵元,从而确定器件的交流特性参数.这种方法具有原理简单,编写程序容易,计算结果比较精确的优点.基于上述模型,Windows环境下的器件仿真程序,SiSi1xGex应变层HBT进行仿真研究,求得了器件的交直流特性,并且把这些结果与有关文献的结果进行了比较,比较表明两者符合良好,这说明采用的方法是正确的合理的,因此这种方法可以应用到其它器件的仿真中.同时Si/Si1-xGexHBT的交直流特性,第19卷第10 Vol.19,No.1998年10 Oct., (河学电子与信息工程系保 07本文了Si/Si1Ge应变层异质结双极晶体管(HBT)交直流特性的仿真结果.通过用叠代法求漂移扩散方程的数值解,确定器件的直流特性再利用瞬态激励法,求解器件的交流特性参数.将基区Ge摩尔含量x为0.2、0.31的HBT的模拟结果分别与有关文献的两者的结果符合良好.EEACC:2560J;异质结双极晶体管HBT)由于基区采用禁带宽度较窄的材料,因而这种器件具有注入效率高、基区电阻低、基区输运时间短等许多特点,由于这些特点使得器件表现出优良的交流特性、直流特性及低温特性SiSi1xGexHBT的优点外,还具有一些特殊的优点,如器件的制造工艺与广泛使用的Si器件工艺兼容等.因而,这种器件的研究引起了人们的很大,研究也取得了很大进展.,SiSi1xGexHBT的交直流特性.在交流特性的仿真中采用了瞬态激励法.这种方法就是在直流仿真的基础上,在基极加一个小的突变电压,利用变换的原理,求出各极电导和电容变化的矩阵元,从而确定器件的交流特性参数这种方法具有原理简单,编写程序容易,计算结果比较精确的优点.基于上述模型,开发了工作在Windows环境下的器件仿真程序,对SiSi1xGex应变层HBT进行仿真研究,求得了器件的交直流特性,并且把这些结果与有关文献的结果进行了比较,比较表明两者符合良好,这说明采用的方法是正确的合理的,因此这种方法可以应用到其它器件的仿真中同时SiSi1-xGexHBT的交直流特性,对于研究此器件的原理,估计它在性能方面的潜力也有一定价值.男,953年出生,,从事器件物理教学和科研工997075收到,9980206研究此器件的原理,估计它在性能方面的潜力也有一定价值男,953年出生,,从事器件物理教学和科研工作997075收到,9980206 19~式比较方便,用Y表示 N导纳矩阵,因此 ～

I=Y

(其中I=(I1I2I3,…INT,V=(V1V2V3,…VNT.Y表示为实部和虚部,~Y=G+ (其中G表示 N电导矩阵;C表示 N电容矩阵.由于没有规定电压的参考点,所 YGC0.同样,由于节点上的电流应该连续,YGC的每一列元素的和也必须为0求矩阵元的方法是,在某一端点(如第j个端点) 一小的偏置电压Vj,而保持其余端点上的偏置不变,测量各端点上的电流Iii=123,~Yij

(下 ~n个端点的器件,t时刻,jΔVjt),iiit)vitVi0)Ii0则小信号导纳的矩阵元为~Yij

F{ii(t)-Ii(0)F{vj(t)-Vj(0) (其中F表示对后面的函数进行变换.为了简化计算,设电压的扰动为阶跃函数,阶跃幅度为ΔVj,vjtVj0)+ΔVjt)=Vj0)+ΔVjt其中t)为单位阶跃函数.~此Yij~Yij

F{ii(t)-Ii(0)

(~Yij

F{Ii(∞)-Ii(0)+ii(t)-Ii(∞)ΔVjF{(t)i=Ii(∞)-Ii(0)F{(t)}+jkF{i(t)-I(∞)i =Ii(∞)-Ii(0)+jkF{i(t)-I(∞) (ij Ii(∞)-Iiij

+0[i+0[i(t)-Ii(∞)

( (~Yij

Ii(∞)-Ii(k k

Yij

Ii(∞)-Ii(

Δ0

0 (0~式比较方便,YN导纳矩阵, ～ ～～I=Y ～～~(~其中I=(I1I2I3,…INT,V=(V1V2V3,…VNT.Y表示为实部和虚部,~G+(其中GN电导矩阵CN电容矩阵由于没有规定电压的参考点,~~YGC0.同样,由于节点上的电流应该连续,YGC的每一列元素的和也必须为0.求矩阵元的方法是,在某一端点(如第j个端点) 一小的偏置电压Vj,而保持其余端点上的偏置不变,测量各端点上的电流Iii=1,2,3,~Yij

( ~n个端点的器件,t时刻,jΔVjtiiit)vitVi0)Ii0)则小信号~Yij

F{ii(t)-Ii(0)F{vj(t)-Vj(0) (其中F表示对后面的函数进行变换.为了简化计算,设电压的扰动为阶跃函数,阶跃幅度为ΔVj,vjtVj0)+ΔVjt)=Vj0)+ΔVjt其中t)为单位阶跃函数.~~Yij

F{ii(t)-Ii(0)F{ΔVj(t)

(~Yij

F{Ii(∞)-Ii(0)+ii(t)-Ii(∞)i=Ii(∞)-Ii(0)F{(t)} jkF{i(t)-I(∞)iΔVjF{(t) =Ii(∞)-Ii(0) jkF{i(t)-I(∞) (~

Yij

Ii(∞)-Ii(

[i(t)-I(∞)]e-kt ( Ii(∞)-Ii(

Yij

ΔVj

[i(t)-Ii(∞)](coskt-jsinkt) Ii(∞)-Ii( Yij ΔVj0+ + ( 19情况.HBTSi1-xGex应变层材料构成的,Si1-xGex应变层材料的参数,Si材料参数按常规参数值选择.311载流子迁移率由于缺少实验数据, 假定Si1-xGex应变层的少子迁移率等于多子迁移率. 定迁移率由合金散射,声子散射和杂质散射确定的,这些散射彼此无关,因此有1=1+1+ (A其中 为总迁移率;A为合金散射迁移率; 为声子散射迁移率; 率.对于由合金散射决定的迁移率,一个与实验符合的很好的唯象可表示为2800T-0.A=x(1-x (%).9700T-0.A=x(1-x (%). 2=2

*5

( 22(2kTNq3m*1

ln

-sskBTq2N1/32式中C11是平均纵向弹性常数167Eds是单位晶格膨胀带边的位移,其数值为-220 220

(其中vs=107cm3.1.2理论和实践都表明在100)Si1xGex应变层的禁带宽度随锗摩尔含量x连续变化,实验还表明与Si相比,Si1xGex应变层禁带宽度的差别主要是在价带上,即ΔEc远小于ΔEv,故假定ΔEc=0,ΔEvΔEg.理论计算得到禁带宽度表达式为[6Eg(x)=1.12-0.74x( (有关文献表明,x0.5时上式与实验结果能够很好地符合3.1.3Si1-xGex应变层的介电常数是随x线性变化的,x0时,其值为硅的介电常数1时锗的介电常数,X(xX(x)=11. 1时,Xx16,Ge的介电常数情况.本文讨论的HBTSi1-xGex应变层材料构成的,Si1-xGex应变层材料的参数,Si材料参数按常规参数值选择.3.1.1由于缺少实验数据, 假定Si1-xGex应变层的少子迁移率等于多子迁移率. 1 1 1 (A 为总迁移率;A为合金散射迁移率; 为声子散射迁移率; 率.对于由合金散射决定的迁移率,一个与实验符合的很好的唯象可表示为2800T-0.A=x(1-x (9700T-0.A=x(1-x (2=2

*5 3 ( = -=ln (式中C11是平均纵向弹性常数其数值为1.67;Eds是单位晶格膨胀带边的位移,-(E) 2

(其中vs=107cm3.1.2理论和实践都表明在(100)硅衬底上生长的Si1-xGex应变层的禁带宽度随锗摩尔含量x连续变化,实验还表明与Si相比,Si1-xGex应变层禁带宽度的差别主要是在价带上,即ΔEc远小于ΔEv,故假定ΔEc=0,ΔEv=ΔEg.理论计算得到禁带宽度表达式为[6Eg(x)=1.12-0.74x( (有关文献表明,x0.5时上式与实验结果能够很好地符合3.1.3Si1-xGex应变层的介电常数是随x线性变化的,x0时,其值为硅的介电常数为1时锗的介电常数,(x=1时x)=16,为Ge的介电常数 19 n+ p+/S nN 018 3N 018 3N 0

0图1a)器件的层结构

0

图1b)x0采用上述的模型, 设计了仿真程序.并利用此程序,根据上述的两组参数,求得了器件的直流和交流特性.41采用(a)组参数,仿真了器件的直流特性 的器件的参数基本相同[8.图2所示的是晶体管的Gummel图,图中分别给出 仿真的结果和由King研制的器件的测量结果.图3所示的是晶体管共极直流特性曲线,其中(a)所示的是仿真曲线,(b)所示的是实验曲线.从实验曲线和模拟曲线的比较可以看出,两者符合的比较好,说明 选取的模型是成功的.两者之间的差异,可能是 选取的参数有些与实际器件有一定差异,例如,虽然 根据文献选取了各区的掺杂浓度,但实际器件杂质浓图2Si GeHBT的Gummel

度的分布却不是均匀分布的根据文献8SiGe层的厚度为20nm区生长期间的杂质向区和集电区的扩散,大约有的20多纳米,选基区宽度为50nm,可能略微大些,这可能是在Gummel曲线中,模拟曲线比实际曲线的电流稍小的原因.仿真的晶体管,基区掺杂浓度是区掺浓度的70倍,由仿真得到器件的共极电流增益最大可达400以上,300左右(8]基本相同).据文献[8对Si晶体管,在其它参数基本不变,基区掺杂浓度为51017/cm3情况下(HBT相比,14倍60HBTSiGe应变层,基区的空穴流入区要跨过较高的势垒,因此极电流主要是电子电流,故可以得到较高的效率,因此基区可以采用高掺杂浓度,从而降低基区电阻,改善频率特性.从Gummel图中可以看出,在较低的极偏压下,就可以获得较高的集电级电流.EBCN3N/SGe3Nn 00μ0图1(a)图1(b)x0 41a)组参数,仿真了器件的直流特性.King的器件的参数基本相同[8.图2所示的是晶体管的Gummel图,图中分别给出仿真的结果和由King研制的器件的测量结果.3所示的是晶体管共极直流特性曲线,其中(a)所示的是仿真曲线,(b)所示的是实验曲线.从实验曲线和模拟曲线的比较可以看出,两者符合的比较好,说明选取的模型是成功的.两者之间的差异,可能是选取的参数有些与实际器件有一定差异,例如,虽然根据文献选取了各区的掺杂浓度,图2SiSi1GeHBT的Gummel图度的分布却不是均匀分布的根据文献8ie层的厚度为20nm区生长期间的杂质向区和集电区的扩散,大约有的20多纳米,选基区宽度为5n,可能略微大些,这可能是在Gummel曲线中,模拟曲线比实际曲线的电流稍小的原因.仿真的晶体管,基区掺杂浓度是区掺浓度的70倍,由仿真得到器件的共极电流增益最大可达400以上,在特性曲线的理想区域增益为300左右([8]基本相同)献[8对i晶体管,在其它参数基本不变,基掺杂浓度为573下BT相比,1倍),.i层,基区的空穴流入区要跨过较高的势垒,因此极电流主要是电子电流,故可以得到较高的效率,因此基区可以采用高掺杂浓度,从而降低基区电阻,改善频率特性.从Gummel图中可以看出,在较低的极偏压下,就可以获得较高的集电级电流.10 Si/Si1Ge应变层异质结双极晶体管(HBT)交直流特性的仿真研究

载流子的漂移扩散模型用三个方程来描述载流子的和分布.这三个方程是:(1)泊松方程2电子连续性方程3空穴连续性方程.载流子在器件中的浓度及其电场、电位分布可以通过解三个方程得到. q = (p-n+N+-N- ( 和p=-1Jp+ ( qn=1Jn+ ( qJp=qppE-qDpxJn=qnnE-qDn

((其中J为电位;E为电场强度;X0为真空介电常数X为相对介电常数;pn为空穴和电AD子浓度N-N+为电离受主和电离施主浓度;JpJn为空穴和电子电流密度;p和AD为空穴和电子迁移率DpDn为空穴和电子扩散系数;G为载流子产生率 q

1

(0)x2=

(p-n+ND-NA)0

X0X x

(在异质结器件中,因为不同位置上的材料不同,因而禁带宽度也随器件的位置变化,这样电流密度方程调整为 i

kT

kTNn nn(qE i

x

x-NkT

x (kTp pp(qE

x

x

px

Nνx (i为电子亲合势Eg为禁带宽度NcNν分别为导带和价带的态密度对于上述的几个方程,采用有限差分法使其离散化,即可得到在计算机上的仿真模型.根据上述的数学方程,可以确定晶体管的直流特性,在此基础上可以计算出器件的交流特性,即确定器件的特征频率和最高振荡频率等.采用瞬态激励法[3求解器件的频率特性,其原理如下:在小信号的假设下NNN矩阵,NN矩阵的 各矩阵元素可由端电压矢量Vii=123N)Iii=123N)之间的关系确定(注:上面有波浪线的符号表示该量为复数).实际上,N N矩阵可以有多种选择.因为模拟中通常是通过某些端点上的电压计算各端点上的电流,所以 N矩阵元用导纳的载流子的漂移扩散模型用三个方程来描述载流子的和分布.这三个方程是:(1)泊松方程;(2)电子连续性方程;(3)空穴连续性方程.载流子在器件中的浓度及其电场、电:2J=和

q(p-n+N+-N- ( p= 1Jp+ ( n 1Jn+ ( Jp=qppE-qDpxxJn=qnnE-qDnx

((其中J为电位;E为电场强度;X0为真空介电常数X为相对介电常数;pn为空穴和电子浓度;N-A和N+D为电离受主和电离施主浓度;JJ为空穴和电子电流密度;和为空穴和电子迁移率DpDn为空穴和电子扩散系数;G为载流子产生率 (0)x2= (p-n+ND-NA)x0

( kT kTNn nn(qE

x

x-NkT

x (kTνp pp(qE x x px- ν

(其中i为电子亲合势;Eg为禁带宽度;NcNν分别为导带和价带的态密度.对于上述的几个方程,采用有限差分法使其离散化,即可得到在计算机上的仿真模型.特性,即确定器件的特征频率和最高振荡频率等.采用瞬态激励法[3求解器件的频率特性,其原理如下:在小信号的假设下NNN矩阵,NN 各矩阵元素可由端电压矢量Vi(i=1,2,3…N)和端电流矢量Ii(i=1,2,3…N)之间的关系确定(注:上面有波浪线的符号表示该量为复数).实际上,NN矩阵可以有多种选择.因为模拟中通常是通过某些端点上的电压计算各端点上的电流,所以 N矩阵元用导纳的10 Si/Si1Ge应变层异质结双极晶体管(HBT)交直流特性的仿真研究

Ii(∞)-Ii(0)

( 0 (0在频率很低时,即k→0时,上述的可简化Gij

Ii(∞)-Ii(

(Gij 1∫{[i(t)-Ii(∞) ( ~因此,模拟器件的瞬态特性就归结为利用(17)(18)两式,计算Y的各个矩阵元.通常为了计算器件的某些特性参数,只需要计算某些特定的矩阵元,而不需要计算所有的矩阵元再把上述的方程离散化,以便编写计算机程序17)18)两式的离散化表示式为>N>

Ii( ΔT)-Ii(

{[i ΔT)-Ii( ΔT)]sin(knΔT)(

ΔΔVjn

{[i( ΔT)-Ii( ΔT)]con(ΔT) (其中N应足够大,即在第j个端点加一阶跃电压ΔVj后,经历N ΔT的时刻,使器件能够达到新的稳态.(a)在所感的工作点上通过直流仿真程序求得器件的直流特性,如器件的载流子浓度分布和电位分布等;b在给定的工作点上,按选定的ΔT,ΔVj的值(HBT的仿真中,ΔVi即为叠加在原来基极极偏压Vbe上的小的电压,如0.01V),继续用上述仿真程序计算,与单纯的直流仿真不同的是,在此计算过程中,要保存下计算过程中各nΔT(n=1,23,…NN为足够大的整数)时刻的电流;利用步骤(b)算得的不同时刻的电流,根据离散化表达式(21)(22)计算电阻和电容等;其中gm为器件的跨导Cn为基极电容

fT

( [4, [4,

xHBTSiSiGe应变层异质结是在Si上生长很薄SiGe层,此层的厚度必须小于临界厚度,由SiGe生长层晶格常数的压缩,界面没有晶格失配产生,此层表现出与体材料不同的特性.SiGe生长层的厚度大于临界厚度,生长层会积累足够的能量,释放应变界面会有晶SiGeSiSiGekGij=Ii(∞)-Ii(0) ∫{[i(t)-Ii(∞)]sinkt ( ΔVjVGij=V

{[i(t)-Ii(∞)]coskt} (在频率很低时,即k→0时,上述的可简化Gij=Ii(∞)-Ii(

(Gij=1∫{[i(t)-Ii(∞) (ΔVj~因此,模拟器件的瞬态特性就归结为利用17)18)两式,Y的各个矩阵元.通常,元再把上述的方程离散化,以便编写计算机程序17)18)N Ii( ΔT)-Ii(0) kij

ΔVjn1{[i ΔT)-Ii( ΔT)]sin(knΔT)(

ΔT)-I( (ΔVjn其中N应足够大,即在第jΔVj后,经历NΔT的时刻,使器件能够达到新的稳态.(a)在所感的工作点上通过直流仿真程序求得器件的直流特性,如器件的载流子(b)在给定的工作点上,按选定的ΔT,ΔVj的值(HBT的仿真中,ΔVi即为叠加在原来基极极偏压Vbe上的小的电压,如0.01V),继续用上述仿真程序计算,与单纯的直流仿真不同的是,在此计算过程中,nΔT(n=1,2,3,N,N为足够大的整数)时刻的电流;利用步骤b)算得的不同时刻的电流,21)22)计算电阻和电容等;fT= (其中gm为器件的跨导Cn为基极电容SiSi1xGexHBT[4,SiSiGe应变层异质结是在SiSiGe层,此层的厚度必须小于临界厚度,由于SiGe生长层晶格常数的压缩,界面没有晶格失配产生,此层表现出与体材料不同的特性.如果SiGe生长层的厚度大于临界厚度,生长层会积累足够的能量,释放应变,界面会有晶SiGe合金材料相同这就是一般SiSiGe合金异质结的10 Si/Si1Ge应变层异质结双极晶体管(HBT)交直流特性的仿真研究

3.1.4态密度在应变层中由于简并能级的,导带态密度也要发生变化.与GaAs的情况类似,其导带态密度可以表示为Nc=

-

(式中Mc1Mc2分别表示向下漂移和向上漂移的能谷数,对于Si1-xGexMc1=4,Mc22两能谷之间的能量差Ec1-Ec2=0.6x应变对价带的影响更复杂,有效质量张量强烈地各向异性,但如果假定应变产生的轻空穴的数量相对于未应变的空穴数量来说是可以忽略的话,则可以认为价带态密度与应变无关,可以取体硅的价带态密度.3.1.5载流子和复假定载流子与掺杂浓度和Ge组分x无关.对于Si材料fn=fp=1μs.对于Si1-xfn=p=0.1μs.Shockley-Read-Hall复合2Gd

ni- p

(31.6SiSiGe应变层的禁带宽度假定Si和SiGe应变层禁带宽度随掺杂浓度的增加而变窄,变窄的量相同,lnNlnN1+2ΔEg=V1lnN

+

( 其中V=0.009eV;N=1017cm-3C=0.5 32器件结构参数模拟HBT的区和集电区是由Si构成的,基区是由Si1-xGex应变层构成的,器件是一维的SiGe基区晶体管,其基区宽度Si1xGex应变层的厚度)Si1-xGex应变层的临界厚度.区和集电区是N型掺杂的,基区是P型掺杂的.为了与文献中的数据进行比较,选择了两组模拟参数.分别如下

( 区、基区和集电区掺杂浓度分别为

/cm,

/cm和

Si1-xGex应变层中的Ge摩尔含量x为0.31.区、基区和集电区的长度分别为0.(b)区、基区和集电区掺杂浓度分别为1 1018/cm3,1 1018/cm3和1 Si1-xGex应变层中的Ge摩尔含量x为0.20.区、基区和集电区的长度分别为0.图1a)b)b)组参数画出的器件结构图和平衡能带图3.1.4在应变层中由于简并能级的,导带态密度也要发生变化.与GaAs的情况类似,其Nc=

3

-Ec2/kT (式中M1M2分别表示向下漂移和向上漂移的能谷数,对于i1xex应变层M1=4,M2=2.两能谷之间的能量差E1-E20.x.应变对价带的影响更复杂有效质量张量强烈地各向异性,但如果假定应变产生的轻空穴的数量相对于未应变的空穴数量来说是可以忽略的话,则可以认为价带态密度与应变无关,可以取体硅的价带态密度.3.1.5载流子和复假定载流子与掺杂浓度和Ge组分x无关.对于Si材料fn=fp=1μs.对于Si1-xfnp=0.1μs.Shockley-Read-Hall复合2Gd

ni-fp(n+n)+fn(p p

(3.1.6SiSiGeSiSiGe应变层禁带宽度随掺杂浓度的增加而变窄,变窄的量相同,lnNlnN1+NΔEg=V1lnNN

(其中V1=0.009eV;N1=1017cm3C=0.5,NT是总掺杂浓度模拟HBT的区和集电区是由Si构成的,基区是由Si1-xGex应变层构成的,器件是一维的SiGe基区晶体管,其基区宽度Si1xGex应变层的厚度)Si1xGex应变层的临界厚度.区和集电区是N型掺杂的,基区是P型掺杂的.为了与文献中的数据进行比较,选择了两组模拟参数.分别如下 (a)区、基区和集电区掺杂浓度分别为 10/cm, 10/cm和 10/cm(b)区、基区和集电区掺杂浓度分别为11018/cm3,11018/cm3和11017/cm3.Si1-xGex应变层中的Ge摩尔含量x为0.20.区、基区和集电区的长度分别为0.图1(a)(b)所示的是根据(b)组参数画出的器件结构图和平衡能带图10 Si/Si1Ge应变层异质结双极晶体管(HBT)交直流特性的仿真研究

图3晶体管共极直流特性曲a)模拟结果;(b)此使用这种器件,可以降低电路的功耗42交流特性的仿真基本相同.图4给出了共级截止频率,随集电极电流变化的曲线.在集电极电流很小时,fT很低,随着集电极电流增大,fT迅速上升从物理上分析,fT主要由基区渡越时间、极延迟时间d决定的fT随着集电极电流增大上升是由e而决定的,fe=reCTc+Ccre=kT/qI,IIc,所以feIc反比.Ic很小时re很大,fe也很大,fT很小随Ic增大e迅速下降fT随之上升.Ic大于是1105时,fT出现饱和fT的最大值少.HBT之所以有这样高的特征频率是因为基区采用高掺杂浓度,降低了基区电阻,从而使基区渡fb减少,提高了特征频率fT.

图4HBTSiSi1xGex/Si应变层双极晶体管进行仿真的结果.器件参数的选取参考了有关文献,具有较高的可靠性.除了计算晶体管直流特性曲线外,还尝试使用小信号瞬态激励法,仿真器件的交流特性,算得的特征频率,与有关文献的基本相符图 a)模拟结果;(b)此使用这种器件,可以降低电路的功耗4.2基本相同.图4给出了共级截止频率,随集电极电流变化的曲线.在集电极电流很小时,fT很低,随着集电极电流增大,fT迅速上升.从物理上分析,fT主要由基区渡越时间、极延迟时间dfc决定的,fT随着集电极电流增大上升是由e而决定的,fe=re(CTc+Cc),re=kT/qI,IIc,所以fe近似与Ic反比.在Ic很小时,re很大,fe也很大,fT很小.随Ic增大,e迅速下降,fT随之上升.Ic大于是1105时,fT出现饱和,fT的最大值80GHz1076GHz相差很少.HBT之所以有这样高的特征频率是因为基区采用高掺杂浓度,降低了基区电阻,从而使基区渡fb减少,fT.

图 i/i1-xex/Si果器件参数的选取参考了有关文献,具有较高的可靠性除了计算晶体管直流特性曲线外还尝试使用小信号瞬态激励法,仿真器件的交流特性,算得的特征频率,与有关文献的基本相符 19 []CMSnowden,SeoconducorDevceModelng,London,UK,988,6090[2],固体电子学研究与进展,992,12(4)300[3]SevenELaux,IEEETransElecronDevces,985,32(0)2028[4]SCJanandWHayes,SecondScTechnol,99,6(7)547[5]BRANIMIRPEJCINOVICetal,IEEETransElecronDevces,989,36(0)229[6]RPeopleandJCBean,ApplPhysLe,986,48(8)538540[7]JWSlobooandHCDeGraa,SoldSaeElecron,976,19857[8]CAKngetal,IEEETransElecronDevceLe,989,36(0)2093206[9]CAKngetal,IEEEElecronDevceLe,989,10(4) [0]TTal,IEEEElecronDevceLe,989,10(4)Transistors(HBT)bySimulatingAC/DCCharacteristicsGuo(DepartmentofElectronic&InformationalEngineering,HebeiUniversity,Baoding07002)Receved5July997,revsedanuscrpreceved6February998ACandDCcharacteristicsofSi/Si1-xGexstainedlayerheterojunctionbipolartransistors(HBT)aresimulated.TheDCpropertiesofdevicesaredeterminedbyconsid-eringthedrift-diffusionequations,whilethedataofdeviceACcharacteristicsareobtainedbyusingthetransientexcitationmethod.TheresultsofsimulationinHBTofGewithmolefractionsof0.2and0.31inbaseregionagreeverywellwiththepublished