[發明專利]一種復合應變Si/SiGe異質結雙極晶體管大信號等效電路模型

有效

• 申請號: 202010219080.5
• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN111490096B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 周春宇;王冠宇;閆偉濤;常曉偉;耿欣;蔣巍
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: H01L29/737
• 分類號: H01L29/737;G06F30/39
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識產權事務所(特殊普通合伙) 13123
• 代理人: 張錦紅

本發明公開了一種復合應變Si/SiGe異質結雙極晶體管大信號等效電路模型，屬于半導體集成電路技術領域，包括本征NPN晶體管單元，寄生襯底PNP晶體管單元，襯底匹配網絡單元，BC寄生等效電路單元，BE寄生等效電路單元，以及發射區、基區和集電區寄生等效電阻。本發明能精確反映異質結雙極晶體管器件物理本質，準確的模擬器件特性，且參數少、提取過程簡單，同時可以將所建立的等效電路模型嵌入仿真軟件，適用于模擬高頻集成電路仿真設計。

技術領域

本發明涉及一種復合應變Si/SiGe異質結雙極晶體管大信號等效電路模型，屬于半導體集成電路技術領域。

背景技術

太赫茲集成電路是各種固態太赫茲系統應用的核心，是一個典型的交叉研究前沿領域，該領域具體涉及太赫茲及集成電路兩個方面。其中，集成電路芯片是整個電子產業的心臟，而在毫米波太赫茲方面，太赫茲集成電路的工作頻率是現有常見集成電路芯片的數千倍，在如此高的頻率，太赫茲集成電路的設計、加工、測試都極富挑戰性。作為太赫茲集成電路的核心的太赫茲器件，已成為未來信息技術和半導體產業發展的關鍵。

關于太赫茲器件，現有通過在基區和集電區區域引入單軸應力來實現一種小尺寸復合應變Si/SiGe異質結雙極晶體管，將Si基雙極結型晶體管(BJT)的基區加入了少量的Ge組分，從而實現器件各個區域均為應變結構，每個區域所施加的單軸應力均可以大幅提高縱向少數載流子的遷移率，從而提高器件的高頻特性，應力的引入提高集電結的擊穿電壓，進而提高器件的功率特性。

但能精確表征小尺寸復合應變Si/SiGe異質結雙極晶體管集約模型和建模方法仍然缺失。硅基太赫茲集成電路的設計實現在接近晶體管截止頻率處進行，一般晶體管截止頻率為300GHz-1THz，但已有模型結果仍集中在幾十個GHz左右，無法準確支持太赫茲頻段集成電路的仿真設計。因此，建立能精確反映器件物理本質的輸運增強的小尺寸（尺寸小于100nm定義為小尺寸）復合應變Si/SiGe異質結雙極晶體管大信號等效電路模型可以準確的模擬器件特性，同時將所建立的等效電路模型嵌入仿真軟件，還可用于硅基太赫茲器件的集成電路設計與仿真，有望填補硅基太赫茲器件仿真的空白。

發明內容

本發明需要解決的技術問題是提供一種復合應變Si/SiGe異質結雙極晶體管大信號等效電路模型，能精確反映異質結雙極晶體管器件物理本質，準確的模擬器件特性，且參數少、提取過程簡單，同時可以將所建立的等效電路模型嵌入仿真軟件， 適用于模擬高頻集成電路仿真設計。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

一種復合應變Si/SiGe異質結雙極晶體管大信號等效電路模型，包括本征NPN晶體管單元T₁、寄生襯底PNP晶體管單元T₂、襯底匹配網絡單元、BC寄生等效電路單元、BE寄生等效電路單元，以及發射區等效電阻R_E、集電區等效電阻R_C和寄生基區等效電阻；

本征NPN晶體管單元T₁的基極、集電極和發射極分別和第一基區端B’、第一集電區端C’以及發射極E相連；

寄生襯底PNP晶體管單元T₂的基極、集電極和發射極分別和第一集電區端C’、第二襯底端S’以及第一基區端B’相連；

襯底匹配網絡單元并聯于襯底端S和第二襯底端S’之間；