一种复合应变Si/SiGe异质结双极晶体管大信号等效电路模型制造技术

本发明专利技术公开了一种复合应变Si/SiGe异质结双极晶体管大信号等效电路模型，属于半导体集成电路技术领域，包括本征NPN晶体管单元，寄生衬底PNP晶体管单元，衬底匹配网络单元，BC寄生等效电路单元，BE寄生等效电路单元，以及发射区、基区和集电区寄生等效电阻。本发明专利技术能精确反映异质结双极晶体管器件物理本质，准确的模拟器件特性，且参数少、提取过程简单，同时可以将所建立的等效电路模型嵌入仿真软件，适用于模拟高频集成电路仿真设计。

【技术实现步骤摘要】
一种复合应变Si/SiGe异质结双极晶体管大信号等效电路模型
本专利技术涉及一种复合应变Si/SiGe异质结双极晶体管大信号等效电路模型，属于半导体集成电路

技术介绍
太赫兹集成电路是各种固态太赫兹系统应用的核心，是一个典型的交叉研究前沿领域，该领域具体涉及太赫兹及集成电路两个方面。其中，集成电路芯片是整个电子产业的心脏，而在毫米波太赫兹方面，太赫兹集成电路的工作频率是现有常见集成电路芯片的数千倍，在如此高的频率，太赫兹集成电路的设计、加工、测试都极富挑战性。作为太赫兹集成电路的核心的太赫兹器件，已成为未来信息技术和半导体产业发展的关键。关于太赫兹器件，现有通过在基区和集电区区域引入单轴应力来实现一种小尺寸复合应变Si/SiGe异质结双极晶体管，将Si基双极结型晶体管(BJT)的基区加入了少量的Ge组分，从而实现器件各个区域均为应变结构，每个区域所施加的单轴应力均可以大幅提高纵向少数载流子的迁移率，从而提高器件的高频特性，应力的引入提高集电结的击穿电压，进而提高器件的功率特性。但能精确表征小尺寸复合应变Si/SiGe异质结双极晶体管集约模型和建模方法仍然缺失。硅基太赫兹集成电路的设计实现在接近晶体管截止频率处进行，一般晶体管截止频率为300GHz-1THz，但已有模型结果仍集中在几十个GHz左右，无法准确支持太赫兹频段集成电路的仿真设计。因此，建立能精确反映器件物理本质的输运增强的小尺寸（尺寸小于100nm定义为小尺寸）复合应变Si/SiGe异质结双极晶体管大信号等效电路模型可以准确的模拟器件特性，同时将所建立的等效电路模型嵌入仿真软件，还可用于硅基太赫兹器件的集成电路设计与仿真，有望填补硅基太赫兹器件仿真的空白。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是提供一种复合应变Si/SiGe异质结双极晶体管大信号等效电路模型，能精确反映异质结双极晶体管器件物理本质，准确的模拟器件特性，且参数少、提取过程简单，同时可以将所建立的等效电路模型嵌入仿真软件，适用于模拟高频集成电路仿真设计。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种复合应变Si/SiGe异质结双极晶体管大信号等效电路模型，包括本征NPN晶体管单元T1、寄生衬底PNP晶体管单元T2、衬底匹配网络单元、BC寄生等效电路单元、BE寄生等效电路单元，以及发射区等效电阻RE、集电区等效电阻RC和寄生基区等效电阻；本征NPN晶体管单元T1的基极、集电极和发射极分别和第一基区端B’、第一集电区端C’以及发射极E相连；寄生衬底PNP晶体管单元T2的基极、集电极和发射极分别和第一集电区端C’、第二衬底端S’以及第一基区端B’相连；衬底匹配网络单元并联于衬底端S和第二衬底端S’之间；BC寄生等效电路单元由内BC寄生结电流ijBCX1、内BC寄生电容CBCP1、外BC寄生结电流ijBCX2、外BC寄生电容CBCP2、STI-BC寄生电容CBCP3组成，内BC寄生结电流ijBCX1和内BC寄生电容CBCP1并联于第一基区端B’和第一集电区端C’之间，外BC寄生结电流ijBCX2和外BC寄生电容CBCP2并联于第二基区端B”和第一集电区端C’之间，STI-BC寄生电容CBCP3位于基极端B和第一集电区端C’之间；BE寄生等效电路单元位于第二基区端B”和发射极端E之间；发射区等效电阻RE位于发射极端E和第一发射区端E’之间；集电区等效电阻RC位于集电极端Ｃ和第一集电区端C’之间；所述寄生基区等效电阻由寄生内基区等效电阻RBP1和寄生外基区等效电阻RBP2组成，寄生内基区等效电阻RBP1位于第一基区端和B’第二基区端B”之间，寄生外基区等效电阻RBP2位于第二基区端B”和基极端B之间。本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述本征NPN晶体管单元T1由传输电流iT、BC结击穿电流iAVL、BE结复合电流iBhrec、BC结扩散电容CdC、BE结扩散电容CdE、BC结势垒电容CjCi、BE结势垒电容CjEi、BC结电流ijBCi、BE结电流ijBEi、BE结穿通电流iBEti、发射区电流集边等效电容CRBi和本征基区电阻RBi组成，传输电流iT位于第一集电区端C’和第一发射区端E’之间，BC结击穿电流iAVL、BC结扩散电容CdC、BC结势垒电容CjCi和BC结电流ijBCi并联于第一集电区端C’和内基区端B*之间，BE结复合电流iBhrec、BE结扩散电容CdE、BE结势垒电容CjEi、BE结电流ijBEi和BE结穿通电流iBEti并联于第一发射区端E’和内基区端B*之间，发射区电流集边等效电容CRBi和本征基区电阻RBi并联于和第一基区端B’和内基区端B*之间。本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述寄生衬底PNP晶体管单元T2由寄生衬底PNP晶体管传输电流iTS、寄生衬底PNP晶体管集电结势垒电容Cjs、寄生衬底PNP晶体管发射结扩散电容Cds和寄生衬底PNP晶体管基区电流ijSC组成，寄生衬底PNP晶体管传输电流iTS位于第二衬底端S’和第一基区端B’之间，寄生衬底PNP晶体管基区电流ijSC和寄生衬底PNP晶体管集电结势垒电容Cjs并联于第二衬底端S’和第一集电区端C’之间，寄生衬底PNP晶体管发射结扩散电容Cds位于第一基区端B’和第一集电区端C’之间。本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述衬底匹配网络单元由衬底匹配电阻RS和衬底匹配电容CS组成，衬底匹配电阻RS和衬底匹配电容CS均并联于衬底端S和第二衬底端S’之间。本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述BE寄生等效电路单元由BE寄生等效电容CBEP组成。由于采用了上述技术方案，本专利技术取得的技术进步是：基于一种复合应变Si/SiGe异质结双极晶体管器件，建立了可用于集成电路设计的复合应变Si/SiGe异质结双极晶体管大信号等效电路模型。模型包括本征NPN晶体管单元，寄生衬底PNP晶体管单元，衬底匹配网络单元，BC寄生等效电路单元，BE寄生等效电路单元，以及发射区、基区和集电区寄生等效电阻，该等效电路模型能精确反映器件物理本质，准确的模拟器件特性，且参数少、提取过程简单，同时可以将所建立的等效电路模型嵌入仿真软件，适用于模拟高频集成电路仿真设计。附图说明图1是本专利技术复合应变Si/SiGe异质结双极晶体管剖面示意图；图2是本专利技术复合应变Si/SiGe异质结双极晶体管大信号等效电路示意图；图3是本专利技术本征NPN晶体管单元等效电路示意图；图4是本专利技术寄生衬底PNP晶体管单元等效电路示意图；其中，001、N型集电区，002、非本征内基区，003、嵌入式SiGe非本征外基区，004、侧墙氧化层，005、P型SiGe基区，006、Si帽层，007、多晶Si发射区，100、本征NPN晶体管T1，101、传输电流iT，102、BC结击穿电流iAVL，103、BE结复合电流iBhrec，104、BC结扩散电容CdC，105、BE结扩散电容CdE，106、BC结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合应变Si/SiGe异质结双极晶体管大信号等效电路模型，其特征在于：包括本征NPN晶体管单元T

【技术特征摘要】
1.一种复合应变Si/SiGe异质结双极晶体管大信号等效电路模型，其特征在于：包括本征NPN晶体管单元T1（100）、寄生衬底PNP晶体管单元T2（200）、衬底匹配网络单元、BC寄生等效电路单元、BE寄生等效电路单元，以及发射区等效电阻RE（603）、集电区等效电阻RC（604）和寄生基区等效电阻；
本征NPN晶体管单元T1（100）的基极、集电极和发射极分别和第一基区端B’、第一集电区端C’以及发射极E相连；
寄生衬底PNP晶体管单元T2（200）的基极、集电极和发射极分别和第一集电区端C’、第二衬底端S’以及第一基区端B’相连；
衬底匹配网络单元并联于衬底端S和第二衬底端S’之间；
BC寄生等效电路单元由内BC寄生结电流ijBCX1（301）、内BC寄生电容CBCP1（302）、外BC寄生结电流ijBCX2（303）、外BC寄生电容CBCP2（304）、STI-BC寄生电容CBCP3（305）组成，内BC寄生结电流ijBCX1（301）和内BC寄生电容CBCP1（302）并联于第一基区端B’和第一集电区端C’之间，外BC寄生结电流ijBCX2（303）和外BC寄生电容CBCP2（304）并联于第二基区端B”和第一集电区端C’之间，STI-BC寄生电容CBCP3（305）位于基极端B和第一集电区端C’之间；
BE寄生等效电路单元位于第二基区端B”和发射极端E之间；
发射区等效电阻RE（603）位于发射极端E和第一发射区端E’之间；
集电区等效电阻RC（604）位于集电极端Ｃ和第一集电区端C’之间；
所述寄生基区等效电阻由寄生内基区等效电阻RBP1（602）和寄生外基区等效电阻RBP2（601）组成，寄生内基区等效电阻RBP1（602）位于第一基区端和B’第二基区端B”之间，寄生外基区等效电阻RBP2（601）位于第二基区端B”和基极端B之间。


2.根据权利要求1所述的一种复合应变Si/SiGe异质结双极晶体管大信号等效电路模型，其特征在于：所述本征NPN晶体管单元T1（100）由传输电流iT（101）、BC结击穿电流iAVL（102）、BE结复合电流iBhrec（103）、BC结扩散电容CdC（104）、BE结扩散电容CdE（105）、BC结势垒电容C...

【专利技术属性】
技术研发人员：周春宇，王冠宇，闫伟涛，常晓伟，耿欣，蒋巍，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13