本发明专利技术提供一种锗硅异质结双极晶体管（ＨＢＴ）雪崩外延层有效厚度计算方法及雪崩电流模型，可根据锗硅ＨＢＴ的各端点偏压条件和所处环境温度计算该晶体管的雪崩电流。模型参数包括雪崩电流的曲率决定电压ＶＡＶＬ，晶体管雪崩常数Ａｎ和Ｂｎ，集电极－基极结扩散电压Ｖ↓［ｄｃ］，晶体管发生热载流子现象的临界电流Ｉ↓［ｈｃ］，参考温度下雪崩外延层的有效厚度ＷＡＶＬ↓［Ｔｒｅｆ］以及该有效厚度随温度线性变化的一、二阶温度系数ＷＡＶＬ↓［Ｔ１］、ＷＡＶＬ↓［Ｔ２］。本模型结合传统双极晶体管的雪崩电流计算方法，创新性地提出雪崩外延层有效厚度的温度变化公式和雪崩电流温度变化参数，并进一步提出了可随温度变化的锗硅异质结双极晶体管雪崩电流数学模型，提高了对不同温度下锗硅双极型晶体管进行模拟仿真的精确度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于集成电路领域，尤其涉及一种锗硅异质结双极晶体管(SiGeHBT)雪崩外延层的有效厚度计算方法及相应的晶体管雪崩电流仿真模型。
技术介绍
锗硅技术是驱动诸如数字无线手机等低价、轻便、个人化的通讯器材以及数字机顶盒、卫星直播、汽车防撞系统、PDA等娱乐信息科技产品迅猛发展的强大力量。它的核心技术是锗硅异质结双极晶体管(简称SiGe HBT)，这种器件的高速特性使得它在通讯电路应用尤其是射频电路方面表现出众，既大大优于传统双极型晶体管也同时优于硅基CMOS晶体管。为SiGe HBT提供模型支持，是射频集成电路设计仿真中不可缺少的环节，因而在目前领先的锗硅工艺节点上对高速SiGe HBT进行Mextram模型的参数提取与优化进行探索性研究，对于高频集成电路的设计开发有着非常重要的意义和广泛的应用价值。在为SiGe HBT建立的模型之中，对SiGe HBT的雪崩电流进行模型建立是其中尤为重要的一个方面。在SiGe HBT进入大电流工作状态之后，载流子碰撞引起的雪崩电流将极大地影响晶体管基极电流以及集电极电流的大小，进而影响晶体管的放大系数，改变整个晶体管的输入输出特性。建立准确的SiGe HBT雪崩电流模型对于建立准确的SiGe HBT模型进行射频集成电路仿真设计意义重大。业界目前所广泛使用的SiGe HBT模型为Mextram模型，它是从双极晶体管模型的工业标准Spice-Gummel-Poon模型基础上发展而来，是目前业界所应用最为广泛的一种针对双极型晶体管的先进紧凑模型，它提供了对锗硅工艺的支持。它采用如下几个公式表述SiGe HBT的雪崩电流模型：-->Iavl=In(AnBn)Em·λ·exp(-Bn/Em)[1-exp(BnEmWdλ)];]]>其中，Iavl表示雪崩电流；In表示除去雪崩电流影响之后的晶体管集电极电流(集电极电流为In与Iavl之和)；An和Bn表示晶体管的雪崩常数；Em为处于雪崩外延层空间电荷区内的空间电场强度最大值；λ表示由位于集电极内的空间电荷区内电场强度为零处至基极-集电极结中电场强度最大处的线性位移；Wd为基极-集电极结的空间电荷区宽度，且Wd的计算公式为：Wd=WAVL·Vdc+VCB·(In+Ihc)VAVL·Ihc;]]>其中，WAVL为独立的模型参数，不受环境温度影响。该模型在温度不变的情况下对SiGe HBT进行仿真与实际测量结果拟合情况良好，然而随着温度变化它所模拟的SiGe HBT雪崩电流却无法随着温度变化而变化。图1显示了SiGe HBT的正向early电压图形Ib vs Vcb曲线，和晶体管雪崩电流Iavl的大小。图4为使用Mextram模型在进行模型参数提取之后在25℃、50℃、75℃、100℃和125℃下对正向early电压图形Ib vs VCB曲线进行仿真与实际测量曲线拟合的情况，从图中可以看出，在大电流条件下温度越高Mextram仿真曲线与实际测量曲线间的差异越明显。这表明不同温度下雪崩电流Iavl的实际测量数值并不相同，而Mextram模型并未提供WAVL的温度变化规则，即说明旧有SiGeHBT模型中的雪崩电流模型存在局限性，它无法描述SiGe HBT的雪崩电流随温度不同而变化的特性。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题在于提供一种能准确计算锗硅异质结双极晶体管雪崩外延层有效厚度的方法，以及一种特性可随温度变化的，具有清晰的物理意义及高度准确性的锗硅异质结双极晶体管的雪崩电流模型。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种锗硅异质结双极晶体管雪崩外延层有效厚度计算方法，该方法在测量得到一参考温度下雪崩外延层有效厚度的基础上增添修正项，对晶体管雪崩外延层的有效厚度随环境温度变化的情况进-->行修正，该修正项为晶体管所处的环境温度与参考温度的差的二阶或者二阶以上多项表达式，其相应系数通过采用传统双极晶体管模型对锗硅异质结双极晶体管在不同温度下进行参数提取而得到。进一步地，采用晶体管所处的环境温度Temp与参考温度Tref的差的二阶多项式来表示雪崩外延层的有效厚度WAVL，具体表达式为：WAVL＝WAVLTref-(Temp-Tref)·WAVLT1-(Temp-Tref)2·WAVLT2；其中，WAVLTref表示参考温度下的雪崩外延层的有效厚度，WAVLT1表示雪崩外延层的有效厚度随温度线性变化的一阶温度系数，WAVLT2表示雪崩外延层的有效厚度随温度线性变化的二阶温度系数。进一步地，所述晶体管所处的环境温度Temp的取值范围为0℃至125℃。本专利技术的另一方案是提供一种雪崩电流模型，应用于对锗硅异质结双极晶体管的器件电学仿真中，该模型采用上述的锗硅HBT雪崩外延层有效厚度计算方法，根据锗硅HBT各端点的偏压条件和所处环境温度计算该晶体管雪崩电流。进一步地，所述的晶体管雪崩电流Iavl由以下公式决定：Iavl=In(AnBn)Em·λ·exp(-Bn/Em)[1+12π·BnEm·Wd-λλ],]]>其中：In表示除去雪崩电流影响之后的晶体管集电极电流；An和Bn表示晶体管的雪崩常数；Em为处于雪崩外延层空间电荷区内的空间电场强度峰值，由以下公式决定：Em=Vdc+VCB+2VAVLWAVLVdc+VCBVdc+VCB+VAVL,]]>其中，Vdc表示集电极-基极节扩散电压，VCB表示集电极和基极之间电压降，VAVL表示晶体管雪崩电流的曲率决定电压，WAVL表示晶体管雪崩外延层的有效厚度；λ表示由位于集电极内的空间电荷区内电场强度为零处至基极-集电极结中电场强度最大处的线性位移，由以下公式决定：λ=Em·WAVL22VAVL·In+IhcIhc,]]>其中，Ihc表示晶体管发生热载流子现象的临界电流；Wd为基极-集电极结的空间电荷区宽度，由以下公式决定：-->Wd=WAVL·Vdc+VCB·(In+Ihc)IhcVdc+VCB·(In+Ihc)Ihc+VAVL.]]>进一步地，对于NPN晶体管，An＝7.05×105cm-1，Bn＝1.23×106V/cm；对于PNP晶体管，An＝1.58×106cm-1，Bn＝2.04×106V/cm。本专利技术在传统双极型晶体管模型基础上提出了雪崩外延层有效厚度随温度变化的计算方法和新的雪崩电流温度变化参数，对SiGe异质结双极晶体管雪崩电流受温度影响的特性进行了表述，采用本专利技术的雪崩电流模型可以大大提高双极型晶体管模型对不同温度下SiGe双极型晶体管进行模拟仿真的精确度。本专利技术的雪崩电流模型具有清晰的物理意义，适用于0℃至125℃之间的温度范围。附图说明通过以下实施例并结合其附图的描述，可以进一步理解其专利技术的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为：图1为用于测量双极晶体管雪崩电流Iavl的正向early电压图形Ib vs V本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种锗硅异质结双极晶体管（ＨＢＴ）雪崩外延层有效厚度计算方法，其特征在于，在测量得到一参考温度下雪崩外延层有效厚度的基础上增添修正项，对晶体管雪崩外延层的有效厚度随环境温度变化的情况进行修正，该修正项为晶体管所处的环境温度与参考温度的差的二阶或者二阶以上多项表达式，其相应系数通过采用传统双极晶体管模型对锗硅异质结双极晶体管在不同温度下进行参数提取而得到。
【技术特征摘要】
1、一种锗硅异质结双极晶体管(HBT)雪崩外延层有效厚度计算方法，其特征在于，在测量得到一参考温度下雪崩外延层有效厚度的基础上增添修正项，对晶体管雪崩外延层的有效厚度随环境温度变化的情况进行修正，该修正项为晶体管所处的环境温度与参考温度的差的二阶或者二阶以上多项表达式，其相应系数通过采用传统双极晶体管模型对锗硅异质结双极晶体管在不同温度下进行参数提取而得到。2、如权利要求1所述的锗硅HBT雪崩外延层有效厚度计算方法，其特征在于，采用晶体管所处的环境温度Temp与参考温度Tref的差的二阶多项式来表示雪崩外延层的有效厚度WAVL，具体表达式为：WAVL＝WAVLTref-(Temp-Tref)·WAVLT1-(Temp-Tref)2·WAVLT2；其中，WAVLTref表示参考温度下的雪崩外延层的有效厚度，WAVLT1表示雪崩外延层的有效厚度随温度线性变化的一阶温度系数，WAVLT2表示雪崩外延层的有效厚度随温度线性变化的二阶温度系数。3、如权利要求1所述的锗硅HBT雪崩外延层有效厚度计算方法，其特征在于：所述晶体管所处的环境温度Temp的取值范围为0℃至125℃。4、一种雪崩电流模型，应用于对锗硅异质结双极晶体管(HBT)的器件电学仿真中，其特征在于，该模型采用权利要求1所述的锗硅HBT雪崩外延层有效厚度计算方法，根据锗硅HBT各端点的偏压条件和所处环境温度计算该晶体管雪崩电流。5、如权利要求4所述的雪崩电流模型，其特征在于，所述的晶体管雪崩电流Iavl由以下公式决定：Iavl=In(AnBn)Em·λ·exp(-Bn/Em)[1+12π·BnEm·Wd-λλ],]]>其中：In表示除去雪崩电流影响之后的晶体管集电极电流；An和Bn表示晶体管的...
【专利技术属性】
技术研发人员：任铮，胡少坚，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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