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新型InP/InGaAs材料双异质结HBT的静态模拟

李英  
【摘要】:异质结双极晶体管(HBT)具有高频、高速、低噪声和高电流驱动能力等优点,特别适合于制作微波及高速数字电路。随着HBT应用的不断开拓,建立精确的器件模型并且对其进行模拟,对集成电路设计与生产具有十分重要的指导意义,因为器件模拟可以缩短生产周期,降低生产成本,对未来的发展方向有很大的预见性。InP/InGaAs是应用于HBT器件的新型材料,与常用的AlGaAs/GaAs HBT相比,它具有更高的电流增益与更好的高速性能。现有的工艺条件很难控制缓变结的组分变化,使得InP/InGaAs HBT只能做成突变结结构,界面上的导带价带不连续为器件模拟带来了困难,目前的商用器件模拟软件,如ISE8.5,都无法对这种新型结构进行准确的模拟。 本文针对InP/InGaAs材料,采用了漂移扩散模型对同质结二极管、异质结二极管、HBT等器件进行了模拟,并且针对异质结结构的特殊性,提出了全流体动力学模型(全HD模型)的概念。全流体动力学模型即在载流子的平均能量中包含动能项,在一般情况下,载流子平均能量中的动能项会被忽略,但是由于在小尺寸半导体器件中载流子的平均速度很高,动能项已经与热能项处于同一个数量级,所以本文在模拟平台中尝试加入了全HD模型。 本文建立的模拟平台中包含了多种模型,如低场迁移率模型、高场迁移率模型与产生复合模型等。在加入全HD模型后,为了使方程组容易收敛,先由泊松方程、电子连续性方程与空穴连续性方程自洽求解,将结果作为全HD模型的初值,因为在低场情况下采用DD模型得到的模拟结果与采用HD模型很接近,所以在一般情况下DD模型得到的结果都能提供理想的初值,改进求解过程的稳定性。


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