Análisis de corriente continua y alterna de transistor bipolar de heterounión de silicio-germanio operando a temperatura criogénica
Autores: Gupta, Dinesh; Nayak, Kaushik
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Análisis de corriente continua y alterna de transistor bipolar de heterounión de silicio-germanio operando a temperatura criogénica
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Simulación numérica
Transistor bipolar de heterounión SiGe
Temperatura criogénica
Modelo de brecha de energía de banda
Estructura de diseño TCAD
Voltaje de ruptura colector-emisor
Concentración de dopantes ionizados
Fuga de túnel de barrera electrónica emisora
Ganancia de corriente continua pico
Aplicación de alta frecuencia
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 27
Citaciones: Sin citaciones
En este trabajo, se analiza la simulación numérica de un transistor bipolar de heterounión SiGe (HBT) para el rendimiento en CC y CA operando a temperatura criogénica con un modelo de transporte de portadores hidrodinámico. Se utilizó un nuevo modelo modificado de brecha de energía SiGe dependiente de la temperatura. Utilizando una estructura de diseño TCAD 2D simplificada, las características del dispositivo en tecnología HBT de SiGe de 55 nm y el modelo de movilidad se calibran con datos experimentales. Se analiza la inversión de corriente de base debido a la ionización de impacto inducida en la unión colector-base, donde se estima que la tensión de ruptura colector-emisor con la base abierta (BV) es de 1,48 V a 300 K. Esto revela una buena capacidad de manejo de voltaje. A temperaturas criogénicas, la ionización incompleta del dopante en la región colectora ligeramente dopada muestra una disminución del 28% en la concentración de dopante ionizado a 50 K; esto afecta la capacitancia de depleción base-colector. Se estudia la fuga de túnel de barrera de electrones emisor en la corriente de colector utilizando un modelo de túnel de barrera e no local a diferentes temperaturas que muestra una mejora en la ganancia de CC máxima a temperaturas más bajas. Utilizando el análisis de CA de señal pequeña, se extraen la frecuencia de corte y la frecuencia máxima de oscilación para aplicaciones de alta frecuencia, y se discute el efecto de ampliación de base. También se discute brevemente una comparación de este trabajo con datos medidos en un HBT de SiGe de 90 nm, que muestra mejoras en la estructura simulada.
Descripción
En este trabajo, se analiza la simulación numérica de un transistor bipolar de heterounión SiGe (HBT) para el rendimiento en CC y CA operando a temperatura criogénica con un modelo de transporte de portadores hidrodinámico. Se utilizó un nuevo modelo modificado de brecha de energía SiGe dependiente de la temperatura. Utilizando una estructura de diseño TCAD 2D simplificada, las características del dispositivo en tecnología HBT de SiGe de 55 nm y el modelo de movilidad se calibran con datos experimentales. Se analiza la inversión de corriente de base debido a la ionización de impacto inducida en la unión colector-base, donde se estima que la tensión de ruptura colector-emisor con la base abierta (BV) es de 1,48 V a 300 K. Esto revela una buena capacidad de manejo de voltaje. A temperaturas criogénicas, la ionización incompleta del dopante en la región colectora ligeramente dopada muestra una disminución del 28% en la concentración de dopante ionizado a 50 K; esto afecta la capacitancia de depleción base-colector. Se estudia la fuga de túnel de barrera de electrones emisor en la corriente de colector utilizando un modelo de túnel de barrera e no local a diferentes temperaturas que muestra una mejora en la ganancia de CC máxima a temperaturas más bajas. Utilizando el análisis de CA de señal pequeña, se extraen la frecuencia de corte y la frecuencia máxima de oscilación para aplicaciones de alta frecuencia, y se discute el efecto de ampliación de base. También se discute brevemente una comparación de este trabajo con datos medidos en un HBT de SiGe de 90 nm, que muestra mejoras en la estructura simulada.