高注入下雙載子電晶體之異常現象實驗,S參數萃取與模型

Abstract

在過去, 雙載子電晶體常以具有射極、基極及集極的三端元件來模擬它的特性。而本 篇論文中, 為了更了解雙載子電晶體的特性, 我們加入PN-NP 之寄生電晶體形成N PN -NP 之四端結構, 且對基座電流做深入探討。發現基座電流可當作新的監視器使用, 以了解元件的工作狀況。針對雙載子電晶體可提供較佳的了解及正確的參數萃取, 并 提出一個新集極電阻萃取法。而當雙載子電晶體工作在飽和區時, 會引起一股大的基 座電流, 此一基座電流對互補式金氧半會引起嚴重的可靠性問題。此種模擬方式經實 驗與理論證明, 將有助於了解及抑制基座電流, 以提高其性能。因此, 此種包含了寄 生PN-NP 電晶體的四端結構, 可完整的模擬雙載子電晶體的運作。 另外, 對於電路的設計, 元件模型的驗證及制程上的改良, 雙載子電晶體的小訊號參 數萃取是極為重要的。由於元件越做越小, 以追求高性能的元件, 所以現代的電晶體 常會工作在極高的頻率下。在此高頻下, 真正的短路及斷路的建立是無法做到的, 再 加上振璗與寄生的問題, 使傳統的電抗測量無法正確的測得。因此, 必須使用S 參數 的測量技術, 再經數學轉換成傳統的電抗參數如Y 參數、H 參數等。而以往小訊號參 數的萃取常是利用共射極模式, 但此種模式在運用S 參數時, 由於它的高輸入阻抗, 使得所測得的S 參數經數學轉換會引起誤差, 而變得不適用。因此, 本篇論文中, 我 們選用共集極模式, 以降低轉換時的誤差, 并藉用S 參數提出一個新的小訊號參數的 萃取法。此法首先被提出, 且優於傳統的做法。