異質接面電晶體小訊號建模之改進解析法

Abstract

異質接面電晶體因為其電流為指數形式，相對於金氧半電晶體的平方形式有著更大的放大率以及更高的截止頻率。因此異質接面電晶體更適用於高頻的電路。可惜的是，異質接面電晶體因為結構的複雜。導致於建模以及萃取參數的極大不方便。其中一個內部基極電阻以及寄生基極-集極電容的效應可以說是在萃取參數最麻煩的一部份。 本論文列出了使用小訊號π模型的異質接面電晶體其萃取參數的推導過程。加入了基板效應，內部基極電阻以及寄生基極-集極電容效應後，一個更完整的小訊號模型在此被提出。透過數學的推導，我們可以演繹出一組解析形式的解答。此組公式不只解決了內部基極電阻以及寄生基極-集極電容的效應，更方便於用來萃取異質接面電晶體的參數。不同於晶圓廠可以用大量的測試結構來求出元件的參數，此方法除了原件本身只需要用一個大家都會用到的開路測試結構，因此不但省下測試結構的數目更省下大量的量測成本。 透過實驗的量測跟模擬的結果比對，數字的吻合確定了新的公式是可行的方法。參數的公式解不止可用於萃取小訊號模型的參數，更可以求出大訊號模型的相對應的參數。這樣對於了解異質接面電晶體物理的參數以及大訊號模型的建立有很大的幫助。

This thesis details the derivation procedure used in determining HBT’s small-signal parameters where Pi model is employed. With close-form expressions for the transistor’s external base-collector capacitor and its base spreading resistor now developed, an improved approach for determining HBT’s small-signal Pi model is thus proposed. Since only one additional test structure is needed to find out the contact pads’ parasitics, this revised analytical approach is simple, yet efficient.