[发明专利]一种复合应变Si/SiGe异质结双极晶体管大信号等效电路模型

说明书

本发明公开了一种复合应变Si/SiGe异质结双极晶体管大信号等效电路模型，属于半导体集成电路技术领域，包括本征NPN晶体管单元，寄生衬底PNP晶体管单元，衬底匹配网络单元，BC寄生等效电路单元，BE寄生等效电路单元，以及发射区、基区和集电区寄生等效电阻。本发明能精确反映异质结双极晶体管器件物理本质，准确的模拟器件特性，且参数少、提取过程简单，同时可以将所建立的等效电路模型嵌入仿真软件，适用于模拟高频集成电路仿真设计。

技术领域

本发明涉及一种复合应变Si/SiGe异质结双极晶体管大信号等效电路模型，属于半导体集成电路技术领域。

背景技术

太赫兹集成电路是各种固态太赫兹系统应用的核心，是一个典型的交叉研究前沿领域，该领域具体涉及太赫兹及集成电路两个方面。其中，集成电路芯片是整个电子产业的心脏，而在毫米波太赫兹方面，太赫兹集成电路的工作频率是现有常见集成电路芯片的数千倍，在如此高的频率，太赫兹集成电路的设计、加工、测试都极富挑战性。作为太赫兹集成电路的核心的太赫兹器件，已成为未来信息技术和半导体产业发展的关键。

关于太赫兹器件，现有通过在基区和集电区区域引入单轴应力来实现一种小尺寸复合应变Si/SiGe异质结双极晶体管，将Si基双极结型晶体管(BJT)的基区加入了少量的Ge组分，从而实现器件各个区域均为应变结构，每个区域所施加的单轴应力均可以大幅提高纵向少数载流子的迁移率，从而提高器件的高频特性，应力的引入提高集电结的击穿电压，进而提高器件的功率特性。

但能精确表征小尺寸复合应变Si/SiGe异质结双极晶体管集约模型和建模方法仍然缺失。硅基太赫兹集成电路的设计实现在接近晶体管截止频率处进行，一般晶体管截止频率为300GHz-1THz，但已有模型结果仍集中在几十个GHz左右，无法准确支持太赫兹频段集成电路的仿真设计。因此，建立能精确反映器件物理本质的输运增强的小尺寸（尺寸小于100nm定义为小尺寸）复合应变Si/SiGe异质结双极晶体管大信号等效电路模型可以准确的模拟器件特性，同时将所建立的等效电路模型嵌入仿真软件，还可用于硅基太赫兹器件的集成电路设计与仿真，有望填补硅基太赫兹器件仿真的空白。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种复合应变Si/SiGe异质结双极晶体管大信号等效电路模型，能精确反映异质结双极晶体管器件物理本质，准确的模拟器件特性，且参数少、提取过程简单，同时可以将所建立的等效电路模型嵌入仿真软件， 适用于模拟高频集成电路仿真设计。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种复合应变Si/SiGe异质结双极晶体管大信号等效电路模型，包括本征NPN晶体管单元T₁、寄生衬底PNP晶体管单元T₂、衬底匹配网络单元、BC寄生等效电路单元、BE寄生等效电路单元，以及发射区等效电阻R_E、集电区等效电阻R_C和寄生基区等效电阻；

本征NPN晶体管单元T₁的基极、集电极和发射极分别和第一基区端B’、第一集电区端C’以及发射极E相连；

寄生衬底PNP晶体管单元T₂的基极、集电极和发射极分别和第一集电区端C’、第二衬底端S’以及第一基区端B’相连；

衬底匹配网络单元并联于衬底端S和第二衬底端S’之间；