SiGe HBT双端口网络参数模型和模拟.PDF

第32卷第6期 北京工业大学学报 V01．32NO．6 ING 2006年6月 JoURNAI。OFBEIJ UNIVERSITYOFTECHNOl。O(3Y Jun．2006 SiGe HBT双端口网络参数模型和模拟 史 辰，杨维明，刘素娟，陈建新 (北京工业大学电子信息与控制工程学院北京光电子技术实验室，北京100022) 摘要：针对等效电路模型中应用频率范围窄、精度低以及在高频器件分析过程中与网络分析法的兼容性差等 问题，由交流卜一y方程出发，推导得到使用散射参数描述的锗硅异质结双极晶体管(SiGeHBT)的双端口网络 参数模型．着重分析了Si／SiGe异质结和基区结构对器件交流性能的作用，并尽量避免省略物理量和对频率上 限的限制．与等效电路模型相比，模型的频域精度由半定量提高至优于5％，并将适用频率由特定范围扩展至只 计入本征参数时的特征频率厂T，，涵盖全部SiGeHBT的小信号工作频段，为器件的设计、优化和应用提供了一种 宽频带和高精度的定量模拟方法． 关键词：锗硅；异质结；双端口网络 中图分类号：TN323+．2 文献标识码：A 0506—04 文章编号：0254—0037(2006)06 小信号放大是锗硅异质结双极晶体管(SiGeHBT)在微波领域的重要用途之一．在器件设计和应用 过程中，交流小信号模型作为确定参数和预测性能的重要手段得到广泛使用．由于易于使用电路模拟软 件进行计贷：，等效电路仍是当前使用最广泛的模型形式；但在等效电路推导过程中必须在特定频段忽略部 分物理量，以便将物理模型转换为元件形式，限制了模型的精度和应用频段．由于不同频段内等效电路形 式不同，亦增加了宽频带模拟的烦琐程度…．同时，等效电路与高频领域通用的网络分析法兼容性较差， 不便直接与实测结果对比并指导器件优化．作者针对等效电路的不足，由SiGeHBT交流卜一v方程出发， 省略等效电路推导过程中的元件转化，推导得到具有良好精度和较宽应用频段且使用散射矩阵参数表达 的SiGeHBT双端口网络参数模型，可直接应用于网络分析法，降低了微波频段小信号性能模拟的误差和 难度，对器件参数优化和应用电路设计具有指导意义． 1模型的推导 1．1 Si／SiGe异质结的表达和模型的初始条件 SiGe HBT的卜一V方程由基区少子分布行(T，t)及其边界条件确定，并由连续性方程推导得到．小信 卵d(Wb)、押。(Wb)ej“叠加得到，即 eJ“) q(yBEd+yBb 61’ ≈rt (1) 卵(0，t)=行。b(0)e d(0)+卵。(O)ej“ q(yBcd+VB(≥eI“) 州 e ≈rt (2) 行(Wb，t)=卵pb(鲫b d(Wb)+押。(Wb)eJ“ 直流分量rt 号下近似稳恒．展开式(1)、(2)中的指数项并忽略高次项，得到交流分量表达式 收稿日期：2004—11-02． 基金项目：国家自然科学基金资助项目；北京市自然科学基金资助项目(4032005) 作者简介：史辰(1976一)，男，北京人，博士生． 万方数据 第6期 史辰等：SiGeHBT双端口网络参数模型和模拟