Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-7045
Main Title: Device simulation of high-performance SiGe heterojunction bipolar transistors
Translated Title: Bauelementesimulation von Hochfrequenz-SiGe-Heterobipolartransistoren
Author(s): Korn, Julian
Advisor(s): Tillack, Bernd
Referee(s): Tillack, Bernd
Jungemann, Christoph
Heinrich, Wolfgang
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: en
Abstract: Silicon-germanium (SiGe) heterojunction bipolar transistors (HBT) are well suited for high-frequency applications. Their performance has been improved continuously in recent years. Today's SiGe HBT technologies show transit frequencies fT up to 300 GHz and maximum oscillation frequencies up to 500 GHz. Numerical device simulation plays an important role in the development of SiGe HBTs. Possible optimizations of the transistor can be evaluated by simulation, which reduces the number of necessary test wafers. Furthermore, device simulation helps to explore the physical mechanisms that govern the performance of the SiGe HBTs. The benefit of device simulations depends on their predictive power. Limitations in the underlying model of charge transport can lead to false simulation results. Device simulation based on the hydrodynamic transport model is still the workhorse for the optimization and investigation of SiGe HBTs. More rigorous models such as the Boltzmann transport equation are computationally very expensive, which considerably limits their use. In this thesis, the ability of state-of-the-art hydrodynamic simulation to predict the RF performance of advanced SiGe HBTs is evaluated. For this purpose, a comprehensive comparison between measured and simulated electrical characteristics is made. SiGe HBTs with a scaled vertical doping profile and a transit frequency above 400 GHz are used in this investigation. The impact of variations of the vertical doping profile on the transit frequency is investigated by simulation and experiment. Possible optimizations of the lateral architecture of the SiGe HBT are explored by means of simulation.
Silicium-Germanium (SiGe) Heterobipolartransistoren (HBT) sind für Höchstfrequenzanwendungen gut geeignet. Ihre Leistungsfähigkeit bei höchsten Frequenzen wurde in den letzten Jahren stetig verbessert. Heutige SiGe HBT Technologien verfügen über Transitfrequenzen fT von bis zu 300 GHz und maximale Oszillationsfrequenzen von bis zu 500GHz. Numerische Bauelementsimulation nimmt in der Entwicklung von SiGe HBTs eine wichtige Rolle ein. Mögliche Optimierungen des Transistors können vorab mit Hilfe der Simulation getestet werden, was zu einer Reduzierung der Anzahl der benötigten Testwafer führt. Zusätzlich trägt die Bauelementsimulation zum Verständnis der physikalischen Mechanismen bei, welche die Leistung des SiGe HBTs bestimmen. Der Nutzen der Bauelementsimulation für die Entwicklung neuer Generationen von SiGe HBTs hängt von deren Vorhersagekraft ab. Unzulänglichkeiten des zugrundeliegenden Modells des Ladungstransports können zu falschen Simulationsergebnissen führen. Bauelementsimulation, welche auf dem hydrodynamischen Modell des Ladungstransports basiert, ist die meistverwendete Methode zur numerischen Untersuchung und Optimierung von SiGe HBTs. Exaktere Modelle des Ladungstransports wie die Boltzmann-Transportgleichung erfordern einen sehr hohen Rechenaufwand, welcher ihre Anwendung deutlich einschränkt. In dieser Arbeit wird die Fähigkeit der hydrodynamischen Bauelementsimulation zur Vorhersage der Hochfrequenz-Leistungsfähigkeit moderner SiGe HBTs untersucht. Hierzu wird ein umfassender Vergleich zwischen simulierten und gemessenen elektrischen Kenngrößen angestellt. Für diesen Vergleich werden SiGe HBTs mit einem skalierten vertikalen Dotierungsprofil verwendet, welche Transitfrequenzen über 400 GHz aufweisen. Der Einfluss des vertikalen Dotierungsprofils wird experimentell und simulativ untersucht. Mögliche Optimierungen der lateralen Transistorarchitektur werden mit Hilfe der Simulation evaluiert.
URI: https://depositonce.tu-berlin.de//handle/11303/7885
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-7045
Exam Date: 27-Feb-2018
Issue Date: 2018
Date Available: 30-May-2018
DDC Class: 537 Elektrizität, Elektronik
Subject(s): SiGe HBT
device simulation
TCAD
silicon germanium
Bauelementesimulation
Siliciumgermanium
Transistor
License: http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
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