Giải tích và mô phỏng linh kiện iện tử bán dẫn siêu cao tầng algaas HBT

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN DUY ĐỒN GIẢI TÍCH VÀ MƠ PHỎNG LINH KIỆN ĐIỆN TỬ BÁN DẪN SIÊU CAO TẦN AlGaAs/GaAs HBT Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử Mã số ngành : 60.52.70 LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2008 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS Phan Hồng Phương Cán chấm nhận xét 1: PGS TS Vũ Đình Thành Cán chấm nhận xét 2: PGS TS Nguyễn Hữu Phương Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2008 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày tháng năm 2007 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Duy Đoàn Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 07/04/1981 Nơi sinh: Quảng Ngãi Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử MSHV:01405303 I- TÊN ĐỀ TÀI: ‘Giải tích mơ linh kiện điện tử bán dẫn siêu cao tần AlGaAs/GaAs HBT’ II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: • • • • • Tìm hiểu lý thuyết bán dẫn vật liệu bán dẫn GaAs Tính phân bố lượng HBT Tính dịng điện Base Collector, phân tích quan hệ dịng-áp Tính phần tử mạch tương đương, áp Early, áp đánh thủng Tính tần số cắt, tần số cực đại, ma trận tán xạ [S], nhiễu III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 22/02/2007 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 5/11/2007 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS Phan Hồng Phương CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ Hội đồng chun ngành thơng qua Ngày… tháng… năm 2008 TRƯỞNG PHỊNG ĐT – SĐH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn cô Phan Hồng Phương, người trực tiếp hướng dẫn, hỗ trợ tài liệu định hướng lúc triển khai giúp tơi hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Khoa Điện-Điện tử trường Đại học Bách khoa, người truyền đạt kiến thức, định hướng nghiên cứu suốt khóa đào tạo sau đại học Tôi thật hạnh phúc nhận ủng hộ, động viên từ gia đình, đồng nghiệp bạn bè Tơi xin cảm ơn tất tình cảm sâu sắc Trong phạm vi đề tài, chắn không tránh khỏi thiếu sót, mong thầy bạn góp ý thêm để luận văn hoàn thiện TP.Hồ Chí Minh, ngày tháng 11 năm 2007 Học viên NGUYỄN DUY ĐỒN TĨM TẮT Hiện nay, linh kiện dùng nhiều thiết kế vi mạch điện tử BJT, NMOS, PMOS làm SiGe gặp nhiều hạn chế khả đáp ứng tần số cao, khuếch đại, độ ổn định dòng điện Các nhà khoa học tập trung nghiên cứu loại vật liệu bán dẫn linh kiện đáp ứng hoạt động dải tần số siêu cao (Ghz) Các linh kiện đầu tư nghiên cứu nhiều HBT, HEMT, MESFET Hiện tại, công việc nghiên cứu dừng lại báo riêng lẻ, thiết kế phịng thí nghiệm chưa xây dựng tiêu chuẩn chung, chưa ứng dụng phổ biến chưa có sách trình bày chi tiết đầy đủ loại linh kiện Đề tài: "Giải tích mơ linh kiện điện tử bán dẫn siêu cao tần AlGaAs/GaAs HBT (Heterojunction Bipolar Transistor)" tiến hành với mục đích tìm hiểu, tính tốn phân tích đặc tính lượng, quan hệ dịng điện-điện áp, mơ hình mạch tương đương, ma trận tán xạ số đặc tính khác linh kiện HBT làm vật liệu phức hợp Al0.3Ga0.7As/GaAs Linh kiện HBT AlGaAs/GaAs loại linh kiện mới, có khả đáp ứng ứng dụng tần số siêu cao (10Ghz ÷ 100Ghz) nhờ độ linh động điện tử lớn, có cấu trúc khơng đồng (Heterojunction), có nồng độ kích tạp cao thích hợp cho thiết kế số lẫn tương tự Với kết đạt được, đề tài đưa qui trình phương pháp tính tốn, phân tích đặc tính linh kiện HBT AlGaAs/GaAs, Nếu hoàn thiện thủ tục giao tiếp liên kết mặt phần mềm, ta xây dựng module bổ sung linh kiện HBT cho chương trình mơ phỏng, thiết kế mạch điện Từ kết tính tốn, ta xây dựng module thiết kế nhỏ mạch tích hợp đơn khối (MMIC) mạch khuếch đại công suất (PA), chuyển mạch (Switch), lọc nhiễu thấp… dùng thiết bị vơ tuyến di động Bên cạnh đó, đề tài dùng làm tài liệu tham khảo, giới thiệu loại linh kiện cách tính tốn phân tích đặc tính cho sinh viên có định hướng làm việc ngành thiết kế điện tử bán dẫn i ABSTRACT Nowadays, the components are used popularly in microwave circuit design that as BJT, NMOS, PMOS are made by SiGe which get so many difficulty about the capability of high frequency respond, amplified, and the stability of current Scientists are concentrating to study about new semiconductor material and new devices, which can respond to work in ultra-high frequency (Ghz) The components are invested to research is HBT, HEMT, MESFET now Present, researching works are paused for separate reports, packet of designs in laboratary but there is not a general standards, popularly applied, and talked particularly about these new devices in guide books This thesis: "Analytic and Simulating about microwave component AlGaAs/ GaAs HBT (Heterojunction Bipolar Transistor)" is carried out with purposes as: studying, calculating and analyzing about distribution of energy, relative between of current and voltage, equivalent circuit model, scrattering matrix and many another particulars of HBT components which are made by compound material as Al0.3Ga0.7As/GaAs HBT AlGaAs/GaAs component is the new component which able to be used in microwave application (10GHz to over 100GHz) depending to high electron mobility, having hetero-junction and having high doping concentrate, being suitable for both analog and digital designs With reached results, this thesis sent out operations, calculating methods and analyzing the particulars of HBT AlGaAs/GaAs components If procedures for communication are completed perfectly and softwares are linked, we can build a module which complements emulating programs with HBT component and designs the circuit With calculating results, we can design some modules in monolithic microwave integrated circuit, such as: power amplified, switching, lownoise filter, which is used in mobile devices Beside, this thesis could to be used as guide book or introduce about a new component as well as methods of calculating and analyzing particulars, orient to student’s works in semiconductor electronical design branch ii MỤC LỤC CHƯƠNG I MỞ ĐẦU 1.1 LÝ DO HÌNH THÀNH ĐỀ TÀI ………………………………………… 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI ……………… .………………………………… … 1.3 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI ……………………………………………… … 1.4 PHẠM VI GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI …………….……………………… 1.5 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN ………………………………………… 1.6 BỐ CỤC LUẬN VĂN ……………….……………………………………… CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT BÁN DẪN - VẬT LIỆU GaAs 2.1 NĂNG LƯỢNG TRONG BÁN DẪN …………………………………… 2.2 BÁN DẪN NỘI TẠI ………………………………………………………… 2.3 BÁN DẪN KÍCH TẠP ……………………………………………… 2.4 MỨC NĂNG LƯỢNG FERMI 2.5 SỰ LAN TRUYỀN HẠT DẪN .… 2.5.1 Chuyển động trôi 2.5.2 Chuyển động khuếch tán 2.5.3 Độ linh động hạt dẫn 2.6 CÁC TIẾP XÚC BÁN DẪN 2.6.1 Tiếp xúc lớp bán dẫn n-p 2.6.2 Tiếp xúc bán dẫn với kim loại 2.7 VẬT LIỆU BÁN DẪN GaAs 10 13 2.7.1 Giới thiệu Gallium Arsenide (GaAs) 2.7.2 Các đặc tính 14 2.7.3 Độ linh động vận tốc trôi 2.7.4 GaAs kích tạp 13 15 16 2.8 HETERO_JUNCTION (Tiếp xúc không đồng nhất) iii 18 CHƯƠNG III HETEROJUNCTION BIPOLAR TRANSISTOR 3.1 GIỚI THIỆU AlGaAs HBT 21 3.2 CẤU TẠO HBT Al0.3Ga0.7As/GaAs 22 3.3 ĐẶC TÍNH Al0.3Ga0.7As/GaAs HBT 24 3.4 NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG 24 3.5 SẢN XUẤT 25 CHƯƠNG IV PHÂN BỐ NĂNG LƯỢNG 4.1 CƠ SỞ PHÂN TÍCH 28 4.2 PHÂN BỐ NĂNG LƯỢNG 31 4.2.1 Trường hợp không phân cực 31 4.2.1.1 Tiếp xúc Base-Emitter 33 4.2.1.2 Tiếp xúc Base-Collector 4.2.2 Trường hợp có phân cực 36 40 4.2.2.1 Tại tiếp xúc Base-Emitter 40 4.2.2.2 Tại tiếp xúc B-C 41 CHƯƠNG V DÒNG ĐIỆN - ĐIỆN ÁP 5.1 DÒNG ĐIỆN COLLECTOR (IC) 44 5.1.1 Mơ hình Drift-Diffusion 45 5.1.2 Mơ hình Thermionic-Field-Diffusion 46 5.2 DÒNG BASE IB 51 5.2.1 Dòng tái hợp bề mặt cực Base IS 52 5.2.2 Thành phần IB-bulk 53 5.2.3 Dòng tái hợp miền nghèo tiếp xúc Base-Emitter ISCR 53 5.2.4 Dòng phun lỗ trống từ cực Base vào cực Emitter IRE 54 5.2.5 Dòng tái hợp hạt dẫn cực Base IRB 54 5.2.6 Hệ số độ lợi dòng điện β 56 5.3 ĐIỆN ÁP ĐÁNH THỦNG (BREAKDOWN VOLTAGE) 57 5.3.1 Đánh thủng nhiệt 57 5.3.2 Đánh thủng hiệu ứng Tunnel 57 5.3.3 Đánh thủng thác lũ 57 iv 5.4 ĐIỆN ÁP EARLY (J.M.EARLY) 59 CHƯƠNG VI PHÂN TÍCH TÍN HIỆU NHỎ 6.1 MẠCH ĐIỆN TƯƠNG ĐƯƠNG 62 6.1.1 Cấu trúc bên (Internal) 62 6.1.1.1 Hỗ dẫn gm 63 6.1.1.2 Điện trở Collector-Emitter rce 64 6.1.1.3 Điện trở Emitter-Base reb 65 6.1.1.4 Tụ điện Base-Collector Ccb 67 6.1.1.5 Tụ điện Emitter-Base Ceb ……… 67 6.1.2 Cấu trúc bên (External) 70 6.1.2.1 Điện trở cực Emitter RE 70 6.1.2.2 Điện trở cực Base RB 71 6.1.2.3 Điện trở Collector RC 75 6.2 TIME DELAY 77 6.2.1 Thời gian trễ cực Emitter 77 6.2.2 Thời gian truyền dẫn qua cực Base 77 6.2.3 Thời gian trễ qua miền nghèo tiếp xúc Base-Collector … 78 6.2.4 Thời gian tích điện cực Collector 78 6.3 TẦN SỐ CẮT VÀ TẦN SỐ CỰC ĐẠI 78 6.3.1 Tần số cắt 78 6.3.2 Tần số cực đại 79 6.4 MA TRẬN TÁN XẠ [S] 81 6.5 NHIỄU 86 CHƯƠNG VII KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 7.1 GIAO DIỆN CHÍNH …………………………………………………… 92 7.2 PHÂN BỐ NĂNG LƯỢNG …………………………………………… 93 7.3 QUAN HỆ DÒNG ĐIỆN – ĐIỆN ÁP ………………………………… 96 7.4 TÍNH IB, β, ĐIỆN ÁP ĐÁNH THỦNG, Vearly ……………………… 100 7.5 PHÂN TÍCH MẠCH TƯƠNG ĐƯƠNG ……………………………… 104 7.6 TÍNH TIME-DELAY, fmax , fT , MA TRẬN [S] ……………………… 108 7.7 TÍNH NHIỄU NFmin …………………………………………………… 112 v CHƯƠNG VIII 8.1 KẾT LUẬN KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN …………………………………………………………… 114 8.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN … …………………………………………… 116 vi Chương 7: Kết mô GVHD: TS Phan Hồng Phương Bắt đầu Khai báo số vật lý Nhập giá trị W, L, VBE, VBC Tính điện áp rào: Vbi-BC , Vbi-BE Tính tọa độ độ rộng miền nghèo X1, X2, X3, X4 W1, W2, W3, W4 Tính CdEB Tính Ccb Tính QpE, QnB, dQpE/dVBE, dQnB/dVBE Tính Rcontact, RQNE, Rext, Rint Tính RE, RB RC Tính CDEB Tính Ceb Kết thúc Hình 7.15: Lưu đồ tính RE, RB, RC Cbc, Cbe Học viên: Nguyễn Duy Đồn 105 Chương 7: Kết mơ GVHD: TS Phan Hồng Phương Kết tính sau: Hình 7.16: Tính phần tử tương đương Hình 7.17: Kết tính thay đổi áp phân cực Học viên: Nguyễn Duy Đoàn 106 Chương 7: Kết mơ GVHD: TS Phan Hồng Phương Hình 7.18: Kết tính thay đổI W, L Nhận xét: Khi tăng điện áp phân cực làm tăng khả dẫn điện linh kiện, giảm giá trị điện trở tương đương Tuy nhiên làm tăng giá trị điện trở cực phát áp phân cực tăng lên làm giảm độ rộng miền nghèo tiếp xúc B-E, dẫn đến tăng độ rộng miền trung hòa cực phát làm cho điện trở tăng lên Tuy nhiên biến thiên giá trị RE không đáng kể Giá trị tụ điện Cbe Ccb phụ thuộc vào độ rộng miền nghèo tiếp xúc B-E C-B Khi tăng áp phân cực làm giảm độ rộng miền nghèo tiếp xúc B-E, dẫn đến làm tăng giá trị Cbe Với tiếp xúc C-B ngược lại, áp phân cực ngược VCB tăng làm tăng độ rộng miền nghèo tiếp xúc này, suy giảm giá trị tụ Ccb Khi thay đổI W, L ảnh hưởng diện tích tiếp xúc cực phát Điện trở cực phát nghịch biến với diện tích A Cịn điện trở cực cực thu đồng biến với W nghịch biến với L Gía trị Ccb Cbe đồng biến với W Nên đáp ứng tần số tăng cao thu nhỏ W Tuy nhiên việc làm lại ảnh hưởng đến độ lợi dòng điện Cho nên việc cân chỉnh W L cần xem xét mục đích sử dụng cụ thể Học viên: Nguyễn Duy Đồn 107 Chương 7: Kết mơ GVHD: TS Phan Hồng Phương 7.6 TÍNH TIME-DELAY, fmax , fT , MA TRẬN [S] Bắt đầu Đi theo lưu đồ hình 7.14 7.15 Tính RE, Cbe Tính τ E Tính wB Tính X3, X4 Tính τ BT Tính τ CT Tính RC, Ccb, RB Tính τ C ∑τ Time Delay Tính fT Tính fmax Kết thúc Hình 7.19: Lưu đồ tính thời gian trễ, tần số cực cắt cực đại Học viên: Nguyễn Duy Đoàn 108 Chương 7: Kết mô GVHD: TS Phan Hồng Phương Bắt đầu Tính thơng số mạch tương đương theo lưu đồ hình 7.14 7.15 Nhập tần số ban đầu số bước lặp n Tính Z1 ÷ Z7 Giải ma trận điện nút Tính ma trận trở kháng [Z] thứ i Tăng tần số i=i+1 Tính ma trận Tán xạ [S] thứ i N i≥n Y Kết thúc Hình 7.20: Lưu đồ tính ma trận tán xạ [S] Học viên: Nguyễn Duy Đồn 109 Chương 7: Kết mơ GVHD: TS Phan Hồng Phương Hình 7.21: Kết tính fT, fmax [S] Hình 7.22: Đồ thị Smitch diễn tả S11 S22 Học viên: Nguyễn Duy Đoàn 110 Chương 7: Kết mô Tần số GVHD: TS Phan Hồng Phương S11 S12 S21 S22 Ghz Thực Ảo Thực Ảo Thực Ảo Thực Ảo 0.9022 -0.3611 0.0347 0.1127 -0.8913 0.3774 0.9586 -0.1727 15 0.4432 -0.7110 0.1993 0.2006 -0.3790 0.7105 0.7596 -0.3640 25 0.0933 -0.7168 0.3180 0.1623 0.0010 0.6555 0.6013 -0.4015 35 -0.1015 -0.6480 0.3742 0.0991 0.1975 0.5200 0.5037 -0.4085 45 -0.2139 -0.5828 0.3957 0.0407 0.2942 0.3939 0.4370 -0.4137 55 -0.2859 -0.5320 0.3990 -0.0083 0.3403 0.2902 0.3842 -0.4212 65 -0.3370 -0.4935 0.3922 -0.0486 0.3591 0.2069 0.3381 -0.4299 75 -0.3764 -0.4638 0.3798 -0.0814 0.3627 0.1400 0.2956 -0.4381 85 -0.4088 -0.4401 0.3642 -0.1079 0.3572 0.0861 0.2554 -0.4450 95 -0.4365 -0.4204 0.3468 -0.1291 0.3465 0.0425 0.2173 -0.4500 105 -0.4608 -0.4035 0.3287 -0.1459 0.3328 0.0073 0.1811 -0.4530 115 -0.4825 -0.3885 0.3105 -0.1590 0.3174 -0.0211 0.1469 -0.4538 Bảng 7.1 Thống kê giá trị [S] theo dải tần hoạt động Học viên: Nguyễn Duy Đồn 111 Chương 7: Kết mơ GVHD: TS Phan Hồng Phương 7.7 TÍNH NHIỄU NFmin Bắt đầu Tính theo lưu đồ hình 7.14 7.15 Tính wB, Ceb, reb, τ BT Nhập tần số ban đầu số bước tính n Tính α a Tính Xopt Tính Ropt Tăng tần số i=i+1 Tính NFmin N i≥n Y Kết thúc Hình 7.23 Lưu đồ tính NFmin Học viên: Nguyễn Duy Đồn 112 Chương 7: Kết mơ GVHD: TS Phan Hồng Phương Hình 7.24: Kết tính NFmin , Ropt , Xopt Nhận xét Khi cho tần số f biến thiên đến tần số fmax ta thấy hệ số nhiễu tăng lên Ropt tiến gần đến giá trị RB Điều hợp lý ta xây dựng mơ hình nhiễu theo sơ đồ tương đương hình 6.19 (trang 88), xem có phối hợp trở kháng KẾT LUẬN CHUNG: o Xác định phân bố lượng đặc trưng HBT so với linh kiện bán dẫn thông thường khác o Xác định đặc tuyến I-V HBT để thấy ưu điểm độ lợi, ổn định dòng điện so với linh kiện khác o Xác định mơ hình tương đương hồn chỉnh HBT Từ ta khảo sát linh kiện thông số vật lý ảnh hưởng đến hoạt động linh kiện o Xác định ma trận tán xạ [S] mơ hình nhiễu HBT để phục vụ cho trình thiết kế mạch siêu cao tần o Khảo sát ảnh hưởng cấu trúc vật lý đến đặc tích linh kiện Từ đó, ta dễ dàng điều chỉnh thơng số thiết kế linh kiện phù hợp với mục đích ứng dụng khác Học viên: Nguyễn Duy Đồn 113 Chương 8: Kết luận hướng phát triển GVHD: TS Phan Hồng Phương CHƯƠNG VIII KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 8.1 KẾT LUẬN Từ phân tích kết mô chương IV, V, VI ta khái qt sơ lược đặc tính AlGaAs/GaAs HBT: o Cấu trúc vật lý o Nguyên tắc hoạt động o Phân bố lượng o Đặc tuyến I-V o Sơ đồ mạch thông số tương đương o Điện áp Early, tần số cắt tần số cực đại o Ma trận tán xạ [S] o Mơ hình nhiễu Từ thơng số ma trận tán xạ [S] tính chương VI, ta đưa vào mơ hình mạng hai cửa phần mềm thiết kế mạch siêu cao tần Tùy vào yêu cầu thiết kế ta xây dựng mạch điện cụ thể Có phần mềm thiết kế siêu cao tần hay sử dụng Aplac Circuit Maker Như ta khảo sát cách chi tiết linh kiện tích cực siêu cao tần AlGaAs/GaAs HBT Bằng cách kết hợp phép toán sai phân với phương trình Poission rời rạc hóa đầu chương 4, ta xây dựng mơ hình phân tích, khảo sát linh kiện theo khơng gian 2D 3D tùy thuộc vào cấu trúc vật liệu loại linh kiện: o Với loại transistor hiệu ứng trường: ta xây dựng mơ hình phân tích chiều giả chiều Bởi với Transistor hiệu ứng trường, phân bố lớp vật liệu vectơ điện trường theo hướng khác Do mơ hình chiều cần thiết để khảo sát hết tính chất linh kiện o Với Transistor họ Bipolar: cấu trúc phân bố lớp vật liệu, trục đối xứng điện cực trùng với chiều điện trường hình thành trình hoạt động linh kiện, cần xây dựng mơ hình phân tích trục đủ Với cách khảo sát ta khái qt hố với linh kiện tích cực siêu cao tần khác mà khơng tính tổng qt Ví dụ: đề tài thực tính tốn phân bố lượng với trục tọa độ OX, gặp linh kiện cần phân tích chiều OXY ta cần bổ sung thêm số hạng phép vi phân phương trình Poission Sau khai triển Taylor, rời rạc hóa phương trình Poission ta được: Học viên: Nguyễn Duy Đoàn 114 Chương 8: Kết luận hướng phát triển GVHD: TS Phan Hồng Phương 4V (i, j ) − V (i − 1, j ) − V (i + 1, j ) − V (i, j − 1) − V (i, j + 1) = −h2 q ε ( N D − ns ) (8.1) Hình 8.1: Mơ hình lưới rời rạc phân tích 2D Phương trình (8.1) thực tính tốn hay mô cách dễ dàng Với biến chạy ‘i’ ‘j’ ta hệ phương trình bậc (qui đổi thành ma trận chiều) Việc giải hệ phương trình Matlab đơn giản nhanh chóng Các ưu điểm qui trình tính tốn áp dụng luận văn: o Xuất phát từ vấn đề vật lý bán dẫn nên dễ hiểu hợp logic o Khảo sát chi tiết đặc điểm, tính chất linh kiện bán dẫn nói chung Từ giúp người hiểu rõ cấu trúc tính chất HBT thực tế o Tính đầy đủ xác phần tử thơng số vật lý tương đương Qua ta nắm bắt tương tác thông số này, có định hướng để điều khiển linh kiện hoạt động hợp lý với mục đích sử dụng o Thơng qua q trình phân tích, tính tốn ta đưa cấu trúc tối ưu với yêu cầu thiết kế mạch ứng dụng cụ thể Tuy nhiên, phương pháp tính tốn, phân tích luận văn có hạn chế sau: o Giả thuyết vật liệu sử dụng HBT đồng nhất, điều khó đạt sản xuất thực tế Do đó, có sai số định qúa trình tính tốn so với phép đo kiểm tra linh kiện thực o Chưa khảo sát hết thành phần gây nhiễu cho linh kiện o Chưa tìm mơ hình tính thành phần cảm kháng ký sinh điện cực, giá trị đo kiểm thực tế cho kết nhỏ khơng ảnh hưởng nhiều đến tính chất linh kiện Các khuyết điểm thách thức để tiếp tục nghiên cứu HBT phương pháp tính tốn cho kết tốt Đây hướng phát triển đề tài nhằm mục đích cuối giảm Học viên: Nguyễn Duy Đoàn 115 Chương 8: Kết luận hướng phát triển GVHD: TS Phan Hồng Phương thiểu đến mức tối đa sai số so với thực tế đưa mơ hình giải tích cách tổng quát, xác tối ưu 8.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Đề tài tiếp tục phát triển theo hướng sau: o Khảo sát linh kiện phương pháp phần tử hữu hạn khơng gian chiều Từ đó, tính phân bố mật độ biến thiên hạt dẫn toàn cấu trúc HBT Phương pháp phần tử hữu hạn phương pháp phức tạp cho kết có độ xác cao Hy vọng phương pháp áp dụng HBT Như ta thu kết quan hệ dòng điện – điện áp cách chi tiết xác o Xây dựng module tính tốn, mơ đặc tính HBT với đầy đủ chi tiết thiếu kể Hướng khả thi có nhiều ý nghĩa thực tế, chưa có linh kiện HBT thư viện chương trình mơ mạch điện o Mở rộng thống kê, tìm hiểu tất loại nhiễu xảy HBT Từ phân loại theo mức độ nguy hiểm để ưu tiên tập trung tìm giải pháp hạn chế nhiễu nghiêm trọng o Khảo sát thêm ứng dụng HBT kỹ thuật vô tuyến siêu cao tần Gồm hai trạng thái HBT: tích cực (mạch khuếch đại, mạch lọc…) thụ động (làm Switch) Học viên: Nguyễn Duy Đoàn 116 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Frank Schwierz, J.J.Liou, 2003, Modern microwave transistors, Jonh Wiley & Sons Publication [2] Hồ Trung Mỹ, Dụng cụ linh kiện điện tử, Bộ môn điện tử ĐH bách Khoa TP.HCM [3] Vũ Đình Thành, 1997, Lý thuyết sở Kỹ thuật siêu cao tần, NXB Khoa học Kỹ thuật [4] Vũ Đình Thành, 1997, Mạch siêu cao tần, NXB Khoa học Kỹ thuật [5] Lê Tiến Thường, 2004, Mạch điện tử 1, NXB Đại học Quốc gia TP.HCM [6] Lê Tiến Thường, 2004, Mạch điện tử 2, NXB Đại học Quốc gia TP.HCM [7] Phạm Thị Cư, Trương Trọng Tuấn Mỹ, 1996, Mạch điện 1, NXB Giáo dục [8] Ngô Nhật Ánh, Trương Trọng Tuấn Mỹ, Trường điện từ, ĐH Bách Khoa TP.HCM [9] Sammy Kayaly, 1996, GaAs MMIC reliability assurance guideline for space aplication, California Institue of Technology [10] Antonio J., Tomas F.,1999 ,3-D simulation of AlGaAs-GaAs Gradual HBT, Santiego de Compostela University [11] J.J.Liou, Chem I., 1993, A physics-based, analytical HBT model including thermal and high-current effect, IEEE [12] Jin Ho, Wang L., 1994, AlGaAs-GaAs hbt linearity characteristics, IEEE [13] J.J.Liou, 1994, An Analytical model for the current transport of Graded heterojunction bipolar transistors, Solid-State [14] A Gringberg, Shur S., 1984, An Investigation of the Effect of Graded Layers and Tunneling on the Performance of AlGaAs-GaAs HBT, IEEE [15] Ulrich Schaper, 1995, Analytical parameter extraction of the hbt equivalent circuit with T-like topology from measured S parameter, IEEE [16] J Thomas, J.J.Liou, 1996, Bias, Frequency, and Area Dependencies of High Frequency Noise in AlGaAs-GaAs HBT, IEEE [17] S Tiwari, 1990, Compound semiconductor HBT, IBM Develop [18] Mathias R., 2005, Consistent Modeling of Capacitances and Transit Times of GaAs-Based HBTs, IEEE [19] Frickey A., 1994, Conversions Between S,Z,Y,h,ABCD n T Parameters which are valid for complet source and load impedance, IEEE [20] Jun Wei, 1996, Corrections to “Direct Extraction of Equivalent Circuit Parameters for HBT, IEEE [21] Jean Print, 1991, Current Gain-Early Voltage Products in HBT with Nonuniform Base Bandgaps, IEEE [22] Wiliam Liu, 1992, Diode Ideality Factor for Surface Recombination Current in AlGaAs-GaAs HBT, IEEE [23] David R., Direct calculation of the hbt equivalent circuit from measured S parameter, Solid-State [24] Damian Costa, 1991, Direct extraction of the AlGaAs-GaAs HBT small signal equivalent circuit, IEEE [25] Sami Bousnina, 2002, Direct Parameter-Extraction Method for HBT Small-Signal Model, IEEE [26] Yuan J., Song J., Early Voltage of SiGe Heterojunction Bipolar Transistors, Central Florida University [27] C.Houghton, P.Noel, 1995, Early-Voltage Degradation in HBT due to interface state, Solid-State [28] Kroemer, 1982, HBT and Integrated Circuits, IEEE [29] D.Pavlidis, 1995, HBT vs PHEMT vs MESFET- What's best and why?, Michigan University [30] R.Cheng, J.Chang, 1994, High Current Gain, Low offset Voltage Heterostructure Emitter Bipolar Transistors, IEEE [31] A.Mass, 1992, Intermodulation in Heterojunction Bipolar Transistors, IEEE [32] Lee Wonjoo, 1997, Intermodulation Mechanism and Linearization of AlGaAsGaAs HBT's, IEEE [33] P.Grossman, 1992, Large signal modeling of HBTs including self-heating and transit time effects, IEEE [34] A.Doughlas, 1993, Large-Signal Numerical and Analytical HBT Models, IEEE [35] G.Fonstad, Lecture 14 - Heterojunction Bipolar Transistors [36] Borgarino, Low-Frequency Noise Characterization of AlGaAs-GaAs HBT’s, Roma Italia [37] H.Dodo, 1998, Microwave low-noise AlGaAs HBT with p+ Regrown base contact, IEEE [38] A.Lambert, 1988, Microwave performances of npn and pnp AlgaAs-GaAs HBT, IEEE [39] K Liu, 2005, Noise characterize for HBT, IEEE [40] W.Martin, 2003, On the accuracy of direct extraction of the hbt equivalent-circuit model parameter Cpi Cbc and Re, IEEE [41] A.Gringberg, 1993, On the Thermionic-Diffusion Theory of Minority Transport in HBT, IEEE [42] S.Schaper, 1998, Physical Scaling Rules for AlGaAs-GaAs Power HBT’s, IEEE [43] Henderson, 1999, Physiss of degradation in gaAs-based HBT, Elsiver Science [44] Hovinen, 2000, Processing of AlGaAs-GaAs HBT, Espoo 2000 [45] M.Shur, 1988, Recombination Current in Forward-Biased p-n Junction, IEEE [46] J.J.Liou, 1998, Reliability of algaas-gaas heterojunction bipolar transistors-an overview, IEEE [47] R.Hajji, 1997, Small-signal distributed model for GaAs HBTs, IEEE [48] M.Fukuda, 1995, Small-signal equivalent circuit scaling properties of AlGaAsGaAs hbt, IEEE [49] D.Chetan, 1992, Space-Charge Region Recombination in HBT, IEEE [50] J.Frank, 1988, Surface recombination hbt algaas, IEEE [51] E.Hafiji, 1990, The DC Characteristics of GaAs-AlGaAs HBT, IEEE [52] D.Patric, 1991, The New 2-Dimensional Electron Gas Base HBT(2DEG-HBT) 2Dimensional Numerical Simulation, IEEE [53] L.L.Liou, 1992, The offset voltage of hbt, IEEE [54] Tomizawa, 1990, Transport Equation Approach for HBT, IEEE [55] Hiraoka, 1988, Two-Dimensional Analysis of the Surface Recombination Effect on Current Gain for GaAlAs-GaAs HBT's, IEEE [56] D.Wou, 1993, Unique determination of AlGaAs-GaAs hbt small-signal equivalent circuit parameters, IEEE [57] C.Lee, 1997, Variational Formulation of Poisson’s Equation in Semiconductor at Quasi-Equilibrium and Its Applications, IEEE [58] J.Herrick, 2005, Verification of pi-Equivalent Circuit based Microwave Noise Model on III-V HBT, IEEE ... thuật ? ?iện tử MSHV:01405303 I- TÊN ĐỀ TÀI: ? ?Giải tích mơ linh kiện ? ?iện tử bán dẫn siêu cao tần AlGaAs/ GaAs HBT? ?? II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: • • • • • Tìm hiểu lý thuyết bán dẫn vật liệu bán dẫn GaAs... đầy đủ loại linh kiện Đề tài: "Giải tích mô linh kiện ? ?iện tử bán dẫn siêu cao tần AlGaAs/ GaAs HBT (Heterojunction Bipolar Transistor)" tiến hành với mục đích tìm hiểu, tính tốn phân tích đặc tính... tương lai, đề tài "Giải tích mơ linh kiện ? ?iện tử bán dẫn siêu cao tần AlGaAs/ GaAs HBT" lựa chọn triển khai HBT từ viết tắt của: Heterojunction Bipolar Transistor HBT linh kiện Transistor thuộc