Die Druckversion dieses Buches ist vergriffen.
"Kompaktmodelle für Bipolartransistoren" bietet Ingenieuren, die in den Bereichen IC-Schaltungsdesign, Transistormesstechnik und Transistormodellierung arbeiten, eine umfassende Darstellung der heute aktuellen Kompaktmodelle für Bipolartransistoren. Neben
dem bekannten SGP-Modell
finden auch die Modelle VBIC, HICUM und MEXTRAM
Berücksichtigung. Die Wirkungsweise der Modelle wird sowohl an
Hand der Modellgleichungen als auch unter Verwendung von
Prinzipdarstellungen und - kennlinien anschaulich erläutert.
Für die Darstellung der Grossignal-Ersatzschaltung der Modelle
wurde eine Variante gewählt, in der die Schaltung in den
Querschnitt eines npn-Transistors eingezeichnet wurde. Das erleichtert
die Zuordnung der Ersatzschaltungselemente zu den Transistorgebieten.
Nach
der Beschreibung der
Modelle werden erprobte Methoden zur Modellparameterbestimmung und die
entsprechenden Schaltungen zur Messung der Transistoren vorgestellt.
Neben der Kenntnis der verschiedenen Methoden zur
Bestimmung der
Modellparameter ist auch die Wahl der richtigen Strategie zur
Modellparameterbestimmung von großer Bedeutung. Daher wird
für jedes Modell eine solche Strategie, d.h. die optimale
Reihenfolge der Schritte bei der Bestimmung der Modellparameter
vorgeschlagen.
|
|||
Kapitel 1 In Kapitel 1 wird zunächst ein kurzer Überblick über die verschiedenen Kategorien von Modellen für die Simulation von Transistoren gegeben. Danach werden einige Grundlagen des Bipolartransistors behandelt, die für das Verständnis der in den nachfolgenden Kapiteln behandelten Kompaktmodelle notwendig sind. Darüber hinaus werden mit dem Injektions- und dem Transportmodell zwei klassische Modellansätze dargestellt, von denen das Transportmodell die Grundlage für das SGP-Modell und z.T. auch für die neueren Modelle ist. Transistormodelle dienen der Voraussage des elektrischen Verhaltens von Transistoren. Hinsichtlich ihrer Anwendung kann man dabei zwei grundsätzlich unterschiedliche Modellkategorien unterscheiden: Modelle für Devicesimulatoren und Modelle für Schaltungssimulatoren. Unter dem Begriff Devicesimulation wird allgemein die Vorausberechnung des elektrischen Verhaltens von Transistoren unter Verwendung technologischer Größen (Konzentrationen, Profilverläufe, Eindringtiefen), geometrischer Angaben (Abmessungen der Transistorgebiete) und elektrischer Daten (Arbeitspunkt) mit Hilfe von halbleiterphysikalischen Gleichungen verstanden. Kompaktmodelle hingegen sind Transistormodelle, die aus einem mehr oder weniger umfangreichen Satz von Gleichungen bestehen, die das Verhalten des Transistors statisch und dynamisch beschreiben. |
|||
Kapitel 2 In Kapitel 2 wird das SPICE-Gummel-Poon-Modell beschrieben. H.K.Gummel und H.C.Poon veröffentlichten 1970 einen Artikel, in dem sie ein Kompaktmodell für die Schaltungssimulation vorstellten, welches auf einer neuen Ladungssteuerbeziehung beruhte. In modifizierter Form wurde dieses Modell in den Schaltungssimulator SPICE eingebaut (SPICE Gummel-Poon–Modell, SGP-Modell). Dieses Modell war über Jahrzehnte hinweg das Standardmodell für die Simulation von Bipolartransistoren. Die Entwicklung schneller Bipolar- und BiCMOS-Technologien stellte jedoch neue Anforderungen an die Modellierung des Bipolartransistors. Daher wurden in den letzten Jahren neue Bipolarmodelle entwickelt (HICUM, MEXTRAM, VBIC). Diese Modelle werden das SGP-Modell langfristig ablösen. Trotzdem wird im nachfolgenden Abschnitt zunächst das SGP-Modell dargestellt, da es von grundlegender Bedeutung ist und immer noch weit verbreitet angewendet wird. Bei der Behandlung des Modells wird zunächst das Großsignal-, danach das Kleinsignal-, das Rausch- und das Temperaturverhalten betrachtet. Nach der Betrachtung der jeweiligen Modellersatzschaltung werden die Modellgleichungen, behandelt. Das Verhalten der Gleichungen und die Wirkungsweise der Modellparameter wird dabei mit Prinzipskizzen und Berechnungsbeispielen veranschaulicht. |
|||
Kapitel 3 Das
VBIC–Modell (VBIC = Vertical Bipolar Inter Company)
ist seit 1995 verfügbar und
wurde von einem Komitee amerikanischer Halbleiterfirmen entwickelt, um
die
Nachteile des SGP-Modells zu überwinden.
Die
wesentlichen Eigenschaften des VBIC-Modells sind:
|
|||
Kapitel 4 In
Kapitel 4 wird das HICUM-Modell beschrieben. Die
Entwicklung dieses Modells
(HICUM = HIgh CUrrent Model)
begann etwa 1980 an
der
Ruhr-Universität Bochum, zunächst mit der
Zielstellung bipolare Transistoren in
schnellen ECL-Digitalschaltungen zu simulieren. In den folgenden Jahren
wurde
das Modell weiterentwickelt und erweitert, um damit auch das
HF-Kleinsignalverhalten von Transistoren moderner Polysilizium- und
SiGe-Technologien
zu simulieren. Das Modell wurde seit 1994 in verschiedene
Schaltungssimulatoren
integriert und ist seit 1999 allgemein verfügbar.
Die wesentlichen Eigenschaften des HICUM-Modells sind:
|
|||
Kapitel 5 In
Kapitel 5 wird das
MEXTRAM - Modell beschrieben. Das MEXTRAM-Modell (Most EXquisite TRAnsistor Model)
wurde von der Firma Philips
zunächst als firmeneigenes Modell entwickelt. Im Januar 1994
wurde
es mit der
Version 503.1 allgemein verfügbar gemacht. Im Juni 1995 wurde
die
Version 503.2
herausgegeben. Die neueste Modellversion ist die Version 504, die
gegenüber den
älteren Versionen wesentliche Änderungen
enthält. Die
Berücksichtigung einiger
Effekte, z.B. des Avalanchedurchbruchs, der erweiterten Modellierung
des
parasitären Substrattransistors und der Modellierung von
verteilten
Hochfrequenzeffekten, kann dabei über Schalter
ausgewählt
werden. Das
MEXTRAM-Modell 504 ist durch die folgenden wesentlichen Eigenschaften
gekennzeichnet:
|
|||
Kapitel 6 In
Kapitel 6 werden Grundprinzipien
für die drei
wichtigsten Arten von Messungen an Bipolartransistoren dargestellt, die
zur
Bestimmung von Modellparametern notwendig sind:
Dabei werden sowohl Messprinzipien als auch praktisch auftretende Probleme dargestellt. Weiterhin wird eine Anzahl von Messschaltungen angegeben, die für die Messung der wichtigsten Transistorkennlinien von npn-, lpnp-, vpnp- und spnp-Transistoren verwendet werden können. Für die Darstellung der Transistoren wird dabei eine Ersatzschaltung verwendet, die auch die parasitären Transistoren enthält. Für jede Messschaltung werden typische Werte für die Spannungsquellen angegeben. Weitere spezielle Messschaltungen sind im Kapitel Modellparameterbestimmung für die jeweilige Extraktionsmethode angegeben. |
|||
Kapitel 7 In Kapitel 7 werden allgemeingültige Methoden zur Bestimmung von Modellparametern dargestellt, die für alle in diesem Buch behandelten Kompaktmodelle anwendbar sind. Spezielle Extraktionsstrategien und Verfahren für die einzelnen Modelle SGP, VBIC, HICUM und MEXTRAM hingegen findet man in Kapitel 8. Bei den allgemeingültigen Methoden wird oft die Notation des SGP-Modells verwendet. Sie sind jedoch ebenso für die entsprechenden Parameter der Modelle VBIC, HICUM und MEXTRAM verwendbar. |
|||
Kapitel 8 In Kapitel 8 werden Strategien zur Bestimmung von Modellparametern beschrieben. Als Beispiel wird hier eine für das VBIC-Modell sinnvolle Extraktionsstrategie gezeigt. Diese unterscheidet sich deutlich von der für das SGP-Modell verwendeten Extraktionsstrategie. So beginnt man beim VBIC - Modell mit den Bahnwiderständen, gefolgt von den CV-Modellparametern und bestimmt dann die Early-Spannungen und die Aufteilung der BC-Kapazität. Danach folgen die DC-Modellparameter, die QS-Modellparameter, die Modellierung von RTH und des Avalanche-Effekts, sowie schließlich die AC-Modellparameter. |
|||
Start Bestellangaben Datenschutz Impressum / Kontakt |