射频异质接面双极性电晶体温度和Kink之研究

射頻異質接面雙極性電晶體溫度和Kink之研究 Temperature and kink effect of RF InGaP/GaAs HBTIC 編號：H20-92B-02指導教授：林佑昇 暨南大學電機研究所 電話E-mail:.tw設計者： 張峻旗/林子為 大學部三年級 電話E-mail:u8323032/.tw 一、中文摘要(及關鍵字)本計劃主要研究InGaP/GaAs的主動元件(HBT);利用量測得到的 S參數，探討kink 之變化。關鍵字: kink、S參數。二、 計劃緣由與目的因為現今通訊要維持傳輸訊號的完整性，而不致在傳輸過程中受到雜訊干擾，因此需架構在高頻，由此一來所需的功率變得相當大，而InGaP/GaAs有著矽所沒有的大電流特性，藉此可以產生較高功率，因而較矽適合作為高頻元件，然而當前InGaP/GaAs與矽的元件比較相對較少，目前的應用也尚處於初步階段，還有許多未開發的領域，相信它的潛力還未發揮，許多重要的應用電路中，元件的特性在高頻和低頻時表現出來的行為有著明顯的不同;因為在高頻時往往會有很多在低頻的時候不會出現的電感、電容等等寄生效應，它直接或間接的影響了元件的效能。電晶體的散射係數(S參數)己經被廣泛的使用在主動高頻電路的設計中。但是，對於S參數的行為仍有一些不能完全了解的地方。例如，在許多論文中，常常可以發現HBT或是MESFET的S參數在高頻時會有”anomalous dip”的發生。這種現象也叫作”kink”，尤以最為明顯。 三、 研究方法與成果3.1原理與方法圖一 是HBT的小訊號模型，我們考慮金屬線的寄生效應，假設Le很小，把Le忽略，小訊號模型可等效如圖二所示。由公式推導分別可得 (low frequency) (high frequency)圖一 HBT的小訊號模型圖二 簡化後的模型3.2佈局此testkey佈局中共放了九顆不同width、length的HBT ，加上一個空的pad，以作校準之用。電路使用on wafer之測量方式,避免因為封裝而造成無法預測之寄生效應以致和模擬結果不吻合。3. 3晶片照相 () 3.4測試晶片將在NDL作 on-wafer probe 量測，量測使用高頻量測機台HP85122A : Network Analyzer (HP 8510C)，DC Source/Monitor(HP 4142B) , S-Parameter Test Set (HP 8514B)，以下圖分別顯示GSG探針量測結構與Design Rule。四、結果與討論在量測與模擬的結果，發現 kink發生比為明顯，另外，kink現象通常出現在大尺寸的HBT元件上，尺寸較小的元件幾乎看不到此現象的發生。它顯示HBT的輸入阻抗在低頻時，隨著smith chart 的等電阻圓移動；在高頻時，隨著smith chart 的等電導圓移動。五、參考文獻1. S. S. Lu et, “The Origin of the Kink Phenomenon of Transistor Scattering Parameter ,”IEEE Trans. on MTT，FEB 20012. Hans Hjelmgren, IEEE Trans. on ED, Feb. 20013. Hyun-Min Park ,Ron Green and Songcheol Hong ,”A Novel Extraction Method for a fully Eletro-Thermal Large-Signal Model of HBT”on 2002 IEEE Mtt-S Digest 4. Bashar, S.A.; Amin, F.A.; Rezazadeh, A.A.; Crouch, M.A.” Characteristics of AlGaAs/GaAs and InGaP/GaAs HBTs at high temperature” High Performance Electron Devices for Microwave and Optoelectronic Applications Workshop, 1996. EDMO , 25-26 Nov 19965. H. Y. Tu et al., IEEE Trans. on Electron Devices, vol. 49, no. 10, pp.1831-1833, 2002. 6. R. Sung et al., IEEE Trans. on Electron Devices, vol. 49, no. 10, pp. 1681-1686, 2002.六、模擬與量測比較:(1) Q3x9d 量測圖 模擬圖(2) Q2x2 量測圖 模擬圖(3) Q2x4量測圖 模擬圖* Chip Features CAD Tools * CKT name : Temperature and kink effect of RF InGaP/GaAs HBTTechnology : GCT 2.0um