Theoretical and experimental investigation of advanced SiGe HBTs under extreme operating conditions and compact model development

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Es wird erwartet, dass innerhalb der nächsten Jahre die Herstellung von Silizium-Germanium (SiGe) Heterojunction-Bipolartransistoren (HBTs) mit Arbeitsfrequenzen von über 200GHz in Silizium-BiCMOS Technologien Serienreife erlangen wird, die die Realisierung von Hochfrequenz (HF) Anwendungen wie z.B. 60GHz WLAN-, 40/80/160Gb/s Glasfaser- und 24/77GHz Radar- Systeme ermöglichen werden. Wie die bisherige Erfahrung zeigt, stellen die Entwicklung und die damit verbundenen Kosten von HF Frontend-Schaltungsmodulen selbst bei den heute noch relativ geringen Frequenzen von 2..10GHz einen entscheidenden Engpass bei der Realisierung eines HF-Systems dar. Aus den mittlerweile extrem angestiegenen Kosten der Maskenherstellung (z.B. 1 Mio US$ für 0,11 (m CMOS) wird leicht einsichtig, dass aus Gründen der Kosteneinsparung Modelle für die Simulation von Schaltungen (so genannte Kompaktmodelle) von zunehmender Wichtigkeit sind, die in sehr genauer Weise die Bauelemente-Kennlinien für einen weiten Arbeits- , Frequenz-, Temperatur- und Geometriebereich beschreiben. Das Hauptziel dieses Projektes ist die Entwicklung und Bereitstellung vollständiger geometrieskalierbarer physikalischer Kompaktmodelle, die für alle Aspekte des Entwurfs von HF-Analogschaltungen geeignet sind, einschließlich Optimierung. Dabei liegt das Gewicht auf Si/SiGe HBTs mit maximaler Grenzfrequenz von weit über 150GHz, die in fortschrittlichen BiCMOS-Technologien gefertigt werden. Wichtig ist hier, ein tiefes Verständnis der inneren physikalischen und der parasitären Effekte zu erlangen, die unter extremen Arbeitsbedingungen auftreten.