Investigations des effets non quasi-statiques dans le transistor bipolaire en vue de leur modélisation compacte

Non quasi-static effects investigation for compact bipolar transistor modeling

• Auteur / Autrice : Arkaprava Bhattacharyya
• Direction : Thomas Zimmer, Cristell Maneux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 18/07/2011
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'intégration du matériau au système (Talence, Gironde)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Derrier, Sébastien Frégonèse
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Peter Baureis, Niccolò Rinaldi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Effet non quasi-statique

Conception assistée par ordinateur

Transistors bipolaires

Mots clés libres

Conception assistée par ordinateur (CAO)

Transistor bipolaire

TBH SiGe

Modélisation compacte

Modèle HICUM

Extraction des paramètres

Computer Aided Design (CAD),

Bipolar transistor

SiGe HBT

Compact modeling

HICUM model

Extraction des paramètres

Résumé

Les transistors rapides actuels présentent un retard lorsqu’ils fonctionnent à très hautes fréquences ou en régime transitoire rapide. Cet effet est appelé effet non quasi-statique (NQS). Dans cette thèse, l’effet NQS est analysé de manière concise de façon à être directement implanté dans les modèles de composant pour les bibliothèques de circuit en utilisant le langage standard VerilogA. Les mécanismes physiques à la base de l’effet NQS sont évalués dans le domaine de fonctionnement petit signal et les résultats sont comparés aux travaux déjà publiés. S’agissant du modèle standard bipolaire HICUM, les effets NQS latéraux et verticaux sont examinés séparément à partir du même modèle, en régime de fonctionnement transitoire et fréquentiel grâce à un sous-circuit dédié au calcul de la phase du signal. A partir de ce sous-circuit, la modélisation compacte avec HICUM est comparée aux données issues de mesures et issues de simulation amont. Enfin, un nouveau sous-circuit calculant l’excès de phase est proposé pour prendre mieux en compte les effets non quasi-statiques dans les transistors bipolaires.

Modern high speed (RF) transistors encounter certain delay while operated at high frequency or under fast transient condition. This effect is named as Non Quasi Static (NQS) effect. In the current work, NQS effect is analyzed in a concise manner so that it can be readily implemented in a compact model using the VerilogA description language. The basic physics behind this effect is investigated in small signal domain and the results are compared with the published work. In popular bipolar model HICUM lateral and vertical NQS are examined separately and uses the same model for both transient and AC operation which requires an additional minimum phase type sub circuit. Compact modeling with HICUM model is performed in both measurement and device simulated data. At last, an improved excess phase circuit is proposed to model the NQS effect.