Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics D (전자공학회논문지D)

The Institute of Electronics and Information Engineers (대한전자공학회)
권호 표지

Design of high speed InAlGaAs/InGaAs HBT structure by Hybrid Monte Carlo Simulation

Hybrid Monte Carlo 시뮬레이션에 의한 고속 InAlGaAs/InGaAs HBT의 구조 설계

  • 황성범 (정회원, 경남정보대학 전자정보학부 전자정보통신과) ;
  • 김용규 (정회원, 대구기능대학 매카트로닉학과) ;
  • 송정근 (정회원, 동아대학교 전기전자컴퓨터공학부) ;
  • 홍창희 (정회원, 동아대학교 전기전자컴퓨터공학부)
  • Published : 1999.03.01
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Abstract

InAlGaAs/InGaAs HBTs with the various emitter junction gradings(xf=0.0-1.0) and the modified collector structures (collector- I;n-p-n, collector-II;i-p-n) are simulated and analyzed by HMC (Hybrid Monte Carlo) method in order to find an optimum structure for the shortest transit time. A minimum base transit time($ au$b) of 0.21ps was obtainsed for HBT with the grading layer, which is parabolically graded from $x_f$=1.0 and xf=0.5 at the emitter-base interface. The minimum collector transit time($\tau$c) of 0.31ps was found when the collector was modified by inserting p-p-n layers, because p layer makes it possible to relax the electric field in the i-type collector layer, confining the electrons in the $\Gamma$-valley during transporting across the collector. Thus InAlGaAs/InGaAs HBT in combination with the emitter grading($x_f$=0.5) and the modified collector-III showed the transit times of 0.87 psec and the cut-off frequency (f$\tau$) of 183 GHz.

HMC(Hybrid Monte Carlo)시뮬레이션을 이용하여 InAlGaAs/InGaAs HBT의 비평형 고속전송을 해석하였고, 전송시간 및 차단주파수를 향상시키기 위하여 에미터-베이터 이종접합과 콜렉터 구조를 최적 설계 하였다. 시뮬레이션 결과, 에미터 조성경사영역에서 Al 몰비를 xf=1.0에서 xf=0.5로 변화시킬 경우 베이스 전송시간이τb=0.21ps로 가장 짧았다. 콜렉터 전송시간을 단축시킬 목적으로 콜렉터와 베이스 사이에 n\sup +\형 (콜렉터-Ⅰ), I형(콜렉터-Ⅱ), p형(콜렉터-Ⅲ), 콜렉터를 삽입하여 베이스-콜렉터 공간전하영역의 전계분포를 전자의 비평형고속전송을 유지하도록 설계하였다. 콜렉터-Ⅲ 구조에서는 전자의 음이온화된 억셉터가 콜렉터의 전계를 감소시킴으로써 전자가 Γ 밸리에서 먼 거리까지 전송을 가능하게 하여 가장 짧은 콜렉터 전송시간을 나타내었다. 결론적으로 가장 짧은 전송시간 τec는 Al 몰비가 xf=0.5인 에미터 구조와 콜렉터-Ⅲ에서 0.87psec이었고, 차단주파수 ft=183GHz를 나타내었다.

Keywords