JP3137106B2 - Method and apparatus for evaluating bipolar transistor - Google Patents

Method and apparatus for evaluating bipolar transistor

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JP3137106B2 JP11045638A JP4563899A JP3137106B2 JP 3137106 B2 JP3137106 B2 JP 3137106B2 JP 11045638 A JP11045638 A JP 11045638A JP 4563899 A JP4563899 A JP 4563899A JP 3137106 B2 JP3137106 B2 JP 3137106B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はバイポーラトランジ
スタの評価方法及び評価装置に関し、特に高速性、高出
力性に優れたバイポ−ラトランジスタの評価方式に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for evaluating a bipolar transistor, and more particularly to a method for evaluating a bipolar transistor which is excellent in high speed and high output.

【0002】[0002]

【従来の技術】バイポーラトランジスタは高速性、高出
力性に優れており、近年SiのみならずGaAsなどの
化合物半導体を用いたバイポーラトランジスタの研究開
発が盛んに行われている。このようなバイポーラトラン
ジスタの高速性の指標として、電流利得遮断周波数fT
(以下、単にfT と称す)というパラメータがあり、
近似的に以下の式(1)で表され、fT が大きいほど
高速のトランジスタである。
2. Description of the Related Art Bipolar transistors are excellent in high speed and high output, and in recent years, research and development of bipolar transistors using not only Si but also a compound semiconductor such as GaAs have been actively conducted. As an index of the high speed of such a bipolar transistor, the current gain cutoff frequency f T
(Hereinafter, simply referred to as f T) has a parameter called,
Approximately expressed by the following equation (1), a high-speed transistor as f T is large.

【0003】[0003]

【数3】 ここで、kはボルツマン定数、Tは絶対温度、qは電子
の電荷、IC はコレクタ電流、CBEはエミッタ・ベー
ス接合容量、CBCはベース・コレクタ接合容量、RE
はエミッタ寄生抵抗、RC はコレクタ寄生抵抗、τB
はベース走行時間、τC はコレクタ空間電荷領域走行
時間である。
(Equation 3) Here, k is Boltzmann's constant, T is absolute temperature, q is electron charge, I C is collector current, C BE is emitter-base junction capacitance, C BC is base-collector junction capacitance, R E
Is the emitter parasitic resistance, R C is the collector parasitic resistance, τ B
Is the base transit time and τ C is the collector space charge region transit time.

【0004】近年、バイポーラトランジスタは携帯電話
などの移動体通信機器への応用が拡大したため、低消費
電力下における高速性が要求されるようになってきてい
る。ここで、低消費電力下、すなわち低コレクタ電流I
C 下においては式(1)の分母の中の(kT/qIC
)(CBE+CBC)という項が支配的になる。
[0004] In recent years, bipolar transistors have been applied to mobile communication devices such as mobile phones, so that high-speed operation with low power consumption is required. Here, under low power consumption, that is, low collector current I
Under C , (kT / qI C in the denominator of equation (1)
) (C BE + C BC ) dominates.

【0005】さらに、ベース・コレクタ間は通常逆バイ
アスで使用され空乏層厚が長いので、一般的にCBEはC
BCと比べて充分大きい。このため、バイポーラトランジ
スタの高速性の指標であるfT は、低消費電力下、す
なわち低コレクタ電流IC 下においては、エミッタ・
ベース接合容量CBEに大きく依存することが分かる。従
って、バイポーラトランジスタのエミッタ・ベース接合
容量を迅速、簡便かつ精度良く評価することは、その高
速性を見極める上で大変に重要である。
In addition, since the base-collector is normally used with a reverse bias and the thickness of the depletion layer is long, C BE is generally
Large enough compared to BC . For this reason, f T , which is an index of the high-speed performance of the bipolar transistor, has an emitter-emitter under low power consumption, that is, under a low collector current I C.
It can be seen that it largely depends on the base junction capacitance C BE . Therefore, it is very important to evaluate the emitter-base junction capacitance of a bipolar transistor quickly, simply, and accurately in order to determine its high speed.

【0006】従来より一般的に行われているバイポーラ
トランジスタのエミッタ・ベース接合容量の評価方法に
関して述べる。従来の評価方法のフローチャートを図8
に示す。まず、バイポーラトランジスタと同じウエハ内
にバイポーラトランジスタとは別にエミッタ・ベース接
合容量の評価のためのエミッタ・ベース間ダイオードを
設計し、作製する(ステップS11,S12)。
A method of evaluating the emitter-base junction capacitance of a bipolar transistor, which is generally performed conventionally, will be described. FIG. 8 is a flowchart of a conventional evaluation method.
Shown in First, an emitter-base diode for evaluating the emitter-base junction capacitance is designed and manufactured separately from the bipolar transistor in the same wafer as the bipolar transistor (steps S11 and S12).

【0007】バイポーラトランジスタのエミッタ・ベー
ス接合容量の値は通常100fFのオーダーであり、非
常に小さい。そこで、容量測定の精度向上のため通常
は、容量値が1pFのオーダーとなるような大きい面積
のダイオードを設計、作製する。このためウエハ上に大
きな面積を占有することになる。
[0007] The value of the emitter-base junction capacitance of a bipolar transistor is usually on the order of 100 fF, which is very small. Therefore, in order to improve the accuracy of capacitance measurement, usually, a diode having a large area whose capacitance value is on the order of 1 pF is designed and manufactured. For this reason, a large area is occupied on the wafer.

【0008】図9はこの評価用ダイオードを表す断面図
である。図9において、4はベース層、5はエミッタ
層、7bはベース電極、7eはエミッタ電極、8は絶縁
層である。作製終了後、トランジスタ自体の特性評価と
は別に、ダイオードの容量測定(C−V測定)を行なう
と(ステップS13)、図10に示すような容量電圧特
性が得られる。バイポーラトランジスタにおいてエミッ
タ・ベース間は順方向にバイアスされるので、順方向の
ベース・エミッタ間電圧VBEに関して測定すればよい。
FIG. 9 is a sectional view showing the evaluation diode. In FIG. 9, 4 is a base layer, 5 is an emitter layer, 7b is a base electrode, 7e is an emitter electrode, and 8 is an insulating layer. After completion of the fabrication, when the capacitance of the diode is measured (CV measurement) separately from the evaluation of the characteristics of the transistor itself (step S13), a capacitance-voltage characteristic as shown in FIG. 10 is obtained. In the bipolar transistor, the emitter-base is biased in the forward direction, so that the base-emitter voltage V BE in the forward direction may be measured.

【0009】最後に、このダイオードを用いて測定した
容量値から面積換算を行ない(ステップS14)、所望
のベース・エミッタ間電圧VBEでのエミッタ・ベース接
合容量の値を決定する(ステップS15)。この際、作
製時のサイドエッチングなどにより一般的にはマスク設
計値どおりの面積にはならないので、事前に顕微鏡を用
いるなどして面積を正確に決定する必要がある。
Finally, the area is converted from the capacitance value measured using this diode (step S14), and the value of the emitter-base junction capacitance at the desired base-emitter voltage V BE is determined (step S15). . At this time, since the area generally does not match the mask design value due to side etching or the like at the time of fabrication, it is necessary to accurately determine the area in advance using a microscope or the like.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】上記従来例における問
題点は、バイポーラトランジスタとは別に容量評価用の
ダイオードがウエハ上に大きな面積を占有してしまうと
いうことである。その結果、バイポーラトランジスタの
大量生産に不利になる。さらに、容量評価用のダイオー
ドの設計及び作製にも労力と時間を要する。
A problem with the above prior art is that a diode for capacity evaluation occupies a large area on a wafer, in addition to a bipolar transistor. As a result, it is disadvantageous for mass production of bipolar transistors. Furthermore, labor and time are required for designing and manufacturing a diode for capacity evaluation.

【0011】本発明の目的は、バイポーラトランジスタ
においてその高速性を決定する重要なデバイスパラメー
タであるエミッタ・ベース接合容量を、容量評価用のダ
イオードを用いることなく簡便かつ精度良く評価し生産
性の向上につながる方法及び装置を提供することであ
る。
An object of the present invention is to improve the productivity by simply and accurately evaluating the emitter-base junction capacitance, which is an important device parameter for determining the high speed of a bipolar transistor, without using a diode for capacitance evaluation. To provide a method and apparatus that leads to

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、バイポ
ーラトランジスタの直流電流利得β0 、エミッタ微分
抵抗re 及び周波数fにおける高周波雑音の最適ソー
スインピーダンスの虚数部X0PT を測定するステップ
と、これ等測定値を用いてエミッタ・ベース接合容量C
BEを算出評価するステップとを含むことを特徴とするバ
イポーラトランジスタの評価方法が得られる。
According to Means for Solving the Problems] The present invention includes the steps of measuring the DC current gain beta 0, the imaginary part X 0pt optimum source impedance of high frequency noise at the emitter differential resistance r e and frequency f of the bipolar transistor, Using these measured values, the emitter-base junction capacitance C
And a step of calculating and evaluating the BE .

【0013】そして、前記雑音の最適ソースインピーダ
ンスの虚数部X0PT をバイポーラトランジスタの遮断
周波数の1/5以下の周波数で求めることを特徴とす
る。
The imaginary part X 0PT of the optimum source impedance of the noise is obtained at a frequency equal to or less than 5 of the cutoff frequency of the bipolar transistor.

【0014】また、本発明によれば、バイポーラトラン
ジスタの直流電流利得β0 、エミッタ微分抵抗re
び周波数fにおける高周波雑音の最適ソースインピーダ
ンスの虚数部X0PT を測定する手段と、これ等測定値
を用いてエミッタ・ベース接合容量CBEを算出評価する
手段とを含むことを特徴とするバイポーラトランジスタ
の評価装置が得られる。
Further, according to the present invention, the DC current gain beta 0 of bipolar transistors, means for measuring the imaginary part X 0pt optimum source impedance of high frequency noise at the emitter differential resistance r e and the frequency f, which like measurements And a means for calculating and evaluating the emitter-base junction capacitance C BE by using the above method.

【0015】本発明の作用を述べる。バイポーラトラン
ジスタの雑音特性及び直流特性を評価し、雑音の最適ソ
ースインピーダンスの虚数部、直流電流利得、エミッタ
微分抵抗の各パラメータとエミッタ・ベース接合容量と
の間に存在する関係式を用いて、当該エミッタ・ベース
接合容量を算出して評価するものである。
The operation of the present invention will be described. Evaluate the noise characteristics and DC characteristics of the bipolar transistor and use the relational expression that exists between each parameter of the imaginary part of the optimum source impedance of the noise, DC current gain, emitter differential resistance and the emitter-base junction capacitance to evaluate the characteristics. This is to calculate and evaluate the emitter-base junction capacitance.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】先ず、本発明の原理を数式を用い
て説明する。本発明で使用する最適ソースインピーダン
スの虚数部、直流電流利得、エミッタ微分抵抗及びエミ
ッタ・ベース接合容量の間に成り立つ関係式及びこの関
係式を用いてエミッタ・ベース接合容量を評価する方法
に関して述べる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, the principle of the present invention will be described using mathematical expressions. A relational expression between the imaginary part of the optimum source impedance, the DC current gain, the emitter differential resistance, and the emitter-base junction capacitance used in the present invention and a method for evaluating the emitter-base junction capacitance using this relational expression will be described.

【0017】図11に示す等価回路のように、バイポー
ラトランジスタの雑音モデルとして、ホーキンスによる
バイポーラトランジスタの雑音モデル「ホーキンス著、
ソリッド・ステイト・エレクトロニクス誌、1977
年、20巻、191頁(SOLIDSTATE ELECTRONICS, VOL.
20, pp.191,1977 )」にエミッタ寄生抵抗REE、コレ
クタ寄生抵抗RC 及びコレクタ抵抗rC の効果を付け
加えたものを仮定する。デバイス内部の雑音源として
は、図11中の各寄生抵抗による熱雑音源18〜20と
エミッタ接合部及びコレクタ接合部の散弾雑音21,2
2を仮定している。
As shown in the equivalent circuit of FIG. 11, as a noise model of a bipolar transistor, a noise model of a bipolar transistor by Hawkins, "by Hawkins,
Solid State Electronics, 1977
Year, Volume 20, p. 191 (SOLIDSTATE ELECTRONICS, VOL.
20, pp. 191, 1977) ”to which the effects of the emitter parasitic resistance R EE , the collector parasitic resistance R C, and the collector resistance r C are added. As noise sources inside the device, thermal noise sources 18 to 20 due to each parasitic resistance in FIG. 11 and shot noises 21 and 21 at the emitter junction and the collector junction are shown.
2 is assumed.

【0018】ここでは、高周波帯における雑音を考えて
いるので、低周波雑音である1/f雑音やバースト雑音
は無視している。この等価回路から、2ポートのデバイ
スにおける雑音指数の導出法「ローテ著、プロシーディ
ング・アイ・アール・イー誌、1956年、44巻、8
11頁(PROCEEDING IRE, VOL.44, pp.811,1956 )」に
基いて計算を行なうと、最小雑音指数を与える際のソー
スインピーダンスである最適ソースインピーダンスZ
OPT (ZOPT =ROPT +jXOPT :以下、単に最適
ソースインピーダンスと称する)は以下のように表され
る。
Here, since noise in a high frequency band is considered, 1 / f noise and burst noise, which are low frequency noises, are ignored. From this equivalent circuit, a method for deriving a noise figure for a two-port device is described in "Rote, Proceeding I.R.E. Magazine, 1956, 44, 8
Calculation based on page 11 (PROCEEDING IRE, VOL.44, pp.811,1956) shows that the optimum source impedance Z which is the source impedance when the minimum noise figure is given.
OPT (Z OPT = R OPT + jX OPT : hereinafter, simply referred to as an optimum source impedance) is expressed as follows.

【0019】[0019]

【数4】 ここで、αはベース接地電流利得、α0 はその直流成
分である。re はエミッタ微分抵抗、式(8)中のn
はコレクタ電流のn値を表す。また、fα は電流伝送
率の遮断周波数(以下、単に遮断周波数と称する)であ
る。
(Equation 4) Here, α is a grounded base current gain, and α 0 is its DC component. r e is the emitter differential resistance, n in the formula (8)
Represents the n value of the collector current. F α is the cutoff frequency of the current transmission rate (hereinafter simply referred to as cutoff frequency).

【0020】ここで、バイポーラトランジスタの最適ソ
ースインピーダンスの虚数部XOPTを表す前述の(3)
式に注目して近似を行なう。バイポーラトランジスタの
遮断周波数の1/5以下の高周波領域の周波数fにおい
ては、通常バイポーラトランジスタの上記fα 2
e 2 はf2 に比べて充分大きい。このため、式
(4)のΑ及び式(5)のαは、 A=α0 /(1−α0 )=1/β0 α=α0 と夫々近似することができる。その結果、式(3)は以
下のように書くことができる。
Here, the aforementioned (3) representing the imaginary part X OPT of the optimum source impedance of the bipolar transistor
The approximation is performed focusing on the equation. At a frequency f in a high frequency region of 1/5 or less of the cutoff frequency of the bipolar transistor, the above-mentioned f α 2 ,
f e 2 is sufficiently larger than f 2 . Therefore, Α in equation (4) and α in equation (5) can be approximated as A = α 0 / (1−α 0 ) = 1 / β 0 α = α 0 , respectively. As a result, equation (3) can be written as:

【0021】[0021]

【数5】 これより、遮断周波数の1/5以下の高周波領域の周波
数では、バイポーラトランジスタの最適ソースインピー
ダンスの虚数部XOPT は、周波数f、エミッタ・ベー
ス接合容量CBE、直流電流利得β0 及びエミッタ微分
抵抗re のみで決まることが分かる。以上より逆に、
最適ソースインピーダンスの虚数部XOPT、直流電流利
得β0 及びエミッタ微分抵抗re の測定を行なうこと
で、以下の式を使用してエミッタ・ベース接合容量CBE
を評価することができる。
(Equation 5) Thus, at frequencies in the high-frequency region of 1/5 or less of the cutoff frequency, the imaginary part XOPT of the optimum source impedance of the bipolar transistor is represented by the frequency f, the emitter-base junction capacitance C BE , the DC current gain β 0, and the emitter differential resistance it can be seen that determined only by the r e. Conversely,
The imaginary part X OPT optimum source impedance, the DC current gain beta 0 and emitter differential resistance r measured in e by performing the following using equations emitter-base junction capacitance C BE
Can be evaluated.

【0022】[0022]

【数6】 図1に本発明のバイポーラトランジスタのエミッタ・ベ
ース接合容量評価方法のフローチャートを示す。まず、
バイポーラトランジスタの遮断周波数の1/5以下の高
周波領域の周波数において雑音測定を行ない、最適ソー
スインピーダンスの虚数部を決定する。一般的に、2ポ
ートデバイスの雑音指数は以下のように表すことができ
る。
(Equation 6) FIG. 1 shows a flowchart of a method for evaluating the emitter-base junction capacitance of a bipolar transistor according to the present invention. First,
Noise is measured at a frequency in a high-frequency region equal to or lower than 1/5 of the cut-off frequency of the bipolar transistor to determine an imaginary part of the optimum source impedance. In general, the noise figure of a two-port device can be expressed as:

【0023】[0023]

【数7】 よって、4点以上のソースインピーダンスZs =Rs
+jXs に対して、雑音指数Fを測定し、式(10)
でのフィッティングを行なうことにより、すべての雑音
パラメータ(最小雑音指数Fmin 、最適ソースインピ
ーダンスZOPT =ROPT +jXOPT 、等価雑音抵抗
n )を決定することができる。この測定はバイポー
ラトランジスタの遮断周波数の1/5以下の高周波帯の
周波数において行なう。
(Equation 7) Therefore, four or more source impedances Z s = R s
Against + jX s, measured noise figure F, formula (10)
, All the noise parameters (minimum noise figure F min , optimal source impedance Z OPT = R OPT + jX OPT , equivalent noise resistance R n ) can be determined. This measurement is performed at a frequency in a high frequency band equal to or less than 1/5 of the cutoff frequency of the bipolar transistor.

【0024】次に、直流測定を行なって、エミッタ微分
抵抗re 及び直流電流利得β0 を決定する。直流電流
利得β0 は以下のように表される。
Next, by performing DC measurements, determines the emitter differential resistance r e and the DC current gain beta 0. The DC current gain β 0 is expressed as follows.

【0025】β0 =IC /IB ……(11) よって、求めるバイアス下においてコレクタ電流IC
及びベース電流IB を測定すればよい。また、式
(8)よりエミッタ微分抵抗re を求めるためには、
コレクタ電流のn値を求める必要がある。コレクタ電流
は以下の式のように書くことができる。
Β 0 = I C / I B (11) Therefore, the collector current I C is obtained under the required bias.
And it may be measured base current I B. Further, in order to obtain the emitter differential resistance r e from the equation (8),
It is necessary to find the n value of the collector current. The collector current can be written as:

【0026】 IC =I0 exp (qVBE/nkT) ……(12) よって、図12に示すようなエミッタ・ベース間電圧V
BEと電流の対数値をプロットした、いわゆるガンメルプ
ロットの傾きから求める。
I C = I 0 exp (qV BE / nkT) (12) Therefore, the emitter-base voltage V as shown in FIG.
It is determined from the slope of the so-called Gummel plot in which the logarithmic value of BE and the current are plotted.

【0027】以上示したように、雑音特性及び直流特性
を評価することにより、最適ソースインピーダンスの虚
数部、直流電流利得及びエミッタ微分抵抗を決定し、こ
れらのパラメータとエミッタ・ベース接合容量の間に成
立する簡単な関係式(9b)を用いてバイポーラトラン
ジスタのエミッタ・ベース接合容量を評価できる。この
式はベース・エミッタ間電圧VBEに依存するコレクタ電
流IC を前記式(8)に示すようなエミッタ微分抵抗
e の形で含んでおり、エミッタ・ベース接合容量の
バイアス依存性も正確に評価することができる。
As described above, by evaluating the noise characteristics and the DC characteristics, the imaginary part of the optimum source impedance, the DC current gain and the emitter differential resistance are determined, and between these parameters and the emitter-base junction capacitance. The emitter-base junction capacitance of the bipolar transistor can be evaluated using the simple relational expression (9b) that holds. This equation base-emitter collector current I C which depends on the voltage V BE contains in the form of emitter differential resistance r e, as shown in the equation (8), the emitter-base junction capacitance of the bias dependency accurate Can be evaluated.

【0028】[0028]

【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。
本発明をGaAs系のヘテロ接合バイポ−ラトランジス
タ(以下、HBTと称する)に対して実施した結果を示
す。用いた試料はAlGaAs/GaAs HBTであ
る。その断面図を図2に示す。このAlGaAs/Ga
As HBTは、n型GaAsからなるコレクタコンタ
クト層2(500nm,ドーパントSi:3×1018
cm3 )、n型GaAs(460nm,ドーパントS
i:5×1016/cm3 )からなるコレクタ層3、p
型GaAsからなるベース層4(80nm,ドーパント
C:4×10 16/cm3 )、n型AlGaAsからな
るエミッタ層5(220nm,ドーパントSi:3×1
17/cm3 )、n型GaAs(120nm,ドーパ
ントSi:5×1018/cm3 )及びn型InGaA
s(100nm,ドーパントSi:2×1019/cm3
)からなるエミッタコンタクト層6から形成されてい
る。
Embodiments of the present invention will be described below.
The present invention relates to a GaAs heterojunction bipolar transistor.
(Hereinafter referred to as HBT)
You. The sample used was AlGaAs / GaAs HBT.
You. FIG. 2 shows a cross-sectional view thereof. This AlGaAs / Ga
As HBT is a collector contour made of n-type GaAs.
2 (500 nm, dopant Si: 3 × 1018/
cmThree ), N-type GaAs (460 nm, dopant S
i: 5 × 1016/ CmThree ), The collector layer 3, p
Layer 4 of GaAs (80 nm, dopant
C: 4 × 10 16/ CmThree ), N-type AlGaAs
Emitter layer 5 (220 nm, dopant Si: 3 × 1
017/ CmThree ), N-type GaAs (120 nm, dopa)
Account Si: 5 × 1018/ CmThree ) And n-type InGaAs
s (100 nm, dopant Si: 2 × 1019/ CmThree 
 ) Is formed from the emitter contact layer 6
You.

【0029】このHBTに関して、2μm×20μm×
3フィンガー(以下、試料1と称す)及び4μm×20
μm(以下、試料2と称す)のエミッタサイズ素子を用
意した。本試料において、今回測定したバイアス範囲
(エミッタ・コレクタ電圧VCE=2Vで、ベース・エミ
ッタ電圧VBEが1.25V〜1.34V)において、τ
B +τC は3ps程度であるので、遮断周波数は50
GHz程度である。これより、エミッタ・ベース接合容
量値を評価するための式(9)が成立するための前述の
条件である遮断周波の1/5以下の周波数が成立するた
めには、1〜2GHz程度の周波数(この周波数帯は、
一般的にはL帯と称される)で雑音測定を行なえば充分
である。
With respect to this HBT, 2 μm × 20 μm ×
3 fingers (hereinafter referred to as sample 1) and 4 μm × 20
μm (hereinafter referred to as sample 2) emitter size element
I thought. In this sample, the bias range measured this time
(Emitter-collector voltage VCE= 2V, base EMI
Voltage VBEIs 1.25 V to 1.34 V), τ
B + ΤC Is about 3 ps, so the cutoff frequency is 50
It is about GHz. From this, the emitter-base junction capacitance
The above-mentioned expression (9) for evaluating the quantity value is satisfied.
A frequency less than or equal to 1/5 of the cutoff frequency
For this purpose, a frequency of about 1 to 2 GHz (this frequency band is
Performing noise measurement in the L band is sufficient.
It is.

【0030】そこで、今回、エミッタ・ベース接合容量
を評価するための雑音測定は周波数2GHzで行なっ
た。まず、雑音測定の結果を示す。図3は周波数2GH
zにおいて測定した最適ソースインピーダンスをスミス
チャート上に示したものである。ここでは、エミッタ・
ベース接合容量には影響を及ぼさないエミッタ・コレク
タ電圧はVCE=2Vで固定し、1.25V〜1.34V
までのいくつかのベース・エミッタ電圧VBE下で測定し
た。
Therefore, this time, noise measurement for evaluating the emitter-base junction capacitance was performed at a frequency of 2 GHz. First, the results of the noise measurement will be described. Figure 3 shows a frequency of 2GH
The optimum source impedance measured at z is shown on a Smith chart. Here, the emitter
The emitter-collector voltage that does not affect the base junction capacitance is fixed at V CE = 2 V, and is 1.25 V to 1.34 V
Up to several base-emitter voltages V BE .

【0031】次に、直流測定の結果を示す。図4は試料
1のコレクタ電流IC 及びベース電流IB のベース・
エミッタ電圧VBE依存性(ガンメルプロット)を示す図
である。測定は雑音測定の時と同様に、エミッタ・コレ
クタ電圧VCEは2Vで固定して行なった。これにより直
流電流利得β0 及びn値を評価した。今回測定したベ
ース・エミッタ間電圧VBEの範囲ではIC は線形な領
域にあり、式(11)に基いて評価したところ、n値は
両試料とも1.1であった。これより各バイアス値にお
いて、式(8)からエミッタ微分抵抗re を求めた。
Next, the results of the DC measurement will be described. Figure 4 is the base-collector current I C and base current I B of the sample 1
FIG. 7 is a diagram showing the dependence of the emitter voltage V BE (Gummel plot). The measurement was performed with the emitter-collector voltage V CE fixed at 2 V as in the case of the noise measurement. Thus, the DC current gain β 0 and the n value were evaluated. In the range of the base-emitter voltage V BE measured this time, I C was in a linear region, and the value of n was 1.1 in both samples when evaluated based on equation (11). In this from the bias value to determine the emitter differential resistance r e from the equation (8).

【0032】また、直流電流利得β0 は求めるバイア
ス下において式(11)に基いて求めた。例えば、β0
の値はVBE=1.30Vにおいて、試料1で91(IC
=2.1mA)、試料2で100(IC =1.4m
A)であった。
Further, the DC current gain β 0 was obtained based on the equation (11) under the required bias. For example, β 0
In the value V BE = 1.30 V, the sample 1 91 (I C
= 2.1 mA), the sample 2 100 (I C = 1.4m
A).

【0033】以上で求めた最適ソースインピーダンスの
虚数部、直流電流利得、エミッタ微分抵抗の値をもとに
式(9b)を用いてエミッタ・ベース接合容量を求め
た。図5は順方向ベース・エミッタ間電圧VBEに対し
て、本方法により求めたエミッタ・ベース接合容量値を
試料1及び2に関してプロットした図である。試料1と
2とのエピ構造は同じであり、試料1は試料2の1.5
倍のエミッタ面積を有する。このため、同じベースエミ
ッタ間電圧VBEに対するエミッタ・ベース接合容量は試
料1は試料2の1.5倍になるはずである。図5の結果
はこの関係をよく再現している。
Based on the imaginary part of the optimum source impedance, the DC current gain, and the emitter differential resistance obtained above, the emitter-base junction capacitance was obtained by using equation (9b). FIG. 5 is a diagram in which the emitter-base junction capacitance value obtained by the present method is plotted with respect to the samples 1 and 2 with respect to the forward base-emitter voltage V BE . Samples 1 and 2 have the same epi structure, and Sample 1 is 1.5 times smaller than Sample 2.
It has twice the emitter area. For this reason, the emitter-base junction capacitance for the same base-emitter voltage V BE should be 1.5 times that of sample 1 than that of sample 2. The result of FIG. 5 well reproduces this relationship.

【0034】また、図5の結果は従来方法のエミッタ・
ベースダイオードを作製して評価したエミッタ・ベース
接合容量値とほぼ一致する値であり、精度上問題はな
い。バイポーラトランジスタのエミッタ・ベース接合容
量の値は、通常100fFのオーダーであり非常に小さ
いので、従来法にいる容量測定では、容量値が1pFの
オーダーとなるような大きい面積のダイオードを設計、
作製しなければならなかった。このためウエハ上に大き
な面積を占有することになる。
The results of FIG.
It is a value that substantially matches the emitter-base junction capacitance value evaluated by fabricating the base diode, and there is no problem in accuracy. Since the value of the emitter-base junction capacitance of a bipolar transistor is usually very small, on the order of 100 fF, a diode having a large area such that the capacitance value is on the order of 1 pF is designed in the conventional capacitance measurement.
Had to be made. For this reason, a large area is occupied on the wafer.

【0035】しかし、本方法ではウエハ上に容量評価用
のダイオードが大きな面積を占有することがないので、
生産性向上に有利である。例えば、従来は容量評価用の
ダイオードがウエハ上の各ショットに約5%の面積を占
有していたが、本評価法を用いることによりこの部分に
もバイポーラトランジスタを作製することができるよう
になり、ウエハ上の使用率を約5%向上できた。また、
容量評価用のダイオードの設計、作製の手間が省け、バ
イポーラトランジスタの作製及び評価の時間短縮につな
がる。
However, in this method, since the diode for capacity evaluation does not occupy a large area on the wafer,
This is advantageous for improving productivity. For example, in the past, a diode for capacity evaluation occupied about 5% of the area of each shot on the wafer, but by using this evaluation method, a bipolar transistor can be manufactured in this area as well. Thus, the usage rate on the wafer could be improved by about 5%. Also,
This eliminates the need for designing and fabricating a diode for capacity evaluation, leading to a reduction in the time required for fabricating and evaluating a bipolar transistor.

【0036】上記では、GaAs系ヘテロ接合バイポー
ラトランジスタに関して、本発明のエミッタ・ベース接
合容量評価方法の実施例を述べたが、もちろん、Siバ
イポーラトランジスタやInP系ヘテロ接合バイポーラ
トランジスタに関して本発明のエミッタ・ベース接合容
量評価方法を実施してもかまわない。
In the above, the embodiment of the method for evaluating the emitter-base junction capacitance of the present invention has been described with respect to a GaAs heterojunction bipolar transistor. Of course, the emitter and base junction capacitance of the present invention is also applicable to a Si bipolar transistor and an InP heterojunction bipolar transistor. The method for evaluating the base junction capacitance may be performed.

【0037】図6は本発明にかかわるバイポーラトラン
ジスタのエミッタ・ベース接合容量評価方法を実施する
機器構成を示したものである。この評価装置は、被測定
デバイス9、可変ソースインピーダンス(チュウナ)1
0、雑音源11、雑音メータ12、直流電源13、スイ
ッチ14、制御装置15、計算機16、及びディスプレ
イ17から成る。測定系は可変ソースインピーダンス1
0、雑音源11、雑音メータ12からなる雑音測定用の
ライン及び直流測定用の2本のラインから成り、スイッ
チ14により切り替える。
FIG. 6 shows a device configuration for implementing the method for evaluating the emitter-base junction capacitance of a bipolar transistor according to the present invention. This evaluation device includes a device under test 9, a variable source impedance (tuner) 1
0, a noise source 11, a noise meter 12, a DC power supply 13, a switch 14, a control device 15, a computer 16, and a display 17. Measurement system is variable source impedance 1
0, a noise measurement line including a noise source 11 and a noise meter 12, and two lines for DC measurement.

【0038】以下に説明する一連の操作は、制御装置1
5が制御して自動化された形で行う。まず、バイポーラ
トランジスタの遮断周波数の1/5以下の高周波帯の周
波数において、被測定デバイス9のバイポーラトランジ
スタの雑音測定を行なう。雑音測定のフローチャートを
図7に示す。直流電源13からベース・エミッタ間、コ
レクタ・ベース間にバイアスを加える(ステップS
4)。そして、可変ソースインピーダンス10を調節し
てソースインピーダンスの値ZS を変えて、4点以上
のソースインピーダンスの値に対する雑音指数Fを測定
する(ステップS5)。
A series of operations described below are performed by the controller 1
5 in a controlled and automated manner. First, the noise of the bipolar transistor of the device under test 9 is measured at a frequency in a high frequency band equal to or less than 1/5 of the cutoff frequency of the bipolar transistor. FIG. 7 shows a flowchart of the noise measurement. A bias is applied from the DC power supply 13 between the base and the emitter and between the collector and the base (step S
4). Then, the variable source impedance 10 is adjusted to change the source impedance value Z S, and the noise figure F for four or more source impedance values is measured (step S5).

【0039】測定データは計算機15へ送られ、ここで
雑音指数FをソースインピーダンスZS の関数として
表した式(10)を利用してフィッティングを行ない、
雑音の最適ソースインピーダンスを導出する(ステップ
S6)。これを、エミッタ・ベース接合容量を求めたい
ベースエミッタ間電圧の範囲に対して繰り返す。この
際、コレクタ・ベース間電圧はエミッタ・ベース接合容
量に影響しないので、一定値に固定しておいてよい。
The measurement data is sent to the computer 15, where fitting is performed by using the equation (10) expressing the noise figure F as a function of the source impedance Z S ,
The optimum source impedance of the noise is derived (step S6). This is repeated for the range of the base-emitter voltage for which the emitter-base junction capacitance is to be obtained. At this time, since the collector-base voltage does not affect the emitter-base junction capacitance, it may be fixed at a constant value.

【0040】次に、直流測定用のラインに切り替えて、
直流電源13からのベース・エミッタ間電圧を変えつつ
被測定デバイス9のバイポーラトランジスタのコレクタ
電流とベース電流を測定する。測定データは計算機16
へ送られ、式(11)及び(12)に基いて直流電流利
得β0 とn値とが計算され、さらに式(8)に基いて
n値よりエミッタ微分抵抗re が計算される。なお、
雑音測定と直流測定はどちらを先に行なってもかまわな
い。
Next, switching to a line for DC measurement,
The collector current and the base current of the bipolar transistor of the device under test 9 are measured while changing the base-emitter voltage from the DC power supply 13. The measurement data is calculated by computer 16
Is sent to the formula (11) and the 0 and n value DC current gain β on the basis of (12) is calculated, further emitter differential resistance r e of n values based on the equation (8) is calculated. In addition,
Either the noise measurement or the DC measurement may be performed first.

【0041】計算機16において、以上導出された最適
ソースインピーダンスの虚数部、直流電流利得及びエミ
ッタ微分抵抗を用いて式(9b)に基いて計算が行なわ
れ、エミッタ・ベース接合容量が決められる。この解析
結果の表示などは計算機16に接続されたディスプレイ
17に出力される。
In the computer 16, a calculation is performed based on the equation (9b) using the imaginary part of the optimum source impedance, the DC current gain and the emitter differential resistance derived as described above, and the emitter-base junction capacitance is determined. The display of the analysis result is output to a display 17 connected to the computer 16.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
雑音測定及び直流測定を行ない、式(9b)に基く計算
を行うだけで、バイポ−ラトランジスタの高速性を決定
する重要なデバイスパラメータであるエミッタ・ベース
接合容量を簡便かつ精度良く評価することができるとい
う効果がある。本発明の方法では、従来のバイポ−ラト
ランジスタのエミッタ・ベース接合容量評価方法のよう
に、ウエハ上に容量評価用の面積が大きなダイオードが
大きな面積を占有することがないので、バイポ−ラトラ
ンジスタの大量生産に有利であり、約5%以上の生産性
向上が見込まれる。また、容量評価用のダイオードの設
計、作製の手間が省け、バイポーラトランジスタの作製
及び評価の時間短縮につながる。
As described above, according to the present invention,
By simply performing noise measurement and DC measurement and performing calculations based on equation (9b), it is possible to easily and accurately evaluate the emitter-base junction capacitance, which is an important device parameter that determines the high speed of a bipolar transistor. There is an effect that can be. In the method of the present invention, a diode having a large area for capacity evaluation does not occupy a large area on a wafer unlike the conventional method for evaluating the emitter-base junction capacity of a bipolar transistor. Is expected to be mass-produced, and productivity improvement of about 5% or more is expected. In addition, the trouble of designing and manufacturing a diode for capacity evaluation can be omitted, which leads to a reduction in time for manufacturing and evaluating a bipolar transistor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明によるエミッタ・ベース接合容量評価方
法のフローチャートである。
FIG. 1 is a flowchart of an emitter-base junction capacitance evaluation method according to the present invention.

【図2】本発明の実施に用いたヘテロ接合バイポーラト
ランジスタの構造断面図である。
FIG. 2 is a structural sectional view of a heterojunction bipolar transistor used in the embodiment of the present invention.

【図3】試料1及び2の最適ソースインピーダンスの測
定結果を示したスミスチャートである。
FIG. 3 is a Smith chart showing measurement results of optimal source impedances of samples 1 and 2.

【図4】試料1のコレクタ電流及びベース電流のベース
・エミッタ電圧依存性を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the dependence of the collector current and the base current of Sample 1 on the base-emitter voltage.

【図5】本発明による試料1及び2のエミッタ・ベース
接合容量評価の結果を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the results of evaluation of the emitter-base junction capacitance of samples 1 and 2 according to the present invention.

【図6】本発明に係るバイポーラトランジスタのエミッ
タ・ベース接合容量評価装置の一実施例を説明するため
の機器構成図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating the configuration of an apparatus for evaluating an emitter-base junction capacitance of a bipolar transistor according to an embodiment of the present invention.

【図7】雑音測定の方法を示すフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart illustrating a method of noise measurement.

【図8】従来の方法によるエミッタ・ベース接合容量評
価方法のフローチャートである。
FIG. 8 is a flowchart of an emitter-base junction capacitance evaluation method according to a conventional method.

【図9】従来の方法によるエミッタ・ベース接合容量評
価で使用される容量評価用のエミッタ・ベース間ダイオ
ードの断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view of an emitter-base diode for capacitance evaluation used in an emitter-base junction capacitance evaluation according to a conventional method.

【図10】エミッタ・ベース間ダイオードの容量測定
(C−V測定)の結果を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a result of capacitance measurement (CV measurement) of an emitter-base diode.

【図11】雑音源を含むバイポーラトランジスタの等価
回路を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing an equivalent circuit of a bipolar transistor including a noise source.

【図12】バイポーラトランジスタの直流測定(ガンメ
ルプロット)からn値を求める方法を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a method for obtaining an n value from a DC measurement (Gummel plot) of a bipolar transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半絶縁性基板 2 コレクタコンタクト層 3 コレクタ層 4 ベース層 5 エミッタ層 6 エミッタコンタクト層 7b ベース電極 7c コレクタ電極 7e エミッタ電極 8 外部ベース選択成長層 9 被測定デバイス 10 可変ソースインピーダンス 11 雑音源 12 雑音メータ 13 直流電源 14 スイッチ 15 制御装置 16 計算機 17 ディスプレイ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semi-insulating substrate 2 Collector contact layer 3 Collector layer 4 Base layer 5 Emitter layer 6 Emitter contact layer 7b Base electrode 7c Collector electrode 7e Emitter electrode 8 External base selective growth layer 9 Device under test 10 Variable source impedance 11 Noise source 12 Noise Meter 13 DC power supply 14 Switch 15 Control device 16 Computer 17 Display

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 バイポーラトランジスタの直流電流利得
β0 、エミッタ微分抵抗re 及び周波数fにおける高
周波雑音の最適ソースインピーダンスの虚数部X0PT
を測定するステップと、これ等測定値を用いてエミッタ
・ベース接合容量CBEを算出評価するステップとを含む
ことを特徴とするバイポーラトランジスタの評価方法。
1. A DC current gain beta 0 of the bipolar transistor, the imaginary part of the optimal source impedance of the high frequency noise in the emitter differential resistance r e and frequency f X 0pt
And a step of calculating and evaluating the emitter-base junction capacitance C BE using these measured values.
【請求項2】 前記エミッタ・ベース接合容量の算出式
は、 【数1】 であることを特徴とする請求項1記載のバイポーラトラ
ンジスタの評価方法。
2. The formula for calculating the emitter-base junction capacitance is: 2. The method for evaluating a bipolar transistor according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記雑音の最適ソースインピーダンスの
虚数部X0PT をバイポーラトランジスタの遮断周波数
の1/5以下の周波数で求めることを特徴とする請求項
1または2記載のバイポーラトランジスタの評価方法。
3. The method for evaluating a bipolar transistor according to claim 1, wherein the imaginary part X 0PT of the optimum source impedance of the noise is obtained at a frequency equal to or less than 5 of a cutoff frequency of the bipolar transistor.
【請求項4】 バイポーラトランジスタの直流電流利得
β0 、エミッタ微分抵抗re 及び周波数fにおける高
周波雑音の最適ソースインピーダンスの虚数部X0PT
を測定する手段と、これ等測定値を用いてエミッタ・ベ
ース接合容量CBEを算出評価する手段とを含むことを特
徴とするバイポーラトランジスタの評価装置。
4. A DC current gain beta 0 of the bipolar transistor, the imaginary part of the optimal source impedance of the high frequency noise in the emitter differential resistance r e and frequency f X 0pt
And a means for calculating and evaluating the emitter-base junction capacitance C BE using these measured values.
【請求項5】 前記エミッタ・ベース接合容量の算出式
は、 【数2】 であることを特徴とする請求項4記載のバイポーラトラ
ンジスタの評価装置。
5. The formula for calculating the emitter-base junction capacitance is: The evaluation device for a bipolar transistor according to claim 4, wherein:
【請求項6】 前記雑音の最適ソースインピーダンスの
虚数部X0PT をバイポーラトランジスタの遮断周波数
の1/5以下の周波数で求めることを特徴とする請求項
4または5記載のバイポーラトランジスタの評価装置。
6. The evaluation device for a bipolar transistor according to claim 4, wherein the imaginary part X 0PT of the optimum source impedance of the noise is obtained at a frequency equal to or less than 5 of a cutoff frequency of the bipolar transistor.
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