A Survey of Present Compact Models for High-Speed Bipolar Transistors

Abstract

The design and optimization of (very-)high-speed integrated bipolar circuits requires accurate and physical transistor models. Since the obsolete but commonly used SPICE-Gummel/Poon model is often no longer suited for this task recently several improved models were proposed. In this paper the basic concepts of the most important new models are discussed with respect to their physical background and are compared in a uniform manner. Furthermore, an overview on the different approaches for modelling of the internal base resistance as well as of the external transistor region is given. The new models are proven to be well-suited for describing the static characteristics; however, except for one model, they let expect significant inaccuracies for high-speed applications at the higher current densities required there.Übersicht: Der Entwurf und die Optimierung (sehr) schneller integrierter Bipolarschaltungen erfordert genaue und physikalische Transistormodelle. Da das veraltete, aber üblicherweise verwendete, SPICE-Gummel/Poon-Modell hierzu häufig nicht mehr geeignet ist, wurden in letzter Zeit eine Reihe verbesserter Modelle vorgeschlagen. In dieser Arbeit werden die Grundkonzepte der wichtigsten neuen Modelle von ihrem physikalischen Hintergrund her vorgestellt und auf einheitliche Weise miteinander verglichen. Weiterhin wird eine Übersicht über die unterschiedlichen Ansätze zur Modellierung des inneren Basisbahnwiderstandes sowie des äußeren Transistorbereiches gegeben. Die Ergebnisse zeigen, daß sich die neuen Modelle zwar gut zur Beschreibung des statischen Verhaltens eignen, aber -bis auf eines -für Hochgeschwindigkeits-Anwendungen Ungenauigkeiten bei den dort erforderlichen höheren Stromdichten erwarten lassen.