بخشی از مقاله
چکیده:
ترانزیستورهای نوری دوقطبی ناهمگون کاربردهای گسترده ای در مدارهای مجتمع الکترونیک نوری به عنوان سوئیچ های نوری یا پیش تقویت کننده ها دارند. در این تحقیق شبیه سازی و تحلیل عملکرد یک ترانزیستور دوقطبی ناهمگون که به صورت آشکار ساز نوری سه پایه کاربرد دارد ارائه می گردد. ساختار AlGaAs/GaAs HBT شبیه سازی و با اعمال دوپینگ زیاد به امیتر و دوپینگ کم به بیس رفتار ترانزیستور بررسی می گردد.
مقدمه:
ترکیب عناصر گروه سوم و پنجم جدول تناوبی در حال حاضر به شکل گسترده ای برای کاربردهای امواج ریز موج بکار می روند. به دلیل بازار نوظهور دستگاههای بی سیم، محصولات با رشد شدید بازار، ظهور یافته اند.
ترانزیستورهای نوری دوقطبی ناهمگون از مهمترین تولیدات در زمینه ترانزیستورهای نیمه هادی عناصر گروه سوم و پنجم می باشند در ساختار این افزاره ها از اتصالات ناهمگون استفاده شده است. اتصالات ناهمگون هنگامی که دو ماده نامتشابه با استفاده از یکی از روش های رشد مواد به یکدیگر متصل می گردند، اتصالات ناهمگون شکل می گیرد. هر گونه ترکیب دلخواه از نیمه هادی و عایق ها، با استفاده از هر تکنیک رشد نمی تواند منجر به مرز اتصال مفید برای افزاره گردد.
ترکیبات خاصی مانند SiO2/Si با بسیاری از نیمه هادی هائی که دارای شبکه های کریستالی همسانی هستند، باعث ایجاد سطوح مشترک با چگالی حالت های پایین در نتیجه پراش متناظر پائین می گردد، این خواص انتقال عمودی بر یا موازی با سطح مشترک است که ما را از مزایای این افزاره بهره مند می کند. پیوندهای ناهمگون سومین رده مهم از پیوند ها شامل پیوند بین نیم رسانای با شبکه تطبیق یافته ولی با شکاف نوار متفاوت است.
مرز مشترک بین اینگونه نیم رساناها عاری از نقایص بلوری بوده و می تواند بلورهای پیوسته ای شامل یک یا چند پیوند ناهمگون بوجود آورد. قابلیت دسترسی به پیوندهای ناهمگون و ساختارهای چند لایه در نیم رساناهای مرکب، افق وسیعی از امکان گسترش قطعات الکترونیک را در پیش رو قرار داده است. در پیوندهای ناهمگون ترازهای فرعی دو نیم رسانا را هم سطح می کنند و یک فضای خالی برای ناحیه گذر در نظر می گیرند، پیوندگاه در نزدیکی طرف با ناخالصی شدیدتر قرار داده می شود. با ثابت نگه داشتن شکاف نواری در هر ماده نواحی نوار هدایت و ظرفیت بهم متصل می شود.
شبیه سازی ساختار :HBT
در این مقاله ابتدا با نرم افزار سیلواکو ساختار ترانزیستور دوقطبی ناهمگون طراحی شده است، لایه امیتر از جنس AlGaAs و جنس لایه بیس و کلکتور از GaAs می باشد. و مقدار 9% برابر 0/9 ولت و 9& برابر 2 ولت اعمال می شود.
شکل - 1 - ساختار HBT
شکل - 2 - جریان کلکتور و جریان بیس برحسب ولتاژ بیس
با توجه به نمودار شکل - 2 - بتا ترانزیستور در ولتاز 0/7 ولت به 200 رسیده و در ولتاژ های بالاتر رو به کاهش می باشد. در مرحله ی بعدی به بررسی مشخصه های فرکانسی این ساختار می پردازیم. پارامترهای پراکندگی یا پارامترهای S رفتار الکتریکی شبکههای الکتریکی خطی را در شرایط مانا توصیف میکنند.
این پارامترها در الکترونیک در طراحی سامانه های مخابراتی و به خصوص در مهندسی مایکرو ویو کاربرد دارند، علاوه بر پارامتر های S، پارامترهای مشابه دیگری نیز برای توصیف این شبکهها وجود دارند، مانند پارامتر هایY، پارامتر های Z، پارامتر های H، پارامتر های T و پارامتر های ABCD تفاوت پارامتر های S با بقیه این است که این پارامتر به جای استفاده از شرایط مدار باز اتصال کوتاه برای تعیین ویژگیهای مدار، از بارهای تطبیقشده استفاده میکنند. این نوع پایان دادن خط، در بسامدهای بالا بسیار راحتتر از مدار باز یا اتصال کوتاه است.
پارامترهای S با مفاهیمموجِ رسیده، بازتاب شده و گسیل شده در ارتباط هستند که در بسامدهای بالا هم به راحتی قابل اندازهگیری میباشند. این پارامترها توان را اندازه میگیرند با وجود اینکه پارامترهای پراکندگی در هر بسامدی قابل استفاده هستند، بیشتر در فرکانسهای رادیویی - RF - و ریزموج که در آنها کار با توان و انرژی امواج، بسیار سادهتر از ولتاژ و جریان است کاربرد دارند.
ویژگیهای زیادی از شبکه ها مانند بهره، تلفات بازگشت، نسبت موج ایستان ولتاژ - VSWR - ، ضریب بازتاب و پایداری تقویتکنندهها، برحسب پارامترهای S قابل بیان است.که بهره را با 621 و تلفات خروجی را با 622 و میزان بازگشت سیگنال خروجی به ورودی را با 612و 611 مقدار این پارامتر که نشان دهنده ی تلفات ورودی در فرکانس های بالا می باشد. این پارامترها به صورت یک ماتریس ازاعدادِ - در حالت کلی - مختلط قابل نمایش هستند.
شکل - 3 - مدل مداری پارامتر های S
