I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute r  E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   9 ,   No .   5 ,  Octo b e r   2 0 1 9 ,   p p .   3 4 3 2 ~3 4 4 0   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 ,  DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v9 i 5 . p p 3 4 3 2 - 3440          3432       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ia e s co r e . co m/ jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JE C E   H o w  does  t echno lo g ica l para m eter s  i m pa ct  the  s t a tic  current   g a in of InP - ba sed  s ing le  h et erojunc tion  b ipo la r  t ra ns isto r?       J iha ne  O uchrif ,  Abden na ce ur  B a g hd a d ,  Aicha   Sa hel,  Abdel m a j id B a dri ,   Abdel ha k i m   B a llo u k   De p a rt m e n t  o f   El e c tri c a l  En g in e e rin g ,   EE A & T I  L a b o ra to ry ,   F a c u lt y   o f   S c ien c e s a n d   T e c h n iq u e s o f   M o h a m m e d ia,   Ha ss a n   II  Un iv e rsit y   o f   Ca s a b lan c a ,   M o ro c c o       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Sep   17 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   A p r   6 ,   2 0 1 9   A cc ep ted   A p r   13 ,   2 0 1 9       In   tele c o m m u n ica ti o n   s y ste m s,  He tero ju n c ti o n   Bip o lar  T ra n sisto rs  (HB T s)   a re   u se d   e x ten siv e l y   d u e   to   th e ir  g o o d   e lec tri c a l  c h a ra c teristics .   T h e   w o rk   p re se n ted   in   th is  p a p e r  a im s  to   e n h a n c e   th e   e lec tri c a l  p e rf o rm a n c e   o f   th e   In P   /  In G a A s  S in g le  He tero ju n c ti o n   Bip o lar  T ra n sisto r   (S HBT )  in   term s  o f   th e   sta ti c   c u rre n t  g a in   β.  S il v a c o ’s  TCA D   to o ls  w e r e   u se d   f o r  th e   si m u latio n   o f   th e   o u tp u t  c h a ra c teristics   o f   th e   stu d ied   e lec tro n ic  d e v ice .  In it iall y ,   w e   u se d   th e   in tera c ti v e   to o l  De c k b u il d   t o   d e f in e   th e   sim u latio n   p ro g ra m   a n d   th e   d e v ice   e d it o r  De v Ed it   to   d e sig n   th e   d e v ice   stru c tu re ,   a n d   w e   a lso   u se d   t h e   sim u lato r  A tl a s  w h ich   a ll o w s  th e   p re d ictio n   o f   th e   e lec tri c a l  c h a ra c teristics   o f   m o st  se m ico n d u c t o r  d e v ice s.  Be c a u se   o f   se v e ra l  p h e n o m e n a   o c c u r in g   w it h in   th e   e lec tro n ic  d e v ice   S HBT ,   we   a d d e d   so m e   p h y sic a l  m o d e ls  in c l u d e d   i n   t h e   sim u lato r  su c h   a s  S RH,  BB T . S TD .  Af ter wa rd s,  w e   in v e stig a ted   th e   in f lu e n c e   o f   d o p i n g   c o n c e n trat io n s   o f   th e   b a se   a n d   t h e   c o ll e c to r  N b   an d   N c   o n   th e   e lec tri c a l  p e r f o r m a n c e   o f   th e   In P / In G a A s   S HBT ,   a n d   p a rti c u larly   i n   term s   o f  th e   sta t ic  c u rre n t  g a in   β.  F in a ll y ,   b a se d   o n   o p ti m a l  v a lu e s   o f  th e   se le c ted   p a ra m e ters ,   w e   h a v e   d e f in e d   a n   o p ti m ize d   d e v ice   th a t  h a s  a   h ig h e st  c u rre n t  g a in   β.   K ey w o r d s :   A tla s   B B T . S T D   Dec k b u ild   Dev E d it   I n P /I n Ga A s   SHB T   SR H   Static c u r r en t g ai n   T C A D   T elec o m m u n icatio n   Co p y rig h t  ©   2 0 1 9   In stit u te o f  A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e .    Al l  rig h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   J ih an e  O u ch r i f ,     Dep ar t m en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g ,   E E A& T I   L ab o r ato r y ,   Hass a n   I I   Un iv er s i t y   o f   C asab la n ca ,   FS T   Mo h a m m ed ia,   P O  B o x   1 4 6   Mo h a m m ed ia  2 0 6 5 0 ,   Mo r o cc o .   E m ail: o u c h r i f . j ih an e1 @ g m ail . co m       1.   I NT RO D UCT I O N     No w ad a y s ,   u l tr a - f ast  a n d   lo w - n o i s e  s e m ico n d u cto r   d ev ices   ar e  b ein g   m o r e  a n d   m o r e  r eq u ested   f o r   co m m u n icatio n   an d   i n f o r m at io n   s y s te m s .     A   s e m ico n d u c to r ,   as   s ilico n ,   i s   a  m ater ial   th at  i s   n e ith er   a   co n d u cto r   o f   elec tr icit y ,   n o r   a n   i n s u lato r .   I t  ca n   b e  eit h er   o n e  o r   t h e  o th er   ac co r d in g   to   v ar io u s   co n d itio n s .   I t  h as  al m o s t  an   e m p t y   co n d u ctio n   b an d   an d   al m o s t  a  f ill ed   v alen ce   b an d   w i th   a  v er y   n ar r o w   en er g y   g ap     s ep ar atin g   t h e m .   Se m ico n d u cto r   is   p r in cip all y   class if ied   in to   t w o   ca te g o r ies   :  in tr i n s ic  an d   ex tr i n s ic.   An   i n tr i n s ic   s e m ico n d u cto r   is   m ad e  o f   th e   s e m ico n d u cto r   m ater ial  in   its   ex tr e m el y   p u r e  f o r m ,   an d   th e  n u m b e r   o f   co n d u ct io n   elec tr o n s   i s   eq u al  to   t h e  n u m b er   o f   h o les.  I t  h a s   a  p o o r   co n d u cti v it y .   An   ex tr in s ic   s e m ico n d u cto r   is   d e f i n ed   as  an   i m p r o v ed   i n tr i n s ic  s e m ico n d u cto r   to   w h o m   w a s   ad d ed   a  s m al l  a m o u n t  o f   i m p u r it ies  b y   a  p r o ce s s   ca l led   d o p in g ,   w h ic h   c h an g es   its   ele ctr ical  b eh av io r .   T h e  d o p in g   h elp s   to   i m p r o v e  t h e   co n d u cti v it y   o f   th e   s e m ico n d u cto r .     E x tr i n s ic  s e m ico n d u ct o r s   ar e  d iv id ed   in to   t w o   t y p e s ,   N - t y p e  o r   P - t y p e,   an d   th i s   is   d u e  to   th e  d o p in g   a g en t s   u s ed   [ 1 ] .   III - V  s e m ico n d u c to r   m ater ial s   ar e  d is ti n g u i s h ed   b y   t h eir   elec tr o n ic  tr an s p o r t  p r o p er tie s ,   b ec au s e   th e y   d is p la y   a  d ir ec t  b an d   g ap   an d   a  h ig h   elec tr o n ic  m o b ilit y .   T h ey   h av e  e x ce lle n t  s p ee d   ch ar ac ter is tic s ,   an d   th e y   ar e  i n cr ea s i n g l y   u s ed   f o r   th e   m a n u f ac tu r i n g   o f   elec tr o n ic  d ev ice s ,   t h e y   allo w   t h e  o p er atio n   o f   t h ese   d ev ices a t v er y   h i g h   f r eq u e n ci es [ 2 ].   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Ho w   d o es tec h n o lo g ic a l p a r a mete r s   imp a ct  th e  s ta tic  cu r r e n t g a in   o f I n P - b a s ed   s in g le  ....   ( Jih a n e  Ou ch r if)   3433   T h e  tr an s i s to r s   ar e  co n s id e r ed   as  p r o m is i n g   elec tr o n ic   d ev ices   f o r   co m m u n icatio n   s y s te m s   co n tain i n g   h ig h   d ata  r ate.   T h e y   ar e  u s ed   f o r   s o m e  ap p lica tio n s   t h at   n ee d   h i g h   g ai n   [ 3 ] .   A s   o p p o s ed   to   a  h o m o j u n ct io n ,   a  h eter o j u n cti o n   is   a   j u n ctio n   t h at  h ap p en s   b et w ee n   t w o   d i f f er en t  s e m ic o n d u c to r   m ater ial s   h av i n g   d if f er e n t  g ap s .   I n   1 9 5 1 ,   W illi a m   S h o k le y   p r o p o s ed   th e  h e ter o j u n ctio n ,   a n d   as  r ep o r ted   else w h er e  [ 4 ]   th e  m ai n   g o al  o f   u s i n g   t h e  h eter o j u n ctio n   is   to   i m p r o v e  s e m ico n d u cto r   p er f o r m a n ce s ,   b ec au s e  it  g i v es    an   ad d itio n al  d eg r ee   o f   f r ee d o m   t o   d ev ices in   co m p ar is o n   to   th e   h o m o j u n ctio n   [ 5 ] .   Hete r o j u n ctio n   b ip o lar   tr an s is to r s   ( HB T s )   b ased   o n     I I I - V  s e m ico n d u cto r   m ater ial s   ar e  in ter esti n g   f o r   p o w er   an d     h ig h   f r eq u e n c y   ap p licatio n s   [ 4 ,   5 ] .   T h e  u s e   o f   w id e  b an d g ap   e m itter s   is   th e  m ain   r aiso n   o f   HB T s   p er f o r m a n ce s .   B ec au s e,   in   th e  ca s e  w h er e  th e  e m itter   b an d g ap   is   lar g er   th an   th at  i n   th e  b ase  lay er   f o r   an   n - p - n   HB T ,     a  b a r r ier   is   cr e ated   to   th e  f o r w ar d   i n j ec tio n   o f   elec tr o n s   b y   th e  b a n d g ap   d is co n tin u it y ,   an d   as a   r esu lt a   h ig h er   tu r n - o n   v o lta g e   is   o b t ain ed   f o r   th e  e m itter - b a s e  d io d e  [ 6 ] .     R ec en t l y ,   I n P - I n Ga A s   HB T s   h av e   b ec o m e  o u ts ta n d i n g   d ev ices   c h ar ac ter ized   b y   h ig h   s p ee d   p er f o r m a n ce ,   s u p er io r   f r eq u e n c y   p er f o r m an ce   [ 7 ,   8 ]   an d   ex ce llen t  cu r r en t  h a n d lin g   ca p ab ilit y   [ 9 ] .   I t  is   p r in cip all y   b ec a u s e  o f   t h e  s m all  b an d g ap   w id t h   o f   t h e  m at er ial  I n Ga As  u s ed   i n   t h e  b ase   la y er   t h at  h a s   h ig h   elec tr o n   m o b ilit y ,   w h ic h   r es u lt s   f r o m   v er y   s h o r t tr an s it ti m es  f o r   th e  elec tr o n s   cr o s s in g   t h r o u g h   t h e  b ase  [ 1 0 ] .   T h e  elec tr ical  p er f o r m an ce s   o f   b ip o lar   tr an s is to r s   w er e  e x ten s i v el y   s t u d ied   an d   ch ar ac ter ized   b y   f i g u r es  o f   m er it,  a m o n g   t h e m   w e  cite  th e  s tatic  c u r r en t  g ai n   β,  t h e  m ax i m u m   f r eq u e n c y   o f   o s cillatio n   f m ax ,  th e  cu t - o f f   f r eq u e n c y   f T ,   o r   b y   E m itter   C o u p led   L o g ic   ( E C L )   g ate  d ela y .   Ho w e v er ,   th e  c h o ic e  o f   th e  f i g u r e  o f   m er it  d ep en d s   o n   th e  ap p licati o n   to   w h ic h   t h e  tr an s is to r   is   in ten d ed   [ 1 1 ] .   T h is   p r esen t  p ap er   ai m s   to   s tu d y   th e   i m p ac t  o f   t w o   s elec ted   tech n o lo g ical  p ar a m eter s   o f   th e  S HB T   o n   its   elec tr ical  p er f o r m an ce ,   m o r e  p r ec is el y   o n   th e  s ta tic  cu r r en t g ai n   β   i n   o r d er   to   im p r o v e   it.  T h e  t w o   s elec ted   p ar am eter s   ar e   : t h e  d o p in g   co n ce n tr atio n s   o f   th e  b ase  an d   co llecto r   la y er s ,   N b   an d   N c .   T h e  s tu d ied   elec tr o n ic  d ev ice  SHB T   is   co m p o s ed   o f   I I I - V  s e m ico n d u cto r   m ater ial s ,   an   I n d iu m   P h o s p h id e  ( I n P )   b in ar y   allo y   an d   an   I n d iu m   Gal liu m   A r s en id e   ( I n Ga As )   ter n ar y   allo y .   C o n ce r n i n g   th e   m ater ial  g r o w t h   a n d   f ab r icati o n   o f   t h e  I n P /I n Ga As  SHB T ,   th e  Me tal  Or g a n ic  C h e m ical   Vap o r   Dep o s itio n   ( MO C VD)   w a s   u s ed   in   th e   p ast  f o r   t h e  g r o w th   o f   t h e  ep it ax ial  la y er s   o f   t h e  SHB T .   Ho w e v er ,   Mo lecu lar   B ea m   E p itax y   ( MB E )   tech n i q u e  is   r elat iv el y   r ec e n t  i n   co m p ar i s o n   to   MO C VD .   T h e  MB E   m ater ials   ar e  g r o w n   at   a  m u ch   lo w er   te m p er atu r e  ~ 450  ° C ,   b u t  MO C V D  m ater ials   at  ~ 750  ° C   w h ic h   h a v e  a n   i m p ac t o n   t h e   d ev ice  p er f o r m an ce s   [ 1 2 ] .     T h e  Mo lecu lar   J et  E p itax y   ( MB E )   tech n iq u e  is   u s ed   f o r   th e  g r o w t h   o f   th e  ep ita x ial  la y er s   o f   t h e   SHB T   o n   Fe - d o p ed   s em i - i n s u latin g   ( 1 0 0 )   I n P   s u b s tr ates  [ 13 ].   A cc o r d in g   to   liter atu r e ,   th e  g r o w t h   is   ca r r ied   o u t  at  a  lo w   te m p er at u r e  o f   ~ 4 2 0 °C   an d   it  u s ed   s to ic h io m e tr ic  co n d itio n s   f o r   b o th   m a ter ials   t h e  P h o s p h id e   an d   t h e  A r s e n id e.   T h e  d esc r ip tio n   o f   th e   d if f er e n t  o p er atio n al  a s p ec ts   w h ic h   co n ce r n   t h e  p h o s p h o r u s   g en er atio n   f r o m   a  GaP   d ec o m p o s itio n   is   d etailed   in   t h e  p ap er s   [ 12,   13 ].       2.   T H E   P RO P O SE D  M E T H O D   2 . 1 .   T CAD  t o o ls   o f   Sil v a co   T h e    b ig   c h alle n g e  f o r   s e m ico n d u cto r   m an u f ac t u r er s   is   to   i m p r o v e   s e m ico n d u cto r   p r o ce s s in g   tech n o lo g ies  an d   d ev ices   r esp ec tin g   th e  co n s tr ai n t s   o f   ti m e  an d   co s t.  B u t  th an k s   to   T C A D  to o ls   o f   Sil v ac o ,   m an u f ac t u r er s   h a v e  a  r ed u ce d   n u m b er   o f   en g i n e er in g   w a f er s ,   th eir   ti m e  an d   m o n e y   ar e  s a v e d   [ 1 4 ] .       -   Sil v ac o   ( Sil ico n   Valle y   C o r p o r atio n )   [ 1 5 ]   is   th e  co m p a n y   t h at  p r o v id es  T C A D  to o ls   ( T ec h n o lo g y   C o m p u ter   A id ed   Desi g n )   f o r   d if f er e n t  m ar k et s   s u c h   as  p h o to n ics,  p o w er   elec tr o n ic s ,   an a lo g   an d   HSI O   d esig n ,   ad v an ce d   C M OS p r o ce s s ….       -   A tla s   [ 1 6 ,   1 7 ]   is   a  t w o   a n d   t h r ee   d i m e n s io n al   d ev ice  s i m u lato r .   I t  allo w s   u s er s   to   p r ed ict  th e   elec tr ica l   b eh av io r   o f   an y   elec tr o n ic  d e v ice  a n d   it  p r o v id es   i n s i g h t  i n to   th e  i n ter n al  p h y s ical  p h en o m en a   o cc u r r in g   w it h i n   d ev ice s .     -   Dev E d it  [ 1 8 ]   is   a  s tr u ct u r e  an d   m es h   ed ito r ,   it  ca n   b e  u s e d   to   eith er   cr ea te  a  d ev ice  f r o m   s cr atch   o r   to   r e m es h   o r   ed it  an   ex is ti n g   d ev ice.   I t  cr ea tes  s tan d ar d   s tr u ctu r es  th a t  ar e  ea s il y   i n teg r at ed   in to   Sil v ac o   s i m u lato r s   a n d   o th er   s u p p o r t to o ls .   -   A t h e n a  [ 1 9 ]   i s   a  s i m u lato r   to o l  f o r   s e m ico n d u cto r   f ab r icatio n   p r o ce s s es.  I t  p r o v id es   tech n i q u es  to   p er f o r m   ef f icien t si m u latio n   a n al y s i s   t h at  s u b s tit u te s   f o r   co s tl y   r ea l  w o r ld   ex p er i m e n tatio n .   -   Dec k b u ild   [ 2 0 ]   is   t h e  e n v ir o n m en t  w h er e  th e  s i m u latio n   p r o g r a m   i s   d ef i n ed   i n   th r o u g h   s p ec if ic  o r d er s .   Mu ltip le  s i m u lato r s   co n s id er ed   as in p u t s   ca n   b e  u s ed   w it h   D ec k b u ild   s u c h   as  A t h en a,   A tla s ,   Dev E d it .   -   T o n y P lo t  [ 1 5 ]   is   th e   en v ir o n m e n t  w h er e  t h e  s i m u la tio n   r es u lt s   ar e  d is p la y ed .   I t  g iv e s   co m p lete   p o s s ib ilit ies  f o r   v is u aliza t io n   a n d   an al y s i s   o f   t h e  o u tp u t c h ar a cter is tics .     T h e  Fig u r e  1   p r esen t s   t h e  in p u ts   an d   t h e  o u tp u t s   o f   t h e  d e v ice  s i m u la to r   Atlas.  T h e y   ar e  d if f er en t   t y p es  o f   i n p u t   an d   o u tp u t   f iles   f o r   A tla s .   T h e y   ar e  t w o   t y p es   f o r   A tla s   i n p u t  f iles   w h ich   ar e:  a  co m m a n d   f ile   th at  co n tai n s   t h e  co m m a n d s   o f   th e  s i m u lato r   d escr ib ed   in   s tate m e n ts   p a r t  u n d er   A t l as  in   th e  Fi g u r e  1 ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   5 ,  Octo b er   2 0 1 9   :   3 4 3 2   -   3 4 4 0   3434   an d   a  s tr u ct u r e  f i le  th at  d e f i n e s   th e  s tr u ct u r e  to   b e  s i m u lated .   C o n ce r n i n g   th e  o u tp u t  f ile s ,   t h e y   ar e  t h r ee   t y p es:   a  r u n ti m e  o u tp u t  w h ich   s h o ws  er r o r s   an d   w ar n i n g   m e s s a g es  d u r in g   t h e  s i m u latio n ,   a  lo g   f i le  w h ic h   s to r es   cu r r en ts   an d   v o lta g es,  a n d   th e  s o lu tio n   f ile   w h ich   s to r es  2 D  a n d   3 D  d ata  a s s o ci ated   to   v al u es   o f   th e  s o l u tio n   v ar iab les.           Fig u r e  1 .   I n p u ts   a n d   o u tp u t s   o f   A tla s   [ 1 5 ]         2 . 2 .   P ro po s ed  So lutio n f o r  t he  o pti m iza t io n o f   t he  s t a t ic  curr ent   g a in   W e  h av e  p r o p o s ed   th e  s i m u lat io n   s tep s   s h o w n   i n   t h e  Fi g u r e  2   to   im p r o v e  th e  s tatic  c u r r en t   g ain   β  o f   th e  I n P /I n Ga As  SHB T .   Firstl y ,   w e  d es ig n ed   th e  d ev ice  s tr u ctu r e  u s i n g   th e  S ilv ac o   to o l  Dev E d it  r esp ec tin g   th e  s tr u c tu r e  ch ar ac ter is tics .   S ec o n d l y ,   w e  m o d elled   p h y s ica ll y   an d   n u m er icall y   t h e  s t u d ie d   elec tr o n ic  d ev ice  in   2 D  u s in g   t h e  A tlas   co m m a n d s .   T h ir d ly ,   w e  s i m u lated   t h e  elec tr ical  ch ar ac ter is tic s   o f   t h e  d ev ice  esp ec iall y   th e  I - V  c u r v e.   W e  t h e n   e x t r ac ted   th e  s tatic  c u r r en t  g ai n   β.  Af ter   th a t,  w e  s elec ted   t w o   tech n o lo g ica l  p ar am eter s   w h ich   ar e  t h e  d o p in g   co n ce n tr atio n s   o f   t h e  b as e  an d   th e  co llecto r   N b   an d   N c .   W e   ev alu a ted   th e   in f lu e n ce   o f   th e s e  p ar a m eter s   o n   th e  s tatic  cu r r en t  g ai n   β  an d   w e  u n d er s to o d   h o w   t h ese  p ar a m eter s   i m p ac t  t h e   s tatic  cu r r e n t g ai n .   Fi n all y ,   w e   d ef in ed   an   i m p r o v ed   d ev ice  c h ar ac ter ized   b y   a  h ig h e s t stati c  cu r r en t g ai n   β.              Fig u r e  2 .     Flo w c h ar t  in d icati n g   th e   s i m u la tio n   s tep s   f o r   th e  o p tim izatio n   o f   th e  s tatic  cu r r e n t g ai n     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Ho w   d o es tec h n o lo g ic a l p a r a mete r s   imp a ct  th e  s ta tic  cu r r e n t g a in   o f I n P - b a s ed   s in g le  ....   ( Jih a n e  Ou ch r if)   3435   3.   I NP /I N G AA S SH B T   M O DE L L I N G   T h e  d ev ice  p r o d u ctio n   r elies  o n   th e  f ab r icatio n   p r o ce s s ,   b u t  d ev ice  m o d elli n g   i s   n e ce s s ar y   to   u n d er s ta n d   t h e  s e m ico n d u c to r   d ev ice  p h y s ics   as   th e   f ab r icatio n   p r o ce s s   a n d   c h ar ac ter iz atio n   r elate d   to   th e   d ev ice.   Dev ice   m o d elli n g   is   i m p o r ta n t  to   a n a l y s e  o u tp u t  c h ar ac ter is tics ,   a n d   it  is   r ec en tl y   m o r e  m o m e n to u s   b ec au s e  it   allo w s   to   v ir tu al l y   f ab r icate   " B ey o n d   Mo o r e"   d ev ices  as  h i g h li g h ted   in   th e   I n ter n atio n a l   T ec h n o lo g y   R o ad m ap   f o r   Se m ico n d u cto r   ( I T R S)  2 0 1 6   [ 2 1 ] .   T h an k s   to   d e v ice  m o d elli n g ,   th e   d esi g n er   ca n   u n d er s ta n d   th e  s e m ico n d u cto r   d ev ice  an d   its   p h y s ics [ 2 2 ] .     3 . 1 .   I NP /I N G AA S SH B T   Dev ice  Str uct ure   We   s i m u lated   t h e  r ef er e n ce   d ev ice  s tr u ct u r e  I n P /I n Ga As  S HB T   b ased   o n   th e  r esear c h   p ap er s   [ 8 ] ,  [ 10 ] ,   th e  SHB T   em i tter   s u r f ac e  is   eq u al  to   5 x 5   µ 2 .   T h is   elec tr o n ic  d ev ice  is   co m p o s ed   o f   d if f er en t  ep ita x ial   la y er s ,   n a m el y   th e   ca p ,   E m itter   1 ,   E m itter   2 ,   Sp ac e r ,   B ase,   C o llec to r ,   Su b - co ll ec to r ,   an d   B u f f er .   T h e  s e m ico n d u c to r   m ater ials   u s ed   ar e  I n P   an d   I n Ga A s ,   t h e  co n tacts a r e  m ad e  f r o m   th e  m ater ial  G o ld .     T h e  T ab le  1   co n tain s   th e   ch ar ac ter is tics   o f   th e   v ar io u s   ep itax ial  la y er s ,   s u ch   as   t h eir   d o p in g s ,   t h ei r   th ic k n e s s e s   a n d   th e   m a ter ials   co m p o s in g   t h e m .   T h e  d esi g n   o f   th e   SHB T   w a s   p er f o r m e d   u s i n g   t h e  T C A D   to o ls   o f   Sil v ac o ,   an d   m o r e  p r e cisel y   t h e  d ev ice  s tr u ct u r e  ed it o r   Dev E DI T   [ 18 ] .           T ab le  1 .   L ay er   s tr u ct u r e  o f   I n P /I n GaA s   SHB T   L a y e r   [ 8 ,   1 0 ]   M a t e r i a l   [ 8 ,   1 0 ]   D o p i n g   ( c m^ ( - 3 ) )   T h i c k n e ss (n m)   [ 8 ]   Emi t t e r   1   In 0. 47   Ga 0. 53 As   n   =   1 x 1 0 17 [ 8 ,   1 0 ]   1 3 5   Emi t t e r   2   I n P   n   =   1 x 1 0 17 [ 8 ,   1 0 ]   40   S p a c e r   In 0. 47   Ga 0. 53 As   In t r i n si c   [ 8 ,   1 0 ]   5   B a se   In 0. 47   Ga 0. 53 As   P   = 1 . 5 x 1 0 19 [ 8 ,   1 0 ]   65   C o l l e c t o r   In 0. 47   Ga 0. 53 As   n   =   1 x 1 0 16   [ 8 ,   1 0 ]   6 3 0   S u b - c o l l e c t o r   In 0. 47   Ga 0. 53 As   n   =   1 x 1 0 19 [ 1 0 ]   5 0 0   B u f f e r   In 0. 47   Ga 0. 53 As   I n t r i n si c   [ 8 ,   1 0 ]   10   S u b s t r a t e   S e mi - i n s u l a t i n g   I n P   [ 8 ,   1 0 ]       T h e  F ig u r e  3   p r esen t s   t h e   t w o - d i m en s io n al   ill u s tr atio n   o f   th e   s i m u lated   I n P /I n G aAs  S i n g le   H eter o j u n ctio n   B ip o lar   T r an s is to r   in   th e  in te r ac tiv e  v is u a lizatio n   to o l  T o n y P lo t.  T h e  d ev ice  s tr u ct u r e  is   s y m m etr ical  ch ar ac ter ized   b y   t w o   b ase  co n tact s ,   t w o   co llect o r   co n ta cts an d   an   e m itter   co n tact.           Fig u r e  3 .  E p itax ial  s tr u c tu r e  o f   I n P /I n Ga As SHB T            3 . 2 .   P hy s ica l M o dellin g   T h e  ef f ec t   o f   d o p in g   o n   e lectr o n   an d   h o le  m o b ilit y   f o r   t h e  S HB T   w as   co n s id er ed   in   t h e  s i m u latio n ,   i t   w a s   d o n e  b y   in teg r ati n g   th e  c o n ce n tr atio n   d ep en d en t  an a l y t ical  m o b ilit y   r ela tiv e  to   t h e  C au g h e y   an d   T h o m a s   m o b il it y   m o d el.   W e  b ased   o u r   w o r k   o n   th e  v al u es  o f   t h e  T a b le  2   [ 8 ] .   T h e  ef f ec tiv e  m o b il i t y   o f   elec tr o n s   a n d   h o les i n   ea ch   r eg io n   is   d ef in ed   b y   t h e  C a u g h e y   -   T h o m a s   eq u atio n   an d   ex p r es s ed   b y   t h e  f o l l o w i n g   [ 8 ,   2 3 ] :      μ   =  μ m i n   ( T L 300 ) β +  μ m ax ( T L 300 ) δ − μ m in ( T L 300 ) β 1 + ( T L 300 ) γ ( N N C ) α                                                                                          ( 1 )           w h er e,     β ,  δ   an d   γ    ar e  th e  te m p er atu r e  d ep en d en t c o ef f icie n ts ,     T L   =  3 0 0   K.           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   5 ,  Octo b er   2 0 1 9   :   3 4 3 2   -   3 4 4 0   3436   T ab le  2 .  Mo b ilit y   p ar a m eter s   f o r   I n P   an d   In 0 . 47 Ga 0 . 53 As   m ater ial s     P a r a me t e r   I n P   In 0. 47   Ga 0. 53 As   El e c t r o n   μ m a x ( c m 2 .   V - 1 . se c - 1 )   4 9 1 7   1 1 5 9 9   μ m i n ( c m 2 .   V - 1 . se c - 1 )   3 0 0   3 3 7 2   N C   ( cm - 3 )   6 . 4 x 1 0 17   8 . 9 x 1 0 16   α   0 . 4 6   0 . 7 6   H o l e   μ m a x ( c m 2 .   V - 1 . se c - 1 )   1 5 1   3 3 1   μ m i n ( c m 2 .   V - 1 . se c - 1 )   20   75   N V   ( c m - 3 )   1 x 1 0 17   1 x 1 0 18   α   0 . 9 6   1 . 3 7       T h e  T a b le  2   c o n tain s   t h e  m o b il it y   p ar a m eter s   f o r   th e   b o th   s e m ico n d u cto r   m ater i als  I n P   an d   In 0 . 47 Ga 0 . 53 As .  μ m ax   an d   μ m i n   ar e  th e  m ax i m u m   a n d   th e  m in i m u m   m o b ilit ie s   at  lo w   an d   h ig h   lev e ls   o f   d o p in g ,   N C   an d   N V    ar e  r esp ec tiv el y   t h e  elec tr o n   a n d   h o le   d en s ities   i n   t h e   co n d u ct io n   an d   v alen ce   b an d s .   P h y s ical   m o d el s   w er e  in te g r a ted   in   th e   s i m u latio n   to   tak e   in to   ac co u n t   t h e  p h y s ical  p h e n o m e n a  a s s o ciate d  w it h     S HB T   d ev ice  o p er atio n ,   th e  s i m u lato r   A tlas   co n tai n s   s ev er al  p h y s ical  m o d els   [ 1 7 ]   s u c h   as  m o b ilit y   m o d el s ,   r ec o m b in a tio n   m o d el s ,   i m p ac t  io n izatio n ,   t u n n eli n g   m o d els  a n d   ca r r ier   in j ec ti o n   m o d el s .   Am o n g   t h e  p h y s ical  m o d els  ad d ed   in   th e  s i m u lat io n ,   w e  c ite  t h e  ca r r ier   s tati s tic  m o d el  B GN  ( B an d g ap   Nar r o w in g ) ,   t h e   r ec o m b i n atio n   m o d el  S R H  ( S h o ck le y   r ea d   Hall) ,   th e  Selb er h er r ' s   m o d el  o f   t h e  io n izatio n   i m p ac t  ( I MP A C T   SEL B ) ,   th e  T u n n el  ef f ec t  m o d el  B B T . S T D  ( B an d - to - B an d ) ,   an d   th e  o p tical  m o d el  OP T R .       3 . 3 .   Nu m er ic a l M o dellin g   T h e  Ne w to n   m et h o d   w a s   u s ed   f o r   t h e  n u m er ical  m o d e l lin g ,   it  s o lv e s   n u m er icall y   a  s er ie  o f   s e m ico n d u cto r   d ev ice  eq u atio n s   [ 24 ]   s u ch   a s   th e  eq u a tio n s   o f   co n ti n u i t y   o f   t h e  ca r r ier s ,   P o is s o n ’ s   eq u atio n ,   th e  eq u atio n s   o f   t h e  elec tr ic  f i eld s .   - P o is s o n ’ s   eq u a tio n :     d iv   ( ɛ  ∇ ψ )   =   ρ                                                                                                                                                                                                                                               ( 2 )     w h er e,   Ɛ : th e  d ielec tr ic  co n s ta n t o f   t h e  m ater ial.   Ψ : th e  lo ca l  v o ltag e  p o ten t ial.   An d   ρ : t h e  lo ca l c h a r g e  d e n s it y .   - T h e  elec tr ic  f ield   E ⃗ ⃗   :       E ⃗ ⃗     =  -   ∇ ψ                                                                                                                                                                                                                                                                                           ( 3 )                                                                                                                   - T h e   ca r r ier   co n tin u it y   eq u a tio n s   f o r   elec tr o n s   an d   h o le s :     ∂ n ∂ t   =  1 q   d iv   ( j n ⃗ ⃗   )   +  G n   -   R n                                                                                                                           ( 4 )                                                                                                  ∂ p ∂ t   =  -   1 q   d iv   ( j p ⃗ ⃗   )   +  G p   -   R p                                                                                                     ( 5 )                                                                                                                                                     w h er e,   j n ⃗ ⃗     an d     j p ⃗ ⃗     ar e  th e  elec tr o n   an d   h o le   cu r r en ts .   G n   ,  G p   ,   R n   an d   R p   ar e  r esp ec tiv el y   t h e  g en er atio n   a n d   r ec o m b i n atio n   r ates f o r   th e  elec tr o n s   an d   h o les.   - T h e  d r if t a n d   d if f u s io n   cu r r en ts   f o r   elec tr o n s   a n d   h o les:       j n ⃗ ⃗     =  n . q . µ n . E ⃗ ⃗     +  q . D n . ∇ n                                                                                                              ( 6 )                                                                j p ⃗ ⃗     =  p . q . µ p . E ⃗ ⃗     -   q. D p . ∇ p                                                                                                                                                                                 ( 7 )     w h er e,   µ n   an d   µ p   ar e  th e  ca r r ier   m o b ilit ies,  an d   D n ,   D p   ar e  th e  d if f u s io n   co ef f icie n t s   f o r   elec tr o n s   a n d   h o les.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Ho w   d o es tec h n o lo g ic a l p a r a mete r s   imp a ct  th e  s ta tic  cu r r e n t g a in   o f I n P - b a s ed   s in g le  ....   ( Jih a n e  Ou ch r if)   3437   4.   RE SU L T S  A ND  D I SCU SS I O N     We   h av e   ca r r ied   o u t   a  2 D   p h y s ical  a n d   n u m er ical   m o d el l i n g   o f   a n   n p n   S HB T   u s i n g   Sil v ac o ’ s   T C A D   to o ls .   Fig u r es  b elo w   s h o w   t h e   s i m u latio n   r esu lts   f o r   th e  o u t p u t  elec tr ical  ch ar ac ter is tics   I c   -   V ce   f o r   co n s tan t  v alu e s   o f   b ase  c u r r en ts   at  r o o m   te m p er at u r e  ( T =  3 0 0   K) .     T C A D  to o ls   en ab le  th e  s i m u latio n   o f   elec tr o n ic  d ev ice s   o f   v ar io u s   la y er s   an d   m a t er ials ,   b u t  f u r t h er m o r e  it  allo w s   to   m o d if y   th e  d o p in g   p r o f ile  o f   ea c h   r eg io n   f o r   th e  s tu d ied   elec tr o n ic  d ev ice  [ 2 5 ] .   T h er ef o r e,   we   ev al u ated   t h e  i n f lu e n ce   o f   th e  b ase  an d   th e  co llecto r   d o p in g   co n ce n tr atio n s   N b   an d   N c   o n   th e  s tatic  cu r r e n t g ai n   β   o f   th e  I n P /I n Ga A s   SHB T   f o r   th e  s a m e   c o n d itio n s   o f   th e  r ef er e n ce   d ev i ce .       4 . 1 .   O utput   E lect rica l C ha ra ct er is t ics   T h e  F ig u r e  4   p r esen t s   t h e  e lectr ical  o u tp u t  ch ar ac ter i s tic s   I c - Vce   o f   t h e  Si n g le   Hete r o j u n ctio n   B ip o lar   T r an s is to r   ( SHB T ) .   W e  p lo tted   th e  f u n ct io n   I c =  f   ( V ce )   at  f o u r   co n s ta n t  v a lu e s   o f   b ase  cu r r en t  f r o m   I b =  2 . 5   µA   to   I b =  1 0   µA   w it h   a  s t ep   eq u al  to   2 . 5   an d   f o r   a    V ce   w h i ch   v ar ies b et w ee n   0   a n d   2   V.   A cc o r d in g   t o   th e  I - V  c u r v e  ab o v e,   w e  n o ticed   th at  th e  o f f s e t  in   t u r n - o n   v o ltag e  ( Vce o )   is   o f   th e   o r d er   o f   5 0   m v .   T h e  d if f er e n ce   b et w ee n   t h e  v o ltag es  o f   th e  h eter o j u n ctio n   r eg io n   a n d   th e  h o m o j u n c tio n   r eg io n   is   th e  m ai n   ca u s e  o f   t h i s   o f f s et.   T h e  I n P /I n Ga A s   SHB T   s tatic  cu r r en t g a in   is   ar o u n d   80 . 24  [ 2 6 ] .   I n   o r d er   t o   d ef in e  an   i m p r o v ed   Hete r o j u n ctio n   B ip o lar   T r an s is to r   o p er atin g   in   m icr o w av e   ap p licatio n s ,   w e  ex a m i n ated   th e  i m p ac t  o f   tech n o lo g ical  p ar a m eter s   s u c h   as  t h e  b ase  an d   t h e  co llecto r   d o p in g   co n ce n tr atio n s ,   an d   w e  d eter m i n ed   th e  o p ti m al   v a lu e s   o f   t h ese  p ar a m eter s   w h ic h   en ab le   th e  o p ti m izatio n   o f   th e  SHB T   s tatic  cu r r en t  g ai n .   F ig u r e  5   s h o w s   th e  o u tp u t  ch ar ac ter is tics   I c =  f   ( V ce )   at  I b   =  1 0   μ A   an d   T =  3 0 0   K      f o r   d if f er en t   v alu e s   o f   t h e  d o p in g   co n ce n t r a tio n   o f   t h e  b ase  la y er .     T h e  T a b le  3   p r esen ts   th e  cu r r e n t g ai n   β =   I c I b ⁄    o b tain ed   f o r   ea ch   b ase  d o p in g   co n ce n t r a tio n   N b .   Dif f er en t  v al u es  f r o m   1 x 10 20   cm − 3   to   1 x 10 18   cm − 3   w er e  i n v e s ti g ated   to   u n d er s ta n d   th e  i m p ac t o f   t h i s   tech n o lo g ical  p ar a m ete r .           Fig u r e  4 .  Si m u lated   I c  - Vce   C h ar ac ter is tic s   f o r   th e  I n P /I n Ga A s   S HB T   at  T   = 3 0 0   K        Fig u r e  5 .   Ou tp u t  C h ar ac ter i s ti cs  I c =  f   ( V ce )   f o r   d if f er e n t b ase  d o p in g   co n ce n tr atio n s   N b     at    I b   =  1 0   μ A     an d   T   =  3 0 0   K       T h en ,   ac co r d in g   to   t h e  Fi g u r e  5   an d   th e  T ab le  3 ,   w e  o b s er v ed   th at  w h e n   w e  r ed u ce   t h e  d o p in g   co n ce n tr atio n   o f   th e  b ase  la y er ,   th e  s tatic  cu r r en t  g ai n   in c r ea s es.  T h er ef o r e,   it  is   th e  lo w e s t  b ase  d o p in g   co n ce n tr atio n   eq u al  to   1 x 10 18   cm − 3   w h ich   g i v e s   th e  h i g h est  s tatic  cu r r en t  g ain   o f   ab o u t  3 1 2 . 0 1 .   T h e  im p r o v e m e n t  in   t h i s   ca s e  is   ar o u n d   2 8 8 . 8 4 %  co m p ar ed   to   th e  r ef er en ce   d ev ice.   I t  is   an   i m p o r ta n t   i m p r o v e m en t.       T ab le  3 .   I m p ac t o f   b ase  d o p in g   co n ce n tr atio n   N b     o n   th e  s ta tic  cu r r en t g ai n   o f   I n P /I n GaA s   SHB T   at  I b =  1 0   µA   an d   T =  3 0 0   K   B a se   d o p i n g   c o n c e n t r a t i o n   N b   ( c m - 3 )   I b   ( µ A )   I c ( m A )   C u r r e n t   g a i n   β   ( A / A )   1 x 1 0 20   10   0 . 2 7 9 7   2 7 . 9 7   5 x 1 0 19   10   0 . 4 7 1 4   4 7 . 1 4   1 . 5 x 1 0 19   10   0 . 8 0 2 4   8 0 . 2 4   1 x 1 0 19   10   0 . 9 3 5 1   9 3 . 5 1   5 x 1 0 18   10   1 . 2 9 3 4   1 2 9 . 3 4   2 x 1 0 18   10   2 . 1 4 1 8   2 1 4 . 1 8   1 x 1 0 18   10   3 . 1 2 0 1   3 1 2 . 0 1   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   5 ,  Octo b er   2 0 1 9   :   3 4 3 2   -   3 4 4 0   3438   Fig u r e  6   illu s tr ate s   th e  o u tp u t   ch ar ac ter is tics   I c =  f   ( V ce )   at    I b   =  1 0   μ A   an d   T =   3 0 0   K  f o r   d if f er en t   v alu e s   o f   co llecto r   d o p in g   co n ce n tr atio n .   T ab le  4   p r esen ts   th e  r esu lts   o f   t h e  s tat ic  cu r r en t  g ain   β   ac co r d in g   to   th e  v ar iatio n   o f   th e  co llecto r   d o p in g   co n ce n tr atio n   N c .   T h e  r ef er en ce   d ev ice   h a s   a  co ll ec to r   d o p in g   co n ce n tr atio n   o f   1x 10 16   cm − 3   ,   th e  s tat i c  cu r r en t g ai n   i s   ab o u t 8 0 . 2 4 .             Fig u r e  6 .   Ou tp u t  C h ar ac ter i s ti cs  I c =  f   ( V ce )   f o r   d if f er e n t c o llecto r   d o p in g   co n ce n tr at io n s     at    I b   =  1 0   μ A   an d   T   =  3 0 0   K       T ab le  4 .     I n f l u en ce   o f   th e  co ll ec to r   d o p in g   c o n ce n tr atio n   o n   th e  s tat ic  cu r r en t  g ai n   of   I n P /I n Ga A s   SHB T     at  I b =  1 0   µA   an d   T =  3 0 0   K   C o l l e c t o r   d o p i n g   c o n c e n t r a t i o n     N c   ( c m - 3 )   I b   ( µ A )   I c ( m A )   C u r r e n t   g a i n   β   ( A / A )   3 x 1 0 16   10   0 . 8 6 4 1   8 6 . 4 1   2 x 1 0 16   10   0 . 8 3 4 2   8 3 . 4 2   1 x 1 0 16   10   0 . 8 0 2 4   8 0 . 2 4   3 x 1 0 15   10   0 . 7 7 6 2   7 7 . 6 2   2 x 1 0 15   10   0 . 7 7 2 7   7 7 . 2 7   1 x 1 0 15   10   0 . 7 6 9 3   7 6 . 9 3       I t  is   clea r ly   o b s er v ed   f r o m   t h e   Fig u r e  6   an d   th e  T ab le  4   th at  th e  s tatic  c u r r en t  g ai n   i n cr ea s es  s lig h tl y   w it h   t h e  s li g h t  i n cr ea s e  o f   th e  co llecto r   d o p in g   co n ce n tr at io n .   T h er ef o r e,   it  is   t h e  h ig h er   co llecto r   d o p in g   w h ic h   g i v es  t h e  h i g h est  s t a tic   cu r r en t  g ai n .   T h en ,   th e  co llecto r   d o p in g   co n ce n tr atio n   eq u al  to   3 x 10 16   cm − 3   allo w s   o b tain i n g   a  s ta tic  cu r r en t  g ain   h i g h er   s li g h tl y   t h an   th at  o f   th e   r ef er e n ce   d ev ice,   an d   eq u al  to   8 6 . 4 1 .   T h e  im p r o v e m e n t is s lig h t a n d   it is   ar o u n d   7 . 6 8 %.    T h e  in v es tig a tio n   o f   t h e  b o th   tech n o lo g ical  p ar a m eter s :  b a s e  an d   co llecto r   d o p in g   co n c en tr a tio n s ,   led   u s   to   d ef in e  an   i m p r o v ed   d ev ice  ac co r d in g   to   th e  o p ti m al    v alu es  o f   t h e  s elec ted   p ar a m eter s   g iv i n g   th e  h ig h e s t  s ta tic  cu r r e n t  g a in   β ,   p ar ticu lar l y   a  b ase  d o p in g   co n ce n tr at io n   eq u al  to   1 x 10 18   cm − 3   an d   a  co llecto r   d o p in g   co n ce n tr atio n   eq u al  to   3   x 10 16   cm − 3 .   A f ter   th at,   w e  s i m u lated   t h e  o p ti m ized   d e v ice  s tr u ct u r e  f o llo w in g   th e  s a m e  s tep s   o f   th e  p h y s ical  an d   n u m er ical  m o d e l lin g   o f   t h e  r ef er en ce   d ev ice  SHB T .   Fig u r e  7   p r esen ts   t h e  cu r v e  o f   th e  o u tp u t e lectr ical  ch ar ac ter i s tics   I c = f   ( V c e )   f o r   th e  o p ti m ized   d ev ice.   T h e  f u n ctio n   I c = f   ( V ce )   w as   p lo tte d   f o r   f o u r   b ase  c u r r en ts   I b = 2 . 5   µA ,   5 µ A ,   7 . 5   µ A   an d   10   µ A   w it h   th e   s tep   o f   2 . 5 .   W e  n o ticed   th at  f o r   a  V ce   w h ic h   v ar ies  f r o m   0   to   2 V ,   th e  o f f s et  i n   tu r n - o n   v o ltag e   is   o f   th e  o r d er   o f   5 0   m V ,   an d   it is   t h e  s a m e  as   th at  o f   t h e  r ef er en ce   d e v ice  s t r u ctu r e.           Fig u r e  7 .   Ou tp u t  C h ar ac ter i s ti cs  I c =  f   ( V ce )   f o r   th e  o p ti m ized   d ev i ce   at  T = 3 0 0   K   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Ho w   d o es tec h n o lo g ic a l p a r a mete r s   imp a ct  th e  s ta tic  cu r r e n t g a in   o f I n P - b a s ed   s in g le  ....   ( Jih a n e  Ou ch r if)   3439   W e  ca lcu lated   th e  s tatic  cu r r e n t  g ai n   β  f o r   th e  SHB T   im p r o v ed   d ev ice,   it  is   ar o u n d   3 3 5 . 9 3 .   W e   th en   o b s er v ed   th at  it  is   h i g h er   th a n   th at  o f   th e  S HB T   r ef er en ce   d e v ice  w h ic h   is   eq u al  to   80 . 24 .   I n   th i s   ca s e,   th er e  is   a  h u g e   i m p r o v e m e n t e s t i m a te d   o f   th e  o r d er   o f   3 1 8 . 65 %   c o m p ar ed   to   th e  r e f er en ce   d ev ic e.   Oth er   tec h n o lo g ical  p ar a m ete r s   w er e  i n v esti g ated   i n   o u r   o t h er   r esear ch   p ap er   [ 2 6 ]   w h er e  w e  h a v e   r ep o r ted   th at  th e  b ase  w id t h   W b   h as  an   i m p o r ta n t  i m p ac t  o n   th e  s tatic  cu r r e n t  g ai n   β  b ec au s e  w h e n   w e  r ed u ce   it,  th e   s tatic   cu r r en t  g ain   in cr e ases   i n   a n   i m p o r tan t  w a y ,   w h i le  f o r   t h e  e m itter   le n g t h   L e   w h e n   w e  in cr ea s e   i t   th e  s tatic  cu r r en t  g ai n   in cr ea s es  s lig h tl y .   T h e  r ed u ctio n   o f   tr an s i s to r   s ize  h as  m a n y   ad v a n tag e s   in   d if f er en t   asp ec ts   e s p ec iall y   i n   t h e  tech n o lo g ical   o n e,   a m o n g   th e s e  a d v an ta g es   w e   ci te  t h e  in cr ea s e  o f   o p er atio n   s p ee d   an d   i m p r o v e m e n t  o f   t h e  d ev ic e  r eliab ilit y   b y   lo w   p o w er   co n s u m p t io n ,   an d     s m aller   d ev i ce s   ar e  r eq u ir ed   f o r   v ar io u s   r ea s o n s ,   f o r   th a t  m a n u f ac t u r er s   ar e  f ab r icatin g   t h e m   i n   ac ce ler ati n g   w a y ,   b y   ex a m p le  u ltra f i n e   tr an s i s to rs   ar e  in ten d ed   f o r   ap p licatio n s   s u c h   as   s e m ico n d u c to r   in teg r ated   cir c u its   [ 2 7 ,   2 8 ] .   T h e  b ase  la y er   o f   th e  S HB T   is   th e  m o s t  i m p o r ta n t  a n d   cr itical  la y er   o f   th is   d e v ice,   b ec au s e  tec h n o lo g ical  p ar a m eter s   r elate d   to   th e  b ase   la y er   s u c h   a s   t h e  w id th   a n d   t h e  d o p in g   co n ce n tr ati o n   h a v e   an   i m p o r ta n t  i m p ac t   o n   t h e  s tatic  c u r r en t   g ain   β  i n   co m p ar is o n   to   o th e r   in v est ig ated   p ar a m eter s   s u c h   as  th e  e m i tter   len g th   a n d   th e  co llecto r   d o p in g   co n ce n tr atio n .       4 . 2 .   Co m pa riso n w it h o t her  wo r ks   A cc o r d in g   to   th e  p r ese n ted   r esu lt s   s h o w n   in   t h e  T ab le  5 ,   w e  ca n   n o tice  th at  w e  r ea ch e d   a  h ig h er   s tatic  cu r r e n t g ai n   eq u al  to   3 3 5 . 9 3   w it h   o u r   p r o p o s ed   w o r k   a f ter   o p ti m izatio n   co m p ar ed   to   o th er   w o r k s .       T ab le  5 .   C o m p ar is o n   b et w ee n   th e  o b tain ed   s tatic  c u r r en t  g ai n   an d   o th er   w o r k s   at  T =  3 0 0   K   R e f   V c e o   ( mV )   I b   ( µ A )   I c   ( m A )   C u r r e n t   g a i n   β   ( A / A )   O u r   w o r k   w i t h o u t   o p t i mi z a t i o n   50   10   0 . 8 0 2 4   8 0 . 2 4   P r o p o se d   w o r k   a f t e r   o p t i m i z a t i o n   50   10   3 . 3 5 9 3   3 3 5 . 9 3   O t h e r   w o r k   [ 7 ]   1 5 0   10   0 . 9 0   90   O u r   o t h e r   w o r k   [ 2 6 ]   50   10   2 . 0 7 1 8   2 0 7 . 1 8       5.   CO NCLU SI O N     I n   th i s   w o r k ,   a  t w o - d im e n s io n al  p h y s ica l  an d   n u m er ical  m o d ellin g   w a s   d o n e  u s i n g   Sil v ac o ’ s   T C A D   to o ls   f o r   th e  I n P /I n GaA s   Sin g le  Hete r o j u n ctio n   B ip o lar   T r an s is to r .   W e  h av e  in teg r ated   in   th e  s i m u latio n   p r o g r am   th e   p h y s ical   m o d els   s u c h   a s   S R H,   B GN   to   co n s i d er   th e  i m p ac t  o f   th e   p h y s ica l  m ec h a n is m s   t h at   o cc u r   w it h in   th e   s t u d ied   elec t r o n ic  d ev ice.   A f ter w ar d s ,   w e  ev alu a ted   th e   d o p in g   co n ce n t r atio n   in f l u e n ce   o f   th e  b ase  an d   th e  co llecto r   la y er s   N b   an d   N c   o n   th e  s tatic  c u r r en t  g ain   β.  W e  th en   s elec ted   th e  v alu es  o f   t h ese   tech n o lo g ical  p ar a m eter s   th at  allo w   u s   to   d ef in e  an   o p tim ized   d ev ice.   W e   ch o s e  th e  b ase  d o p in g   co n ce n tr atio n   eq u al  to   1 x 10 18   cm − 3 ,   an d   th e  co llecto r   d o p in g   co n ce n tr atio n   eq u al  to   3 x 10 16   cm − 3 .  C o n s eq u en tl y ,   t h e  d ef in ed   o p t i m ized   d ev ice   en ab le s   o b tain i n g   a  h ig h er   s ta tic  c u r r en t  g ai n   β  eq u al  to   3 3 5 . 9 3 .   T h e  esti m ated   i m p r o v e m en t  i s   ar o u n d   3 1 8 . 65 % .   B etw ee n   all  th e  i n v esti g ated   p ar a m eter s ,   w e  h a v e  r ep o r ted   th at  tec h n o lo g ical  p ar a m eter s   r elate d   to   th e  b ase  la y er   h a v e  a  g r ea t  i m p ac t  o n   t h e  s tatic  c u r r en t  g ai n   β ,   th e s e  p ar am eter s   ar e  th e  b a s e  w id th   W b   an d   th e   b ase  d o p in g   co n ce n t r atio n   N b .   Fo r   o u r   f u t u r e  w o r k   p r o s p ec ts ,   w e   p lan   to   d o   an   ev a lu at io n   o f   th e  o th er   tech n o lo g ical  p ar a m et er s   o n   t h e  s tat ic  cu r r en t  g a in ,   an d   also   to   en h a n ce   th e  elec tr ical  p er f o r m a n ce s   o f   th is   elec tr o n ic  d ev ice  f o r   AC   p ar a m eter s .       RE F E R E NC E S     [1 ]   M .   N.   T a n d jao u i ,   e t  a l . ,  “ Ch a ra c teriz a ti o n   a n d   M o d e li n g   o f   P o w e r  El e c tro n ics   De v ice , ”   In ter n a ti o n a l   J o u r n a l   o f   Po we r E lec tro n ics   a n d   Dr ive   S y ste m ( IJ PE DS ) ,  v ol /i ss u e :   5 ( 2 ) ,   p p .   1 3 5 - 1 4 1 ,   Oc t  2 0 1 4 .   [2 ]   T .  G .   S a n c h e z ,   e t  a l . ,  “ El e c tro n   tr a n sp o rt  in   I n P   u n d e r  h ig h   e lec tri c   f ield   c o n d it i o n s , ”   IOP  sc ien c e ,   p p .   31 - 36 ,  1 9 9 2 .   [3 ]   R .   S in g h   a n d   R .   M e h ra ,   “ Qu a li tativ e   A n a l y sis   o f   Da rli n g to n   F e e d b a c k   Am p li f ier  a t  4 5 n m   T e c h n o lo g y , ”   Bu ll e ti n   o f   El e c trica l  En g in e e rin g   a n d   In f o r ma ti c s ,  v ol /i ss u e :   7 ( 1 ) ,   p p .   2 1 - 2 7 ,   2 0 1 8 .   [4 ]   A .   A .   Re z a z a d e h ,   e t  a l . ,   “ In v it e d   p a p e r  ―In P - b a se d   HBT s   f o r  Op ti c a l  Tele c o m m u n ica ti o n s ,”   In t.   J .   Op to e lec . ,   v o l.   1 0 ,   p p .   4 8 9 - 4 9 3 ,   1 9 9 5 .   [5 ]   S .   Ch o w d h u ry   a n d   S .   Ba su ,   “ E f fe c t  o f  De v ice   P a ra m e ters   o n   Cu rre n t  V o l ta g e   Ch a ra c teristic s  a n d   Cu rre n t  G a in   o f   In P /In G a A s HB T s , ”   J o u rn a l  o f  El e c tro n   De v ice s ,  v o l.   9 ,   p p .   3 6 2 - 3 6 6 ,   2 0 1 1 .   [6 ]   B .   Ya m in a   a n d   G .   Kh e rre d d in e ,   “ M o d e ll i n g   El e c tro n ic  Ch a ra c teristic  o f   In P /I n G a A s  Do u b le  He t e ro ju n c ti o n   Bip o lar  T ra n sisto r , ”   In ter n a ti o n a l  J o u r n a l   o f   El e c trica l  a n d   C o mp u ter   E n g i n e e rin g   ( IJ ECE ) ,   v ol /i ss u e :   5 ( 3 ) ,   p p .   525 - 5 3 0 ,   2 0 1 5 .   [7 ]   D.  Yu ,   e t  a l . ,  “ Ultra - h ig h - sp e e d   0 . 2 5 μm   e m it ter  In P - I n G a A s  S HBTs  w it h   fm a x   o f   6 8 7   G Hz , ”   in   2 0 0 4   In ter n a ti o n a l   El e c tro n   De v ice s M e e ti n g ,   1 3 - 1 5   De c .   2 0 0 4 ,   S a n   F ra n c isc o ,   C A ,   USA ,   p p .   5 5 7 - 60 ,  2 0 0 5 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   5 ,  Octo b er   2 0 1 9   :   3 4 3 2   -   3 4 4 0   3440   [8 ]   T .   Tau q e e r,   e t  a l . ,   “ T w o - Di m e n sio n a l  P h y sic a l  a n d   Nu m e rica l  M o d e ll i n g   o f   In P - b a se d   He te ro j u n c ti o n   Bi p o lar   T ra n sisto rs , ”   in   t h e   7 ℎ   In ter n a t io n a l   Co n fer e n c e   o n   Ad v a n c e d   S e mic o n d u c t o r  De v ice s  a n d   M icr o sy ste ms ,   p p .   2 7 1 - 274 ,  Oc t  2 0 0 8 .    [9 ]   S o n g   J .  I . ,  e t  a l . ,   “C a rb o n   – d o p e d   b a se   In P /I n G a A s  b a se   HB T s  w it h   f T = 2 0 0 G H z , ”   in   P ro c .   IE EE   D e v ice   Res e a rc h   Co n f. ,   p p .   9 7 - 98 ,  1 9 9 4 .   [1 0 ]   J.   S e x to n   a n d   M .   M isso u s,   “ An n e a li n g   Ex p e rim e n ts  o n   I NP /I NG AA S   S in g le  a n d   Do u b le  H BT s  Gro w n   b y  M o lec u lar  Be a m   Ep it a x y , ”   in   E lec tro n   De v ice s  fo r  M icr o wa v e   a n d   Op t o e lec tro n ic  Ap p li c a ti o n s ,  2 0 0 2 .   EDM O  2 0 0 2 .   T h e   10 ℎ   IEE E  I n ter n a ti o n a l   S y mp o siu m  o n ,   p p .   3 0 0 - 3 0 5 ,  2 0 0 2 .   [1 1 ]   E .   S .   Ju li a n ,   “ S i li c o n   G e r m a n iu m   He tero ju n c ti o n   Bi p o lar  T ra n sisto r  f o r  Dig it a l  A p p li c a ti o n , ”   T EL KOM NIKA   T e lec o mm u n ica ti o n   Co mp u ti n g   E lec tro n ics   a n d   C o n tr o l ,  v ol /i ss u e :  1 0( 3 ) ,   p p .   4 9 3 - 4 9 8 ,   S e p   2 0 1 2 .   [1 2 ]   M .   M isso u s,  “ Op ti c a l  a n d   e lec tri c a l  p ro p e rti e s  o f   In O.4 8   (A lx Ga   (1 - x ))  0 . 5 2 P   g ro w n   b y   S o li d   S o u rc e   M BE  u s i n g   a   G a P   De c o m p o siti o n   S o u rc e , ”   ED M O 2 0 0 1 ,   (Ca t.   N o .   0 1 T H 8 5 6 7 ) .   IEE E,   p p .   1 - 8 ,   2 0 0 1 .   [1 3 ]   J.  S e x to n ,   e t  a l . ,   “ G Hz   Clas s  L o w - P o w e r  F las h   A DC  f o r  Bro a d b a n d   Co m m u n ica ti o n s, ”  A S DAM   2 0 0 8 ,  T h e   S e v e n t h   In ter n a t io n a l  C o n fer e n c e   o n   Ad v a n c e d   S e mic o n d u c to r  De v ice s  a n d   M icr o sy ste ms ,  S mo len ice   Ca stl e ,   S lo v a k i a ,   p p .   235 - 2 3 8 ,  Oc t  2 0 0 8 .   [1 4 ]   S .   K .   Da rg a r,   e t  a l . ,  “ P e rf o r m a n c e   Ev a lu a ti o n   o f   G a N  B a se d   T h in   F il m   T ra n sisto r  u sin g   T C A D   S i m u latio n , ”   In ter n a t io n a l  J o u rn a l  o f  E lec trica l  a n d   C o mp u ter   En g in e e rin g   ( IJ ECE ) ,  v ol /i ss u e :   7 ( 1 ) ,  p p .   1 4 4 - 1 5 1 ,   F e b   2 0 1 7 .   [1 5 ]   ww w . sil v a c o . c o m   [1 6 ]   C.   K.  M a it i   a n d   G.   A .   A r m stro n g ,   “ T e c h n o lo g y   Co m p u ter  A i d e d   De sig n   f o r  S i,   S iG e   a n d   G a As   In teg ra te d   Circu it s, ”   IET ,   2 0 0 7 .   [1 7 ]   ATLA S   Us e r’s M a n u a l,   “ De v ice   S im u latio n   S o f tw a r e ,   S il v a c o   In tern a ti o n a l , ”   S e p   2 0 1 0 .   [1 8 ]   De v Ed it   Us e r’s M a n u a l,   “ S il v a c o   In tern a ti o n a l , ”   2 0 0 6 .   [1 9 ]   AT HEN A   Us e r’s M a n u a l,   “ 2 D  P r o c e ss   S im u latio n   S o f twa re ,   S il v a c o   In tern a ti o n a l , ”   Ju l  2 0 0 5 .   [2 0 ]   De c k b u il d   Us e r’s M a n u a l,   “ S il v a c o , ”   Oc t   2 0 1 5 .   [2 1 ]   “ 2 0 1 5   In tern a ti o n a l  T e c h n o l o g y   Ro a d m a p   f o r  S e m ico n d u c to rs   (IT RS )  2 . 0   Ex e c u ti v e   Re p o rt, ”   2 0 1 5 .     [2 2 ]   W .   M .   Ju b a d i,   e t  a l . ,  “ Op ti m iz a ti o n   o f   Em p iri c a l  M o d e ll in g   o f   A d v a n c e d   Hig h l y   S tra in e d   I n   0 . 7 G a   0 . 3 A s/In 0 . 5 2 A l0 . 4 8 A s  p HEM T s  f o r  L o w   No ise   Am p li f ier, ”   In ter n a ti o n a l   J o u rn a l  o f  El e c trica l   a n d   C o mp u ter   En g i n e e rin g   ( IJ ECE ),   v ol / issu e :   7 ( 6 ) ,   p p .   3 0 0 2 - 3 0 0 9 ,   2 0 1 7 .   [2 3 ]   Ca u g h e y   D .  M .   a n d   T h o m a s R  E. ,  Pro c   IEE E ,   v o l.   52 ,   p p .   2 1 9 2 ,   1 9 6 7 .   [2 4 ]   J .  L .   P o ll e u x ,   e t  a l . ,  “ Op ti m i z a ti o n   o f   In P – In G a A s   HP T   G a i n :  De sig n   o f  a n   Op to - M icro w a v e   M o n o l it h ic   Am p li f ier , ”   IEE E  T ra n s a c ti o n s  o n   M icr o wa v e   T h e o ry   a n d   T e c h n iq u e s ,  v ol /i ss u e :   52 ( 3 ),   p p .   8 7 1 - 8 8 1 ,  M a r  2 0 0 4 .   [2 5 ]   N .   S a h a ,   e t  a l . ,  “ Co m p a ra ti v e   S tu d y   o f   I V - Ch a ra c teristics   o f   P in   Dio d e   a t  D iff e re n t  Do p in g   Co n c e n tratio n s  f o r  Diff e r e n t  S e m ico n d u c to r   M a teri a ls  Us in g   T C A D, ”   In ter n a ti o n a l  J o u r n a l   o f   El e c tro n ics   a n d   Co mm u n ica ti o n   En g i n e e rin g   ( IJ ECE ) ,  v ol / iss u e :   4 ( 6 ) ,   p p .   1 - 8 ,   2 0 1 5 .   [2 6 ]   J .   Ou c h rif ,   e t  a l . ,  “ In v e stig a ti o n   o f   th e   sta ti c   c u rre n t  g a in   f o r  In P / In G a A s  sin g le  h e t e ro ju n c ti o n   b i p o lar  tran sisto r , ”   In d o n e sia n   J o u rn a l  o f  El e c trica l  En g i n e e rin g   a n d   C o mp u ter   S c ien c e ,  v ol /i ss u e :   13 ( 3 ) ,   p p .   1 3 4 5 - 1 3 5 4 ,   M a r   2 0 1 9 .   [2 7 ]   E .  S .   Ju li a n   a n d   R .  S .   W a h ju d i ,   “ S c a li n g   M o d e l  f o r  S il ico n   G e r m a n iu m   He ter o ju n c ti o n   Bip o l a r  T r a n sisto rs, ”   T EL KOM NIKA  In d o n e si a n   J o u rn a l  o f  El e c trica l  En g in e e rin g ,   v ol / i ss u e :   14 ( 1 ) ,   p p .   1 0 3 - 1 0 9 ,   A p r   2 0 1 5 .   [2 8 ]   H .   Ju n g ,   “ T h re sh o l d   v o lt a g e   ro ll - o f f   f o r  su b - 1 0   n m   a s y m m e tri c   d o u b le  g a te  M OSF ET , ”   In ter n a ti o n a l  J o u rn a l  o f   El e c trica l  a n d   C o mp u ter   En g in e e rin g   ( IJ ECE ) ,  v ol /i ss u e :   9 ( 1 ) ,   p p .   1 6 3 - 1 6 9 ,   F e b   2 0 1 9 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.