Laterale Bipolartransistoren besitzen auch in modernen Integrationstechnologien ihren Stellenwert. Neben der Nutzung von
pnp-Lateraltransistoren in Standard-Bipolartechnologien sowie der Verwendung als Injektor für I2L werden laterale npn/pnp -
Transistoren auch in Standard-CMOS- und BiCMOS-Technologien genutzt. Neben der gewollten Nutzung dieser Elemente im analogen
Schaltungsentwurf treten heute bei allen IC-Technologien unerwünschte laterale Parasitärstrukturen auf. Somit stellt die
genaue Modellierung von bipolaren Lateraltransistoren unter Einbeziehung von Substrateffekten eine wichtige Aufgabe dar.
Im Folgenden soll anhand eines pnp-Lateraltransistors aus einer vollimplantierten Bipolartechnologie beispielhaft dargestellt werden,
wie mit Hilfe verschiedener Makromodellierungstechniken obengenannte Problemstellung gelöst werden kann. Dabei ist zu
bemerken, daß auf Grund der bei diesem Transistor vorhandenen Isolationstechnik, ein verhältnismäßig geringer
Substrateffekt auftritt. Bei Lateraltransistoren herkömmlicher CMOS-Technologien liegen oft ungünstigere
Verhältnisse vor. Die nachfolgenden Abbildungen zeigen den Vergleich von gemessenen und simulierten Daten aller drei
Stromkomponenten Ib, Ic/Ie und Is im Vorwärts- und Reverse-Betrieb.
Wie zu erkennen ist, hält sich auf Grund der vollständigen Isolierung des Transistors, der Substratstrom im
Vorwärtsbetrieb in Maßen. Im Reversfall ergeben sich jedoch große Fehler bei Nichtberücksichtigung dieser
Stromkomponente - das Modell ohne Substratstrom spiegelt über einen großen Emitterstrombereich eine zu große
Stromverstärkung vor.
Wenn auch der inverse Betriebsfall wohl kaum bewußt angewendet wird, muß jedoch beachtet werden, daß
im Sättigungsfall die Kollektorkomponente zu wirken beginnt. Folgendes Beispiel zeigt das Ergebnis eines einfachen
PNP-Stromspiegels (ohne Symmetrie-Verbesserung) dessen Ausgangstransistoren in die Sättigung getrieben werden.
Aus der Vergleichssimulation ist ersichtlich, daß allein durch die Nichteinbeziehung der Substratstromkomponente ein
zusätzlicher Spiegelfehler von 2% im Normalbetrieb, sowie größer als 15% im Sättigungsfall auftreten kann.
Sollten die Isolationsverhältnisse noch ungünstiger sein, ist mit noch schlechteren Ergebnissen zu rechnen.
Wenn auch in dieser kurzen Beispielrechnung ausschließlich auf Gleichstrombelange eingegangen wurde, sollten die Auswirkungen auf die Wechselstromparameter der pnp-Transistoren, die vorwiegend als aktive Lasten eingesetzt werden, nicht unerwähnt bleiben. Weiterhin kann es unter bestimmten Vorraussetzungen auch erforderlich sein, Abschätzungen zu Substratströmen vorzunehmen. Dies ist zum Beispiel bei der Ermittlung des Stromverbrauchs von Schaltungsblöcken sowie bei Untersuchungen der Auslösemechanismen von Latch-Up bei BiCMOS notwendig.
Das am Beispiel eines pnp-Transistors vorgestellte Makromodell kann ohne weiteres auf npn-Transistoren angewendet werden, es
liegt im Syntax für alle wichtigen SPICE-Simulatoren vor und kann auf Grund der einfachen Struktur und der wenigen
Zusatzparameter leicht parametrisiert werden.