一種新型晶體管小信號等效電路模型制造技術

本發明專利技術公開了一種新型晶體管小信號等效電路模型，其特征在于，該模型的寄生部分包含極內寄生電容元件，本征部分包含本征電感元件。晶體管屬于場效應晶體管時，極內寄生電容元件包含于柵極寄生單元、漏極寄生單元、源極寄生單元中的一者、兩者或三者，本征電感元件包含于柵源極間本征單元、柵漏極間本征單元、漏源極間本征單元中的一者、兩者或三者；晶體管屬于雙極型晶體管時，極內寄生電容元件包含于基極寄生單元、集電極寄生單元、發射極寄生單元中的一者、兩者或三者，本征電感元件包含于基極發射極極間本征單元、基極集電極極間本征單元、集電極發射極極間本征單元中的一者、兩者或三者。該等效電路模型可以提高仿真同測試結果的擬合精度。

【技術實現步驟摘要】
一種新型晶體管小信號等效電路模型所屬
本專利技術涉及晶體管的器件模型，特別是晶體管的小信號等效電路模型。
技術介紹
晶體管模型主要包括兩大類型，物理模型和等效電路模型。其中，等效電路模型是對晶體管進行模擬仿真的一種通用、有效的模型，建立準確的等效電路模型是電路設計成功的關鍵，也是提高電路性能、縮短研制周期、提高設計成功率和成品率、降低研制生產成本的核心因素。晶體管主要分為兩大類:場效應晶體管和雙極型晶體管。雖然兩者的工作機制有所不同，但兩者的小信號等效電路模型仍有很多相似之處。其中，場效應晶體管包括金屬-氧化物-半導體晶體管(MOSFET)、金屬-半導體晶體管(MESFET)、高電子遷移率晶體管(HEMT)，以及贗高電子遷移率晶體管(PHEMT)等。雙極型晶體管包括同質結雙極型晶體管(BJT)和異質結雙極性晶體管(HBT)。本專利技術主要是針對晶體管的小信號等效電路模型，特別是在晶體管工作頻率升高了之后，提出針對聞頻工作下晶體管的聞級寄生效應，包括極內寄生電容效應和本征電感效應，從而實現對晶體管的聞精度仿真。以下，我們通過對場效應晶體管和雙極晶體管兩大類傳統模型技術的分析，介紹傳統晶體管小信號等效電路模型所沒有考慮的某些高頻寄生效應，并說明本專利技術思想的新穎性。隨著晶體管制備技術的進步，晶體管的工作頻率一直在提升。傳統等效電路模型主要針對低頻下的物理效應，將無法精確表達高頻下的寄生效應。例如，在低頻下一段導線可以用電阻來表征，但在高頻下電流將產生趨膚效應，從而導致寄生電容、電感的高級效應。針對場效應晶體管的傳統小信號等效電路模型，專利技術專利(Roger S.Tsal，“SEM1-PHYSICAL MODELING OF HEMT HIGH FREQUENCY SMALL SIGNAL EQUIVALENT CIRCUITMODELS”，US200200077258A1, Jan.17，2002，參考專利 I)提出了一種 HEMT 小信號等效電路模型半物理建模方法。該專利技術專利中采用的等效電路模型包括寄生部分和本征部分兩部分，其中，寄生部分包括柵極寄生電感、柵極寄生電阻、漏極寄生電感、漏極寄生電阻、源極寄生電感、源極寄生電阻；本征部分包括柵漏電容、柵源電容、電壓控制電流源、漏源電阻、漏源電容、溝道電阻、柵漏電阻、柵源泄露電阻以及柵漏泄露電阻。該專利技術專利考慮的電感效應體現在寄生部分，包括柵極寄生電感，漏極寄生電感以及源極寄生電感，但專利中對本征部分的電感效應卻沒有考慮。本征部分的電感效應反映了晶體管內部電流產生的電感，并可以通過柵源本征電感、柵漏本征電感、漏源本征電感的形式體現。我們在隨后的測試結果與仿真結果的比較中，說明僅僅通過寄生電感無法實現等效電路模型和測試結果之間的高精度擬合。此外，參考專利I考慮的電容相應主要體現在本征部分，包括柵漏電容、柵源電容、漏源電容，但沒有考慮寄生部分電容。隨著晶體管工作頻率的增加，寄生部分的電容不能忽略。論文(Fan Qian, Jacob H.Leach, and Hadis Morkoc, “Small signal equivalentcircuit modeling for AlGaN/GaN HFET:Hybrid extraction method for determiningcircuit elements of AlGaN/GaN HFET”，Proceedings of the IEEE, 98 (7): 1140-1150, 2010,參考文獻I)介紹了氮化鎵(GaN)場效應管關鍵元件的混合提取方法，該論文采用了一種包含18個元件的等效電路模型，同參考專利I采用的等效電路模型相比，增加考慮了柵極寄生電容、漏極寄生電容。相比于參考專利1，該論文的模型精度雖然有了改善，但仍沒有包括高頻下具有重要影響的極內寄生電容效應和本征電感效應。另外一種晶體管小信號等效電路模型包含22個元件，請參照論文(A.Jarndal A，G..Kompa, “A new small-signal modeling approach applied to GaN devices，，，MicrowaveTheory and Techniques, IEEE Transactions on, 53 (11):3440-3448, 2005,參考文獻 2)。該論文基于分布式模型的思想，相比于參考文獻I中的等效電路模型，額外考慮了柵極、漏極以及源極的極間寄生電容，主要體現在考慮了柵源極間寄生交疊電容、柵漏極間寄生交疊電容、漏源極間寄生交疊電容，從而能更好的表征寄生效應。該論文可以比較精確地反映低頻下寄生部分電容效應，但極內寄生電容效應卻沒有被考慮。極內寄生電容是由高頻下電極內的電流廣生的一種聞級寄生電容效應，這部分的聞級寄生電容效應在聞頻下對晶體管模型的貢獻將不能忽略。另外，該論文對本征部分的電感效應也沒有考慮。在參考文獻2 的基礎上，論文(R.James Shealy, Jiali Wang, and Richard Brown,“Methodology for small-signal model extraction of AlGaN HEMTs”，Electron Devices,IEEE Transactions on, 55 (7):1603-1613, 2008，參考文獻3)，認為極間寄生交疊電容可以被相應端口上的對地寄生電容所吸收，近似地將極間寄生交疊電容移到相應端口寄生電阻內側，這樣等效電路模型就可以拆分成多個相對獨立的部分，從而簡化參數提取過程。該論文的等效電路模型結構同參考文獻2相比，雖然拓撲上有所不同，但所考慮的物理效應類似，雖然可比較精確地仿真低頻下的晶體管模型，但卻沒有考慮高頻下的極內寄生電容以及本征電感效應效應。論文(AndreasR.Alt, Marti Diego, and C.R.Bolognesi, “Transistor Modeling:Robust Small-Signal Equivalent Circuit Extraction in Various HEMT Technologies，，，Microwave Magazine, IEEE, 14 (4):83-101, 2013,參考文獻 4)提出 了一種 HEMT 晶體管的小信號等效電路模型。該模型在寄生部分考慮了柵極、漏極襯底損耗電阻以表征柵極、漏極襯底損耗，寄生部分同參考文獻2 —樣包括了分布式電容效應。同參考文獻2相比該論文模型精度有所提高，但也也同樣沒有包括高頻下具有重要影響的極內寄生電容效應和本征電感效應。針對雙極晶體管的小信號等效電路模型，特別是磷化銦(InP)雙異質結雙極晶體管(HBT)，請參照專利(呂紅亮，等，“ InP HBT小信號模型的參數提取方法”，201310028044.0，2013年，參考專利2)，該專利的小信號等效電路模型包括寄生部分、本征部分和外部電阻三部分。該模型在寄生部分考慮了基極、集電極、發射極的寄生電阻、電感、電容；本征部分考慮了基射結電容、基集結內電容、基集結外電容、基極內電阻、基射結電阻、基集結電阻，跨導；外部電阻部分考慮了基極外本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種新型晶體管小信號等效電路模型，包含寄生部分和本征部分，其特征在于，所述新型晶體管小信號等效電路模型的寄生部分包含極內寄生電容元件，本征部分包含本征電感元件。

【技術特征摘要】
1.一種新型晶體管小信號等效電路模型，包含寄生部分和本征部分，其特征在于， 所述新型晶體管小信號等效電路模型的寄生部分包含極內寄生電容元件，本征部分包含本征電感元件。2.根據權利要求1所述新型晶體管小信號等效電路模型，其特征在于， 所述新型晶體管小信號等效電路模型的晶體管屬于場效應晶體管，所述新型晶體管小信號等效電路模型包括寄生部分和本征部分，其中，寄生部分包括柵極寄生單元、漏極寄生單元、柵漏極間寄生單元、源極寄生單元，本征部分包括柵源極間本征單元、柵漏極間本征單元、漏源極間本征單元； 所述極內寄生電容元件包含于柵極寄生單元、漏極寄生單元、源極寄生單元中的一者、兩者或三者； 所述本征電感元件包含于柵源極間本征單元、柵漏極間本征單元、漏源極間本征單元中的一者、兩者或三者； 所述柵極寄生單元位于柵極外節點(G)、柵極內節點(G')之間，并與柵極外節點(G)、柵極內節點(G')相連接；所述漏極寄生單元位于漏極外節點(D)、漏極內節點(D')之間，并與漏極外節點(D)、漏極內節點(D')相連接；所述源極寄生單元位于源極外節點(S)、源極內節點(S')之間，并與源極外節點(S)、源極內節點(S')相連接，且位于柵極寄生單元與漏極寄生單元之間，并與柵極寄生單元與漏極寄生單元相連接；所述柵漏極間寄生單元位于柵極寄生單元、漏極寄生單元之間，并與柵極寄生單元、漏極寄生單元相連接； 所述柵源極間本征單元位于柵極內節點(G')、源極內節點(S')之間，并與柵極內節點(G')、源極內節點(S')相連接；所述柵漏極間本征單元位于柵極內節點(G')、漏極內節點(D')之間，并與柵極內節點(G')、漏極內節點(D')相連接；所述漏源極間本征單元位于漏極內節點(D')、源極內節點(S')之間，并與漏極內節點(D')、源極內節點(S')相連接。3.根據權利要求1所述新型晶體管小信號等效電路模型，其特征在于， 所述新型晶體管小信號等效電路模型的晶體管屬于雙極型晶體管，所述新型晶體管小信號等效電路模型包括寄生部分、外部電阻部分和本征部分，其中，寄生部分包括基極寄生單元、集電極寄生單元、基極集電極極間寄生單元、發射極寄生單元，外部電阻部分包括基極外電阻、集電極電阻、發射極電阻，本征部分包括基極內電阻、基極集電極結外電容、基極發射極極間本征單元、基極集電極極間本征單元、集電極發射極極間本征單元； 所述極內寄生電容元件包含于基極寄生單元、集電極寄生單元、發射極寄生單元中的一者、兩者或三者； 所述本征電感元件包含于基極發射極極間本征單元、基極集電極極間本征單元、集電極發射極極間本征單元中的一者、兩者或三者； 所述基極寄生單元位于基極寄生節點(B)、基極外部電阻節點(B')之間，并與基極寄生節點(B)、基極外部電阻節點(B')相連接；所述集電極寄生單元位于集電極寄生節點(C)、集電極外部電阻節點(Ci )之間，并與集電極寄生節點(C)、集電極外部電阻節點(C')相連接；所述發射極寄生單元位于發射極寄生節點(E)、發射極外部電阻節點(E')之間，并與發射極寄生節點(E)、發射極外部電阻節點(E')相連接，且位于于基極寄生單元、集電極寄生單元之間，并與基極寄生單元與集電極寄生單元相連接；所述基極集電極極間寄生單元位于基極寄生單元、集電極寄生單元之間，并與基極寄生單元、集電極寄生單元相連接； 所述基極外電阻位于基極外部電阻節點(B')、基極結外節點(B)之間...

【專利技術屬性】
技術研發人員：姜楠，黃風義，張有明，
申請(專利權)人：上海傲亞微電子有限公司，
類型：發明
國別省市：上海;31