InP HBT小信號模型的參數提取方法技術

本發明專利技術公開了一種InP?HBT小信號模型的參數提取方法，主要解決現有技術的提取過程繁雜、提取結果不夠精確的問題。其技術方案是，采用開路焊點結構和短路焊點結構，對等效電路分析，進行寄生參數的提取；采用集電極開路狀態，對等效電路分析，進行外部電阻參數的提取；運用電路網絡理論，分析InP?HBT器件本征部分的散射參數S、阻抗參數Z、導納參數Y；采用層層剝離的方法，為每一個本征模型參數確定一個固定的表達式，進行提取本征參數。本發明專利技術具有提取參數精確、快速且直觀的優點。仿真結果表明，本發明專利技術提取的小信號模型結果與實際器件測試結果的散射參數S能很好的擬合，可用于指導電路設計以及確定大信號模型外圍電路。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于微電子器件
，涉及參數的提取方法，尤其涉及一種，可用于集成電路的設計。
技術介紹
InP HBT是指磷化銦異質結雙極型晶體管，這種器件具有頻率特性好、擊穿電壓高等特點，近年來得到了深入的研究，器件特性得到了很大的提高。由于InP HBT優越的特性，在高速數字電路，微波毫米波電路和數模混合電路中有著廣泛的應用。隨著InP HBT應用的不斷開拓，建立精確的小信號模型以及快速精確的參數提取方法，對InP HBT的電路設計具有十分重要的意義。同時，HBT小信號模型也是建立大信號模型的基礎。小信號模型參數由InP HBT小信號模型的拓撲結構決定的，而InP HBT的拓撲結構表征了器件本身的物理特性，也就是每一個小信號模型參數都具有物理意義，這些參數包括寄生參數、本征參數和外部電阻參數。其中，寄生參數包括:基極寄生電阻Rbpad，集電極寄生電阻R(；pa(i，發射極寄生電阻R(；pad，基極寄生電感Lbpad,集電極寄生電感Lepad,發射極寄生電感Lepad,集-射結寄生電容CPM，基-射結寄生電容Cpbe,基-集結寄生電容Cpb。；本征參數包括:基-射結電容Cbe，基-集結內電容Cbcd，基-集結外電容Cbc;x，基極內電阻Rbi，基-射結動態電阻Rbe，基-集結動態電阻Rb。；互導gm(l，延遲時間τ ;外部電阻參數包括:發射極電阻R6，基極外電阻Rb，集電極電阻R。。所述的寄生參數和外部電阻參數均與偏置無關，而本征參數與偏置有關。目前，已有不少有關InPHBT小信號模型參數提取方法的報道。這些提取方法歸納起來大致可以分為數值優化法和直接提取法兩大類。數值優化法可以借助于計算機輔助軟件來實現，模型參數完全通過數值分析和最優化得到，但是計算量很大，而且提取結果與實驗結果相差明顯；直接提取 法在確定的模型拓撲基礎上推導其散射參數S、阻抗參數Z和導納參數Y表達式，并在此基礎上對相關表達式做出不同的近似和假設，以實驗數據為依據提取模型參數，提取的參數有簡明清晰的物理意義，并且具有比較好的精度和較寬頻帶范圍的適用性，但是傳統的直接提取法推導參數的過程比較繁瑣，造成InP HBT小信號模型參數的不能精確、快速的提取，影響電路設計和大信號模型的建立。
技術實現思路
針對以上的不足，本專利技術提出了一種磷化銦異質結雙極型晶體管小信號模型的參數提取方法，以簡化推導參數的過程，提高小信號模型參數的提取速度和精度。為實現上述目的，本專利技術的技術方案包括如下步驟:(I)采用開路結構和短路結構提取寄生參數:(Ia)分別測量InP HBT器件在開路焊點結構下的散射參數Stj和在短路焊點結構下的散射麵Ss，其中& ο^12I;^an J V a^sziJ(Ib)利用散射參數計算器件的寄生參數:(Ibl)通過網絡參數變換公式對開路焊點結構下測量出的散射參數Stj進行變換，得到開路焊點結構下的導納參數 的元素進行加減運算并取虛部， 計算出InP HBT器件的集-射結寄生電容Cpm，基-射結寄生電容Cpbe和基-集結寄生電容Cpbc ;(lb2)利用短路焊點結構下的散射參數Ss，通過網絡參數變換公式將其變換得到 短路焊點結構下的導納參數:本文檔來自技高網...

【技術保護點】
（1）采用開路結構和短路結構提取寄生參數：（1a）分別測量InP?HBT器件在開路焊點結構下的散射參數SO和在短路焊點結構下的散射參數SS，其中SO=SO11SO12SO21SO22,SS=SS11SS12SS21SS22;（1b）利用散射參數計算器件的寄生參數：（1b1）通過網絡參數變換公式對開路焊點結構下測量出的散射參數SO進行變換，得到開路焊點結構下的導納參數：YO=YO11YO12YO21YO22;對YO的元素進行加減運算并取虛部，計算出InP?HBT器件的集?射結寄生電容Cpce，基?射結寄生電容Cpbe和基?集結寄生電容Cpbc；（1b2）利用短路焊點結構下的散射參數SS，通過網絡參數變換公式將其變換得到短路焊點結構下的導納參數：YS=YS11YS12YS21YS22,用短路焊點結構下的導納參數YS減去開路結構焊點下的導納參數YO，得到新的導納參數：YSO=YSO11YSO12YSO21YSO22,通過網絡參數變換公式將新的導納參數YSO變換得到新的阻抗參數：ZSO=ZSO11ZSO12ZSO21ZSO22,對ZSO的元素進行加減運算并取實部或取虛部，計算出InP?HBT器件的基極寄生電阻Rbpad，集電極寄生電阻Rcpad，發射極寄生電阻Repad，及基極寄生電感Lbpad，集電極寄生電感Lcpad，發射極寄生電感Lepad；（2）采用集電極開路的方法提取外部電阻參數：置InP?HBT器件處于需要提取的小信號偏置下，測量出此時的完整模型散射參數Sa，去除步驟（1）中計算出的寄生參數，得到完整模型去除寄生參數后的阻抗參數ZC=ZC11ZC12ZC21ZC22,使InP?HBT器件器件處于集電極開路狀態，通過對集電極開路狀態下的等效電路分析，以及對集電極開路狀態下的阻抗參數ZC的元素進行加減運算并取實部，計算得到InP?HBT器件的發射極外電阻Re，基極外電阻Rb，集電極外電 阻Rc，其中SC=SC11SC12SC21SC22;（3）提取本征參數：（3a）去除步驟（2）中計算出的外部電阻參數，得到本征部分的阻抗參數：Zin=Zin11Zin12Zin21Zin22,通過網絡參數變換公式將本征部分的阻抗參數Zin變換得到本征部分的導納參數：Yin=Yin11Y1in12Yin21Yin22,其中Sa=Sa11Sa12Sa21Sa22;（3b）運用電路網絡理論，對InPHBT本征部分的散射參數Sin、阻抗參數Zin和導納參數Yin的元素進行加減運算并取虛部或實部，采用層層剝離的方法計算出InP?HBT器件的基?射結電容Cbe，基?集結內電容Cbci，基?集結外電容Cbcx，基極內電阻Rbi，基?射結動態電阻Rbe，基?集結動態電阻Rbc，互導gm0，延遲時間τ；（4）將上述步驟已經提取出的寄生參數、外部電阻參數和本征參數這三個參數與小信號模型拓撲結構相結合，得到完整的InP?HBT器件小信號模型，進而用于電路設計及InP?HBT器件的大信號模型建立。...

【技術特征摘要】
1.(I)采用開路結構和短路結構提取寄生參數: (Ia)分別測量InP HBT器件在開路焊點結構下的散射參數Stj和在短路焊點結構下的散射參數Ss，其中2.根據權利要求1所述的InPHBT小信號模型的參數提取方法，其特征在于步驟(Ibl)所述的通過網絡參數變換公式對開路焊點結構下測量出的散射參數Stj進行變換，得到開路焊點結構下的導納參數:3.根據權利要求1所述的InPHBT小信號模型的參數提取方法，其特征在于步驟(Ibl)所述的計算出InP HBT器件的集-射結寄生電容Cpm，基-射結寄生電容Cpbe和基-集結寄生電容Cpb。，按如下步驟進行: 首先，由InP HBT器件開路焊點結構下的等效電路，得到開路焊點結構下的導納參數Y’ 0的矩陣式為:4.根據權利要求1所述的InPHBT小信號模型的參數提取方法，其特征在于所述步驟(lb2)中的通過網絡參數變換公式對短路焊點結構下測量出的散射參數Ss進行變換，得到短路焊點結構下的導納參數Ys，通過網絡參數變換公式將新的導納參數Ym變換得到新的阻抗參數ZS()，按如下步驟進行: (lb21)根據焊點結構下測量出的散射參數Ss，通過如下網絡參數變換公式求出導納參數矩陣式Ys中每個元素，即:5.根據權利要求1所述的InPHBT小信號模型的參數提取方法，其特征在于步驟(lb2)所述的計算出InP HBT器件的基極寄生電阻Rbpad，集電極寄生電阻Rciad，發射極寄生電阻Repiid，及基極寄生電感Lbpad，集電極寄生電感Lepad,發射極寄生電感Lepad,按如下步驟進行: (lb23)由InP HBT器件開路焊點結構下的等效電路和短路焊點結構下的等效電路，得到阻抗參數z’ SQ的矩陣式為:6.根據權利要求1所述的InPHBT小信號模型的參數提取方法，其特征在于步驟(2)所述的去除步驟(I)中...

【專利技術屬性】
技術研發人員：呂紅亮，周威，張金燦，張玉明，張義門，劉一峰，
申請(專利權)人：西安電子科技大學，
類型：發明
國別省市：