專利名稱：AlGaN/GaN HEMT小信號模型的參數(shù)提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種參數(shù)提取方法，尤其涉及ー種AIGaN/GaN HEMT小信號模型的參數(shù)提取方法，屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
AIGaN/GaN HEMT小信號模型是建立大信號模型的基礎(chǔ)，而小信號模型參數(shù)的提取方法是決定小信號模型是否準(zhǔn)確的主要因素。小信號模型參數(shù)是由小信號模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定的，包括外圍寄生參數(shù)和內(nèi)部本征參數(shù)。一般情況下，外圍寄生參數(shù)是線性元件，也就是不隨外界偏置電壓和頻率的改變而改變的，主要包括串聯(lián)寄生電阻I g，I d，I s;串聯(lián)寄生電感Lg，Ld, Ls，外圍寄生電容Cpg，Cpd和Cpgd。內(nèi)部本征參數(shù)是非線性元件，會(huì)隨著外界偏置電壓和頻率的改變而發(fā)生變化，主要包括內(nèi)部柵電容Cgs、Cgd，源漏電流源Ids由跨導(dǎo)gm和其延遲因子、表征，源漏電導(dǎo)^ls和其延遲因子Tds。漏源電容Cds和柵源溝道電阻氏隨著外界偏壓的變化很小，可以認(rèn)為是線性參數(shù)。在小信號激勵(lì)的情況下，內(nèi)部本征元件的變化也可以等效為線性變化的元件，這樣小信號模型所有參數(shù)在固定的偏置狀態(tài)下都有確定的數(shù)值，用來表征特定狀態(tài)下器件的高頻特性。小信號模型與器件的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有關(guān)，而器件的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)表征了器件本身的物理特性，也就是說每ー個(gè)小信號模型參數(shù)都具有特定的物理意義，這樣就能夠反映出器件的物理結(jié)構(gòu)特征和特定的物理解釋，這些也與器件制作過程中的每ー步エ藝參數(shù)緊密的聯(lián)系起來，物理參數(shù)的變化可以導(dǎo)致小信號模型參數(shù)的改變，而小信號模型參數(shù)也能夠指導(dǎo)エ藝步驟，改進(jìn)器件的結(jié)構(gòu)，指導(dǎo)器件性能改進(jìn)的方向；小信號模型反映了特定偏置下的高頻特性，也是建立大信號模型的必要步驟，所以小信號模型參數(shù)的提取也關(guān)系到大信號模型的準(zhǔn)確性，而大信號模型在特定偏置下也能夠反映出小信號特性。對于GaN HEMT器件，由于是新材料和器件，與傳統(tǒng)的エ藝步驟有些不同的地方，每一步的エ藝準(zhǔn)確性的監(jiān)測很重要，而在器件制作完成后，等效電路模型可以整體表征器件特性，反映器件性能，整體評估該エ藝流程中的器件各種特性。小信號等效電路在電路中可以仿真特定偏置狀態(tài)的S參數(shù)，得到器件和電路的増益，可以用于設(shè)計(jì)小信號放大器等應(yīng)用。所以，對小信號等效電路的研究很有意義，因此小信號等效電路參數(shù)的提取方法就變得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了把器件的物理拓?fù)浜偷刃щ娐穮?shù)聯(lián)系起來，同時(shí)也為器件的大信號模型的建立提供必要的基礎(chǔ)，提供了ー種AIGaN/GaN HEMT小信號模型的參數(shù)提取方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下ー種MGaN/GaN HEMT小信號模型的參數(shù)提取方法包括步驟10 測量外圍開路去嵌電路的散射參數(shù)S，并將其變換得到導(dǎo)納參數(shù)Y，從而計(jì)算出外圍寄生電容Cpg、Cpd和Cpgd的數(shù)值，所述外圍開路去嵌電路包括外圍寄生電容Cpg、 Cpd和Cpgd，所述外圍寄生電容Cpgd串聯(lián)Cpg和Cpd之間；步驟20 在Vgs > 0，Vds = OV的偏置狀態(tài)下，選擇兩組AlGaN/GaN HEMT器件的柵電壓值分別為Vgsl和Vgs2，測試得到兩組分別與兩組柵電壓值對應(yīng)的且小于IOmA的電流值 Igsl和Igs2，電流值Igsl和Igs2的大小比較接近，再測量柵電壓值分別為Vgsl和Vgs2時(shí)的S參數(shù)，并將其變換得到阻抗參數(shù)Z，再計(jì)算得到串聯(lián)寄生電阻和串聯(lián)寄生電感的數(shù)值；步驟30 測量AlGaN/GaN HEMT器件在偏置狀態(tài)下的S參數(shù)，去除步驟10中計(jì)算出的外圍寄生電容Cpg、Cpd和Cpgd和步驟20得到的串聯(lián)寄生電阻Rg、Rd、Rs和串聯(lián)寄生電感 Lg、Ld、Ls，得到內(nèi)部參數(shù)的本征S參數(shù)，并將其變換得到Y(jié)參數(shù)，再計(jì)算得到偏置狀態(tài)下的內(nèi)部本征參數(shù)柵電容Cgs、Cgd，跨導(dǎo)gm及其延遲因子τ m，源漏電導(dǎo)も及其漏端延遲因子Tds， 漏源電容Cds和柵源溝道電阻氏的數(shù)值。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。進(jìn)一歩，所述步驟10計(jì)算出外圍寄生電容Cpg、Cpd和Cpgd的數(shù)值的過程包括將S 參數(shù)變換得到Y(jié)參數(shù)，并根據(jù)公式(1) (3)Im(Y11) = ω (Cpg+Cpgd)(1)Im(Y12) = Im(Y21) = -QCpgd(2)Im(Y22) = ω (Cpd+Cpgd)(3)計(jì)算得到外圍寄生電容Cpg、Cpd和Cpgd的數(shù)值分別為
權(quán)利要求
1.ー種MGaN/GaN HEMT小信號模型的參數(shù)提取方法，其特征在干，所述參數(shù)提取方法包括步驟10 測量外圍開路去嵌電路的散射參數(shù)S，并將其變換得到導(dǎo)納參數(shù)Y，從而計(jì)算出外圍寄生電容Cpg、Cpd和Cpgd的數(shù)值，所述外圍開路去嵌電路包括外圍寄生電容Cpg、Cpd和 Cpgd，所述外圍寄生電容Cpgd串聯(lián)Cpg和Cpd之間；步驟20 在Vgs > 0，Vds = OV的偏置狀態(tài)下，選擇兩組AlGaN/GaN HEMT器件的柵電壓值分別為Vgsl和Vgs2，測試得到兩組分別與兩組柵電壓值對應(yīng)的且小于IOmA的電流值Igsl 和Igs2，再測量柵電壓值分別為Vgsl和Vgs2時(shí)的S參數(shù)，并將其變換得到阻抗參數(shù)Z，再計(jì)算得到串聯(lián)寄生電阻和串聯(lián)寄生電感的數(shù)值；步驟30 測量AlGaN/GaN HEMT器件在偏置狀態(tài)下的S參數(shù)，去除步驟10中計(jì)算出的外圍寄生電容Cpg、Cpd和Cpgd和步驟20得到的串聯(lián)寄生電阻Rg、Rd、Rs和串聯(lián)寄生電感Lg、 Ld、Ls，得到內(nèi)部參數(shù)的本征S參數(shù)，并將其變換得到Y(jié)參數(shù)，再計(jì)算得到偏置狀態(tài)下的內(nèi)部本征參數(shù)柵電容Cgs、Cgd，跨導(dǎo)gm及其延遲因子τ m，源漏電導(dǎo)も及其漏端延遲因子Tds，漏源電容Cds和柵源溝道電阻氏的數(shù)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的AWaN/GaNHEMT小信號模型的參數(shù)提取方法，其特征在干， 所述步驟10計(jì)算出外圍寄生電容Cpg、Cpd和Cpgd的數(shù)值的過程包括將S參數(shù)變換得到Y(jié)參數(shù)，并根據(jù)公式⑴ (3)Im(Y11) = “ (Cpg+Cpgd)(1)Im(Y12) = Im(Y21) = - ω Cpgd(2)Im(Y22) = ω (Cpd+Cpgd)(3)計(jì)算得到外圍寄生電容Cpg、Cpd和Cpgd的數(shù)值分別為
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MGaN/GaNHEMT小信號模型的參數(shù)提取方法，其特征在干， 所述步驟20中選擇的兩組AlGaN/GaN HEMT的柵電壓值均大于MGaN/GaN HEMT的肖特基電壓，同時(shí)兩組AlGaN/GaN HEMT的柵電壓值對應(yīng)的電流值均小于10mA。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的MGaN/GaNHEMT小信號模型的參數(shù)提取方法，其特征在干， 所述步驟20在Vgs > 0，Vds = OV的偏置狀態(tài)下，AlGaN/GaN HEMT器件的等效電路包括串聯(lián)寄生電阻Rg、Rd和Rs，串聯(lián)寄生電感Lg、Ld和Ls，多個(gè)柵端分布電阻Δ Rgs,多個(gè)柵端分布電容ACg，多個(gè)溝道分布電阻AR。h和多個(gè)溝道分布電容ACds，其中，柵端分布電阻AI^gs和柵端分布電容Δ Cg相并聯(lián)形成柵端分布并聯(lián)單元，多個(gè)所述柵端分布并聯(lián)單元相互并聯(lián)后與串聯(lián)寄生電阻&相串聯(lián)，所述串聯(lián)寄生電阻&和串聯(lián)寄生電感Lg相串聯(lián)，溝道分布電阻 Δ Rch和溝道分布電容Δ Cds相并聯(lián)形成溝道分布并聯(lián)單元，多個(gè)所述溝道分布并聯(lián)單元相互串聯(lián)后一端與串聯(lián)寄生電阻ル相串聯(lián)，另一端與串聯(lián)寄生電阻Rs相串聯(lián)，所述串聯(lián)寄生電阻ル和串聯(lián)寄生電感Ld相串聯(lián)，所述串聯(lián)寄生電阻Rs和串聯(lián)寄生電感Ls相串聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的MGaN/GaNHEMT小信號模型的參數(shù)提取方法，其特征在干， 所述步驟20將Vgsl和Vgs2時(shí)的兩組S參數(shù)變換得到兩組Z參數(shù)分別為Z1^nZf1，再根據(jù)公式
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MGaN/GaN HEMT小信號模型的參數(shù)提取方法，其特征在干， 所述步驟30計(jì)算得到偏置狀態(tài)下的內(nèi)部本征參數(shù)值柵電容Cgs、Cgd，跨導(dǎo)gm及其延遲因子 τ m，源漏電導(dǎo)^ls及其漏端延遲因子τ ds，漏源電容Cds和柵源溝道電阻氏的過程包括在將內(nèi)部參數(shù)的本征S參數(shù)變換得到Y(jié)參數(shù)，并根據(jù)公式(10) (13)
全文摘要
本發(fā)明涉及一種AlGaN/GaN HEMT小信號模型的參數(shù)提取方法，屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域。所述參數(shù)提取方法是在傳統(tǒng)的參數(shù)提取方法基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)，采取開路去嵌圖形進(jìn)行外圍寄生參數(shù)的提取，引入柵端肖特基電阻提取寄生電阻和電感，引入漏端延時(shí)因子提取內(nèi)部本征參數(shù)，保證所提取的參數(shù)都是正值，并且都有物理意義，從而改善了小信號參數(shù)的S參數(shù)中S11和S22，在參數(shù)提取的過程中和兩項(xiàng)經(jīng)常容易出現(xiàn)負(fù)值，和的引入基本上消除它們出現(xiàn)負(fù)值的可能性，這些改進(jìn)使得提取的參數(shù)精確度有了很大提高。
文檔編號G06F17/50GK102542077SQ201010589028
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
發(fā)明者劉新宇, 龐磊, 羅衛(wèi)軍, 蒲顏, 袁婷婷, 陳曉娟 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所