本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造領(lǐng)域，尤其涉及一種FET微波噪聲模型建立方法。
背景技術(shù)：
：器件模型在電路設(shè)計(jì)中起著至關(guān)重要的作用，在電路設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)之間發(fā)揮著橋梁的作用，隨著電路工作頻率進(jìn)入微波以及更高頻段，傳統(tǒng)的以經(jīng)驗(yàn)為主的設(shè)計(jì)方法越來越不能滿足電路設(shè)計(jì)的要求，因而獲得精確的器件模型將顯得越來越重要。場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)的微波噪聲模型主要用于設(shè)計(jì)微波低噪聲放大器，精確的FET小信號(hào)模型是建立噪聲模型的基礎(chǔ)，但傳統(tǒng)的小信號(hào)等效電路模型采用集總參數(shù)網(wǎng)絡(luò)來模擬FET的外部寄生參數(shù)和本征參數(shù)，在等效電路網(wǎng)絡(luò)參數(shù)提取過程中，需要在多種偏置條件下進(jìn)行DC和RF測(cè)量后提取參數(shù)初值，然后還需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行多次迭代和優(yōu)化，提取流程復(fù)雜，而且參數(shù)很容易落入局部最小值，導(dǎo)致錯(cuò)誤或不具有物理意義的值，對(duì)建模人員的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)要求很高。因此，現(xiàn)有技術(shù)中器件模型的建立流程復(fù)雜，且不夠精確，影響電路設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性的技術(shù)問題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明實(shí)施例通過提供一種FET微波噪聲模型建立方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中器件模型的建立流程復(fù)雜，且不夠精確，影響電路設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性的技術(shù)問題。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種FET微波噪聲模型建立方法，包括如下內(nèi)容：S101，將FET電極劃分為四個(gè)區(qū)域，分別為柵極輸入結(jié)構(gòu)、漏極輸出結(jié)構(gòu)、源極接地結(jié)構(gòu)、有源區(qū)電極，采用全波電磁場(chǎng)方法模擬微波信號(hào)在所述FET電極中的傳輸特性，獲得各個(gè)區(qū)域的S參數(shù)；S102，將FET有源區(qū)電極轉(zhuǎn)換為等效電路模型，所述等效電路模型包括與外部連接的三個(gè)連接端口，將S101中獲得的柵極輸入結(jié)構(gòu)的S參數(shù)、漏極輸出結(jié)構(gòu)的S參數(shù)以及源極接地結(jié)構(gòu)的S參數(shù)分別接入等效電路模型的三個(gè)連接端口，獲得FET無源電極模型；S103，對(duì)FET進(jìn)行在片測(cè)試，獲得小信號(hào)和噪聲測(cè)試數(shù)據(jù)，并基于所述測(cè)試數(shù)據(jù)，經(jīng)過去嵌入處理，獲得FET本征部分的小信號(hào)參數(shù)和噪聲源；S104，將S103中獲得的小信號(hào)參數(shù)和噪聲源，按照端口對(duì)應(yīng)關(guān)系，接入S102獲得FET無源電極模型中，獲得FET的微波噪聲模型。進(jìn)一步地，在S101中，所述FET電極的柵極輸入結(jié)構(gòu)、漏極輸出結(jié)構(gòu)以及有源區(qū)電極分別簡(jiǎn)化為一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)。進(jìn)一步地，S102之前具體包括：根據(jù)S101中有源區(qū)電極獲得的S參數(shù)，將所述S參數(shù)轉(zhuǎn)換為Z參數(shù)；基于所述Z參數(shù)，計(jì)算所述有源區(qū)電極的寄生參數(shù)；根據(jù)所述寄生參數(shù)，執(zhí)行S102。進(jìn)一步地，在S102之后，還包括：電路仿真軟件計(jì)算得到所述FET無源電極模型的小信號(hào)傳輸特性，并將所述小信號(hào)傳輸特性與整個(gè)FET電極的二端口全波電磁場(chǎng)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，驗(yàn)證所述FET無源電極模型的準(zhǔn)確性。進(jìn)一步地，S103具體包括：對(duì)FET進(jìn)行源極阻抗?fàn)恳郎y(cè)試，獲得FET的四個(gè)噪聲參數(shù)；基于所述四個(gè)噪聲參數(shù)，獲得FET的傳輸噪聲相關(guān)矩陣；根據(jù)FET在片測(cè)試獲得的小信號(hào)測(cè)試數(shù)據(jù)，依次對(duì)柵極輸入結(jié)構(gòu)、漏極輸出結(jié)構(gòu)、源極接地結(jié)構(gòu)和有源區(qū)電極通過矩陣變換做去嵌入處理，獲得FET本征部分的小信號(hào)參數(shù)；根據(jù)FET的傳輸噪聲相關(guān)矩陣，依次對(duì)柵極輸入結(jié)構(gòu)、漏極輸出結(jié)構(gòu)、源極接地結(jié)構(gòu)和有源區(qū)電極通過傳輸噪聲相關(guān)矩陣變換做去嵌入處理，獲得FET本征有源部分的傳輸噪聲相關(guān)矩陣；根據(jù)FET本征有源部分的傳輸噪聲相關(guān)矩陣，計(jì)算獲得FET本征有源部分的噪聲源。進(jìn)一步地，在S104之后，將所述FET的微波噪聲模型帶入電路仿真軟件中，模擬FET的小信號(hào)參數(shù)和四個(gè)噪聲參數(shù)，并將仿真結(jié)果與S103中測(cè)試獲得FET電極的小信號(hào)參數(shù)和四個(gè)噪聲參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證所述FET微波噪聲模型的準(zhǔn)確性。進(jìn)一步地，在S104之后，還包括：將S104得到的FET微波噪聲模型進(jìn)行等比例擴(kuò)展，得到不同尺寸和不同版圖布局的FET微波噪聲模型。采用本發(fā)明中的一個(gè)或者多個(gè)技術(shù)方案，具有如下有益效果：1、采用全波電磁仿真數(shù)據(jù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的等效電路網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，來描述模擬信號(hào)在FET電極中的傳輸特性；通過編程計(jì)算出各個(gè)模型參數(shù)的值，避免了傳統(tǒng)等效電路模型中復(fù)雜的參數(shù)測(cè)試、提取和優(yōu)化擬合過程，可以避免參數(shù)陷入局部最小點(diǎn)，以及出現(xiàn)錯(cuò)誤或不符合物理意義的值。2、采用全波電磁場(chǎng)仿真的方法，可以更精確模擬電極寄生效應(yīng)對(duì)小信號(hào)和噪聲參數(shù)的影響，如接地通孔、電極間的耦合、金屬損耗等，模型精度更高。3、該方法建立的模型還可用于FET尺寸擴(kuò)展，在建立單個(gè)尺寸器件噪聲模型的基礎(chǔ)上，可以預(yù)測(cè)不同尺寸和不同版圖布局的FET的小信號(hào)和噪聲性能。附圖說明圖1為本發(fā)明實(shí)施例中的FET微波噪聲模型建立方法的流程示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例的FET無源電極的分區(qū)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例中多端口網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為二端口網(wǎng)絡(luò)的示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例中FET有源區(qū)域寄生參數(shù)等效電路網(wǎng)絡(luò)的示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例中FET無源電極模型的示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例中FET本征有源部分模型示意圖。具體實(shí)施方式本發(fā)明實(shí)施例通過提供一種FET微波噪聲模型建立方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中器件模型的建立流程復(fù)雜，且不夠精確，影響電路設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性的技術(shù)問題。為了解決上述技術(shù)問題，下面將結(jié)合說明書附圖以及具體的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明。本發(fā)明實(shí)施例提供了一種FET微波噪聲模型建立方法，如圖1所示的步驟流程圖，具體地：S101，如圖2所示，將FET電極劃分為四個(gè)區(qū)域，柵極輸入結(jié)構(gòu)(區(qū)域Ⅰ)、漏極輸出結(jié)構(gòu)(區(qū)域Ⅱ)、有源區(qū)電極(區(qū)域Ⅳ)、源極接地結(jié)構(gòu)(區(qū)域Ⅲ)，圖中虛線框表示區(qū)域范圍，其中，區(qū)域Ⅰ和區(qū)域Ⅱ分別為FET信號(hào)的輸入和輸出路徑，區(qū)域Ⅲ連接有源區(qū)域和背面接地金屬，區(qū)域Ⅳ為FET的有源區(qū)電極，主要由柵指、源極空氣橋構(gòu)成。在該S101中采用全波電磁方法模擬微波信號(hào)在場(chǎng)效應(yīng)管(FET)電極中的傳輸特性，該FET包括MOSFET、MESFET、HEMT等，該FET的材料包括Si、GaAs、GaN等，該全波電磁場(chǎng)方法是基于麥克斯韋方程的數(shù)值解法，計(jì)算多端口無源結(jié)構(gòu)的S參數(shù)，可以選用目前成熟的商用軟件(如HFSS或CST)完成。采用全波電磁場(chǎng)方法分別仿真各個(gè)區(qū)域的多端口S參數(shù)，來模擬微波信號(hào)在FET電極中的傳輸特性，采用這種全波電磁場(chǎng)模擬計(jì)算的方法相比于傳統(tǒng)等效電路模型中的外部寄生參數(shù)表示方法，可以更精確模擬電極寄生效應(yīng)的影響，比如接地通孔、電極間的耦合、金屬損耗等等，而且避免了復(fù)雜的寄生參數(shù)測(cè)試提取流程。采用全波電磁場(chǎng)方法仿真各個(gè)電極區(qū)域后，得到各個(gè)區(qū)域的S參數(shù)，其中區(qū)域Ⅰ和區(qū)域Ⅱ分別為兩個(gè)(N+1)端口S參數(shù)，區(qū)域Ⅲ為單端口S參數(shù)，區(qū)域Ⅳ為2*N端口S參數(shù)，其中N為FET的柵指數(shù)目。因此，為了降低FET模型復(fù)雜度，可以將FET的區(qū)域Ⅳ簡(jiǎn)化為一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，同樣，需要將區(qū)域Ⅰ和區(qū)域Ⅱ同樣轉(zhuǎn)換為一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)多端口網(wǎng)絡(luò)Y矩陣的定義，可以得到多端口網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為二端口網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系式如下：Yc=yc11yc12yc21yc22=Σi=1KΣj=1Kyi,jΣi=1KΣj=K-1K+Lyi,jΣi=1KΣj=K+1K+Lyj,iΣi=K+1K+LΣj=K+1K+Lyi,j---(1)]]>(1)式中，YC表示轉(zhuǎn)換后二端口網(wǎng)絡(luò)的Y矩陣，yi,j表示原多端口網(wǎng)絡(luò)Y矩陣的參數(shù)，根據(jù)仿真得到的多端口S參數(shù)根據(jù)矩陣變換理論得到，K表示組合為二端口網(wǎng)絡(luò)的1端口的端口數(shù)目，L表示組合為二端口網(wǎng)絡(luò)的2端口的端口數(shù)目，如圖3所示，為簡(jiǎn)化為二端口網(wǎng)絡(luò)的示意圖，其中，對(duì)于區(qū)域Ⅰ，K＝1，L＝N；對(duì)于區(qū)域Ⅱ，K＝N，L＝1；對(duì)于區(qū)域Ⅳ，K＝N，L＝N。接下來，執(zhí)行S102，將FET有源區(qū)電極轉(zhuǎn)換為等效電路模型，如圖4所示，該等效電路模型包括與外部連接的三個(gè)連接端口，將該S101中獲得的柵極輸入結(jié)構(gòu)的S參數(shù)、漏極輸出結(jié)構(gòu)的S參數(shù)以及源極接地結(jié)構(gòu)的S參數(shù)分別接入等效電路模型的三個(gè)連接端口，從而獲得FET無源電極模型。具體的實(shí)施方式中，將該FET電極轉(zhuǎn)換為等效電路模型具體需要獲得該FET有源區(qū)域電極的寄生參數(shù)，因此，在S102之前，還包括如下步驟，首先，根據(jù)S101中有源區(qū)電極獲得的S參數(shù)，將該S參數(shù)轉(zhuǎn)換為Z參數(shù)。然后，根據(jù)如下關(guān)系式：ZIV=z11z12z21z22=Rg+jωLg+1jωCg+Rs+jωLs+1jωCsRs+jωLs+1jωCsRs+jωLs+1jωCsRd+jωLd+1jωCd+Rs+jωLs+1jωCs---(2)]]>在(2)式中，ZⅣ為仿真得到的區(qū)域Ⅳ的Z參數(shù)矩陣；以及Cg、Cd、Cs與Cgd、Cgs、Cds的關(guān)系為：Cgs=CgCs+CdCs+CgCdCdCds=CgCs+CdCs+CgCdCgCgd=CgCs+CdCs+CgCdCs...(3)]]>由(2)式可以計(jì)算得到Rs＝mean{Re(z12)}…………………………………………………….(4)ω2Ls-1Cs=ω·Im(z12)...(5)]]>在(4)式中函數(shù)mean()表示對(duì)模型頻段內(nèi)所有頻率點(diǎn)求平均值，可以根據(jù)(5)式，由線性回退技術(shù)計(jì)算得到Ls和Cs的值，當(dāng)Rs、Ls、Cs的值確定后，(2)式中剩余的參數(shù)的值可以由相同的方法得到，最后再根據(jù)(3)式計(jì)算出Cgs、Cgd、Cds的值。因此，根據(jù)上述的Z參數(shù)矩陣，能夠獲得有源區(qū)電極的寄生參數(shù)，最后根據(jù)獲得的寄生參數(shù)，能夠獲得FET有源區(qū)電極的等效電路模型。接著，在S102中，獲得的等效電路模型中，三個(gè)并聯(lián)的寄生電容(Cgd、Cgs、Cds)用來模擬柵指之間以及柵指與空氣橋之間的電磁耦合，串聯(lián)的電阻和電感(Rg、Lg、Rd、Ld、Rs、Ls)用來模擬柵指和空氣橋中由于信號(hào)傳輸和衰減引入的寄生效應(yīng)，該等效電路模型中的端口Gex、Dex和Sex分別表示與外部的區(qū)域Ⅰ、區(qū)域Ⅱ、區(qū)域Ⅲ的連接端口，端口Gin、Din和Sin表示與FET本征溝道網(wǎng)絡(luò)的連接端口。在具體執(zhí)行S102時(shí)，將S101中獲得的柵極輸入結(jié)構(gòu)的S參數(shù)、漏極輸出結(jié)構(gòu)的S參數(shù)以及源極接地結(jié)構(gòu)的S參數(shù)分別接入等效電路模型的三個(gè)連接端口(也就是端口Gex、Dex和Sex)，從而得到如圖5所示的FET無源電極模型。在該S102之后，由電路仿真軟件計(jì)算得到該FET無源電極模型的小信號(hào)傳輸特性，并將該小信號(hào)傳輸特性與整個(gè)FET電極的二端口全波電磁場(chǎng)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而驗(yàn)證該FET無源電極模型的準(zhǔn)確性。接著，執(zhí)行S103，對(duì)FET進(jìn)行在片測(cè)試，獲得小信號(hào)和噪聲測(cè)試數(shù)據(jù)，并基于所述測(cè)試數(shù)據(jù)，經(jīng)過去嵌入處理，獲得FET本征部分的小信號(hào)參數(shù)和噪聲源；。具體地，在柵極和漏極工作偏置電壓下，對(duì)FET進(jìn)行在片測(cè)試，測(cè)量FET的S參數(shù)，采用Focus噪聲測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)FET進(jìn)行源極阻抗?fàn)恳郎y(cè)試，測(cè)量得到FET的四個(gè)噪聲參數(shù)，具體該四個(gè)噪聲參數(shù)分別為最小噪聲系數(shù)(NFmin)、等效噪聲阻抗(Rn)、最佳噪聲源電導(dǎo)(Gopt)和最佳噪聲源電納(Bopt)，然后可以得到FET的傳輸噪聲相關(guān)矩陣：CAFET=2kTRnNFmin-12-RnYopt*NFmin-12-RnYoptRn|Yopt|2...(6)]]>在(6)式中，最佳噪聲源導(dǎo)納Yopt＝Gopt+jBopt。可以將該FET本征有源部分表示為一個(gè)無噪聲網(wǎng)絡(luò)和兩個(gè)噪聲源，其中兩個(gè)噪聲源分別為柵極噪聲電流源和漏極噪聲電流源其相關(guān)性表示為如圖6所示，本征無噪聲網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)小信號(hào)矩陣網(wǎng)絡(luò)理論，由在片測(cè)量得到FET的小信號(hào)測(cè)試數(shù)據(jù)，依次對(duì)區(qū)域Ⅰ、區(qū)域Ⅱ、區(qū)域Ⅲ和區(qū)域Ⅳ通過矩陣變換做去嵌入處理，最后得到FET本征無噪聲網(wǎng)絡(luò)的小信號(hào)參數(shù)，而FET本征有源部分的兩個(gè)噪聲源，可以根據(jù)式(6)得到的FET的傳輸噪聲相關(guān)矩陣，依次對(duì)柵極輸入?yún)^(qū)域Ⅰ、區(qū)域Ⅱ、區(qū)域Ⅲ、區(qū)域Ⅳ通過類似的傳輸噪聲相關(guān)矩陣變換做去嵌入處理，獲得FET本征有源部分的傳輸噪聲相關(guān)矩陣然后由如下公式計(jì)算得到FET本征有源部分的噪聲源表達(dá)式：ind2‾Δf=4kTRnIN|Y21IN|2ing2‾Δf=4kTRnIN·{|Yopt|2-|Y11IN|2+2Re[(Y11IN-Ycor)·Y11IN*]}ingind*‾Δf=4kTRnINY21IN*(Y11IN-Ycor)...(7)]]>(7)式中，其中，上標(biāo)“IN”表示FET本征有源部分的參數(shù)。由此，在該S103中，獲得了FET本征有源部分的小信號(hào)參數(shù)和噪聲源。接著，執(zhí)行S104，將該S103中獲得的小信號(hào)參數(shù)和噪聲源，按照端口對(duì)應(yīng)關(guān)系，接入S102獲得的FET無源電極模型中，獲得FET的微波噪聲模型。在該S104之后，將FET的微波噪聲模型帶入電路仿真軟件中，模擬FET的小信號(hào)參數(shù)和四個(gè)噪聲參數(shù)，并將仿真結(jié)果與S103中測(cè)試得到的FET的小信號(hào)參數(shù)和四個(gè)噪聲參數(shù)進(jìn)行比較，驗(yàn)證該FET微波噪聲模型的準(zhǔn)確性。因此，采用上述方式獲得FET微波噪聲模型，是利用計(jì)算機(jī)程序編程(MATLAB)來實(shí)現(xiàn)上述參數(shù)提取流程，無需傳統(tǒng)等效電路模型中復(fù)雜的參數(shù)測(cè)試、提取和優(yōu)化擬合過程，可以避免參數(shù)陷入局部最小點(diǎn)，以及出現(xiàn)錯(cuò)誤或不符合物理意義的值。另外，在步驟S101中采用全波電磁場(chǎng)仿真的方法，可以更精確模擬FET電極寄生效應(yīng)對(duì)小信號(hào)和噪聲參數(shù)的影響，比如接地通孔、電極間的耦合、金屬損耗等，使得最終得到的FET微波噪聲模型精度更高。本方法還可以采用全波電磁場(chǎng)仿真FET本征有源區(qū)源極與接地通孔之間的傳輸線效應(yīng)(源極負(fù)反饋)對(duì)FET小信號(hào)和噪聲性能的影響。在獲得該FET的微波噪聲模型之后，還包括：將該FET的微波噪聲模型進(jìn)行等比例擴(kuò)展，得到不同尺寸和不同版圖布局的FET微波噪聲模型。具體地，假設(shè)上述獲得的FET中柵寬為W，新的尺寸FET的柵寬為Wnew，通過上述步驟S101，S102，得到新的尺寸FET的無源電極部分的模型，接著，新的尺寸FET的本征有源部分的小信號(hào)參數(shù)和噪聲源參數(shù)可以由等比例擴(kuò)展的方法得到，如下圖表所示，其中N＝Wnew/W，Y表示小信號(hào)導(dǎo)納矩陣。因此，根據(jù)該S104步驟，能夠獲得不同尺寸，不同版圖布局的FET微波噪聲模型。盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3