本發(fā)明涉及晶體管的器件模型，特別是場(chǎng)效應(yīng)晶體管的小信號(hào)等效電路模型及參數(shù)提取方法。

背景技術(shù)：

晶體管是微電子器件、集成電路芯片中一個(gè)最重要的元件，在各種不同領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。在電子器件、集成電路的設(shè)計(jì)過程中，晶體管模型是一個(gè)不可缺少的工具。國(guó)際上晶體管的數(shù)字模型已經(jīng)比較成熟，可以提供高精度的模型仿真。然而，目前晶體管的射頻模型還不是很完善，成為射頻電路芯片設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的一個(gè)主要難點(diǎn)。

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，電路芯片的設(shè)計(jì)，主要是基于和頻率無關(guān)的等效電路模型。高精度的等效電路模型是提高電路性能、縮短研制周期、提高設(shè)計(jì)成功率和成品率、降低研制成本的核心因素。

本發(fā)明主要是針對(duì)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的小信號(hào)等效電路模型。目前國(guó)際上通用的場(chǎng)效應(yīng)晶體管模型，是基于論文(Gilles Dambrine，Alain Cappy，F(xiàn)rkdderic Heliodore，and Edouard Playez，“A New Method for Determining the FET Small-Signal Equivalent Circuit”，Microwave Theory and Techniques，IEEE Transactions on，36(7)：1151-1159，1988，參考文獻(xiàn)1)提出的模型結(jié)構(gòu)，再結(jié)合某些額外的元件進(jìn)行修正。所有這些傳統(tǒng)模型的一個(gè)共同點(diǎn)，是在本征部分只考慮了一級(jí)效應(yīng)，其中溝道部分只包含了一個(gè)溝道電阻和一個(gè)溝道電容，但沒有考慮溝道電流所導(dǎo)致的高級(jí)寄生效應(yīng)。本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)模型的這個(gè)缺陷，提出一種新型的模型結(jié)構(gòu)，從而在本征部分包含溝道高級(jí)寄生元件，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的高精度仿真。

以下，我們通過對(duì)場(chǎng)效應(yīng)晶體管傳統(tǒng)模型技術(shù)的分析，介紹傳統(tǒng)場(chǎng)效應(yīng)晶體管小信號(hào)等效電路模型的缺陷，并說明本發(fā)明思想的新穎性。

場(chǎng)效應(yīng)晶體管的傳統(tǒng)小信號(hào)等效電路模型是基于參考文獻(xiàn)1的14元件模型。在此基礎(chǔ)上，發(fā)明專利(Roger S.Tsal，“SEMI-PHYSICAL MODELING OF HEMT HIGH FREQUENCY SMALL SIGNAL EQUIVALENT CIRCUIT MODELS”，US200200077258A1，Jan.17，2002，參考專利1)提出了一種針對(duì)高遷移率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(HEMT)小信號(hào)等效電路模型半物理建模方法。該發(fā)明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、溝道電阻、溝道電容、柵源電阻、柵漏電阻、柵源泄露電阻以及柵漏泄露電阻。該發(fā)明專利考慮的高階寄生效應(yīng)體現(xiàn)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。但該專利中對(duì)本征部分的溝道高級(jí)寄生效應(yīng)卻沒有考慮。

論文(Fan Qian，Jacob H.Leach，and Hadis Morkoc，“Small signal equivalent circuit modeling for AlGaN/GaN HFET：Hybrid extraction method for determining circuit elements of AlGaN/GaN HFET”，Proceedings of the IEEE，98(7)：1140-1150，2010，參考文獻(xiàn)2)介紹了氮化鎵(GaN)場(chǎng)效應(yīng)管關(guān)鍵元件的混合提取方法，該論文采用了一種包含18個(gè)元件的等效電路模型，同參考專利1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，但仍沒有包括本征部分的溝道高級(jí)寄生元件。

另外一種晶體管小信號(hào)等效電路模型包含22個(gè)元件，請(qǐng)參照論文(A.Jarndal A，G..Kompa，“A new small-signal modeling approach applied to GaN devices”，Microwave Theory and Techniques，IEEE Transactions on，53(11)：3440-3448，2005，參考文獻(xiàn)3)。該論文基于分布式模型的思想，相比于參考文獻(xiàn)1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(xiàn)在考慮了柵源極間寄生交疊電容、柵漏極間寄生交疊電容、源漏極間寄生交疊電容。但本征部分的溝道高級(jí)寄生效應(yīng)仍然沒有被考慮。

在參考文獻(xiàn)3的基礎(chǔ)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(xiàn)4)，認(rèn)為極間寄生交疊電容可以被相應(yīng)端口上的對(duì)地寄生電容所吸收，近似地將極間寄生交疊電容移到相應(yīng)端口寄生電阻內(nèi)側(cè)，這樣等效電路模型就可以拆分成多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的部分，從而簡(jiǎn)化參數(shù)提取過程。該論文的等效電路模型結(jié)構(gòu)同參考文獻(xiàn)3相比，雖然拓?fù)渖嫌兴煌?，但所考慮的物理效應(yīng)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溝道高級(jí)寄生效應(yīng)。

論文(Andreas R.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(xiàn)5)提出了一種HEMT晶體管的小信號(hào)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(xiàn)3一樣包括了分布式電容效應(yīng)。同參考文獻(xiàn)3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溝道高級(jí)寄生效應(yīng)。

本征部分的溝道高級(jí)寄生效應(yīng)反映了晶體管內(nèi)部電流產(chǎn)生的高級(jí)寄生效應(yīng)，通過包括本征電阻、本征電容、本征電感這三種元件中的任意一種或者組合的溝道高級(jí)寄生元件的形式體現(xiàn)出來。我們?cè)陔S后的測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果的比較中，說明僅僅通過考慮了一級(jí)效應(yīng)的現(xiàn)有場(chǎng)效應(yīng)晶體管等效電路模型技術(shù)，無法實(shí)現(xiàn)等效電路模型和測(cè)試結(jié)果之間的高精度擬合。

現(xiàn)有場(chǎng)效應(yīng)晶體管小信號(hào)等效電路模型已經(jīng)考慮的高級(jí)寄生效應(yīng)只體現(xiàn)在寄生部分，但是晶體管內(nèi)部電流流動(dòng)也同樣會(huì)產(chǎn)生高級(jí)寄生效應(yīng)，這種溝道高級(jí)寄生效應(yīng)卻沒有被現(xiàn)有晶體管小信號(hào)等效電路模型所考慮。更重要的，隨著晶體管特征尺寸以及溝道長(zhǎng)度的減小，溝道高級(jí)寄生元件對(duì)晶體管性能的影響更加顯著，且溝道高級(jí)寄生元件的值隨偏置的變化而變化，這種特性將無法通過調(diào)節(jié)現(xiàn)有晶體管小信號(hào)等效電路模型中的元件參數(shù)來體現(xiàn)，從而，現(xiàn)有晶體管小信號(hào)等效電路模型無法實(shí)現(xiàn)對(duì)晶體管的高精度仿真。

綜上所述，目前國(guó)際上現(xiàn)有的場(chǎng)效應(yīng)晶體管小信號(hào)等效電路模型均沒有考慮本征部分存在的溝道高級(jí)寄生元件，因此現(xiàn)有晶體管小信號(hào)等效電路模型無法實(shí)現(xiàn)同測(cè)試結(jié)果的高精度擬合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)之缺失，本發(fā)明提出的一種包含溝道高級(jí)寄生元件的場(chǎng)效應(yīng)晶體管小信號(hào)等效電路模型將解決存在于現(xiàn)有技術(shù)中的該些缺失。

本發(fā)明所提出的一種包含溝道高級(jí)寄生元件的場(chǎng)效應(yīng)晶體管小信號(hào)等效電路模型，其特征在于，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管小信號(hào)等效電路模型的本征部分包含溝道高級(jí)寄生元件，所述溝道高級(jí)寄生元件包括本征電阻、本征電容、本征電感這三種元件中的任意一種或者組合。

本發(fā)明所提出的一種包含溝道高級(jí)寄生元件的場(chǎng)效應(yīng)晶體管小信號(hào)等效電路模型的示意圖，如圖1所示，

場(chǎng)效應(yīng)晶體管小信號(hào)等效電路模型包括寄生部分(100)和本征部分(200)，其中，寄生部分包括柵極寄生單元(110)、漏極寄生單元(120)、源極寄生單元(130)，本征部分包括柵源極間本征單元(210)、柵漏極間本征單元(220)、源漏極間本征單元(230)。

所述溝道高級(jí)寄生元件包括本征電阻，所述本征電阻包含于源漏極間本征單元(230)中。

所述柵極寄生單元(110)位于柵極外節(jié)點(diǎn)(G)、柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)之間，并與柵極外節(jié)點(diǎn)(G)、柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)相連接；所述漏極寄生單元(120)位于漏極外節(jié)點(diǎn)(D)、漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)之間，并與漏極外節(jié)點(diǎn)(D)、漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)相連接；所述源極寄生單元(130)位于源極外節(jié)點(diǎn)(S)、源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)之間，并與源極外節(jié)點(diǎn)(S)、源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)相連接，且位于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。

所述柵源極間本征單元(210)位于柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)、源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)之間，并與柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)、源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)相連接；所述柵漏極間本征單元(220)位于柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)、漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)之間，并與柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)、漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)相連接；所述源漏極間本征單元(230)位于漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)、源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)之間，并與漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)、源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)相連接。

較佳地，本發(fā)明所提出的一種新型場(chǎng)效應(yīng)晶體管小信號(hào)等效電路模型適用于所有場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括但不限于金屬-氧化物-半導(dǎo)體晶體(MOSFET)、金屬-半導(dǎo)體晶體管(MESFET)、高電子遷移率晶體管(HEMT)和贗高電子遷移率晶體管(PHEMT)；場(chǎng)效應(yīng)晶體管由硅(Si)、鍺硅(SiGe)、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、碳化硅(SiC)或氮化鎵(GaN)材料制備。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

圖1是包含溝道高級(jí)寄生元件的場(chǎng)效應(yīng)晶體管小信號(hào)等效電路模型示意圖(示例性實(shí)施例一)。

圖2是包含溝道高級(jí)寄生元件的場(chǎng)效應(yīng)晶體管小信號(hào)等效電路模型示意圖(示例性實(shí)施例二)。

圖3是包含溝道高級(jí)寄生元件的場(chǎng)效應(yīng)晶體管小信號(hào)等效電路模型示意圖(示例性實(shí)施例三)。

圖4是場(chǎng)效應(yīng)晶體管S參數(shù)測(cè)量值與采用不包含溝道高級(jí)寄生元件的傳統(tǒng)晶體管小信號(hào)等效電路模型時(shí)仿真值的比較。

圖5是場(chǎng)效應(yīng)晶體管S參數(shù)測(cè)量值與采用本發(fā)明的包含溝道高級(jí)寄生元件的場(chǎng)效應(yīng)晶體管小信號(hào)等效電路模型時(shí)仿真值的比較。

其中

100-場(chǎng)效應(yīng)晶體管小信號(hào)等效電路模型寄生部分(包括110、120、130)

200-場(chǎng)效應(yīng)晶體管小信號(hào)等效電路模型本征部分(包括210、220、230)

110-柵極寄生單元

120-漏極寄生單元

130-源極寄生單元

210-柵源極間本征單元

220-柵漏極間本征單元

230-源漏極間本征單元

G-柵極外節(jié)點(diǎn)

D-漏極外節(jié)點(diǎn)

S-源極外節(jié)點(diǎn)

G′-柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)

D′-漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)

S′-源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)

111-柵極寄生電感

112-柵極寄生電阻

113-柵極對(duì)地寄生電容

121-漏極寄生電感

122-漏極寄生電阻

123-漏極對(duì)地寄生電容

131-源極寄生電感

132-源極寄生電阻

211-柵源電容

212-柵源電阻

213-柵源泄露電阻

221-柵漏電容

222-柵漏電阻

223-柵漏泄露電阻

231-電壓控制電流源

232-溝道電阻

233-溝道電容

234-本征電阻

235-本征電容

236-本征電感

237-本征高級(jí)電感

61-場(chǎng)效應(yīng)晶體管S參數(shù)測(cè)量值

62-采用不包含溝道高級(jí)寄生元件的傳統(tǒng)晶體管小信號(hào)等效電路模型時(shí)S參數(shù)仿真值

63-采用本發(fā)明的包含溝道高級(jí)寄生元件的場(chǎng)效應(yīng)晶體管小信號(hào)等效電路模型時(shí)S參數(shù)仿真值

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求項(xiàng)要求所限定的范圍。

本發(fā)明的示例性實(shí)施例一

本發(fā)明的一種包含溝道高級(jí)寄生元件的場(chǎng)效應(yīng)晶體管小信號(hào)等效電路模型的實(shí)施方式：

如圖1所示，場(chǎng)效應(yīng)晶體管小信號(hào)等效電路模型包括寄生部分(100)和本征部分(200)，其中，寄生部分包括柵極寄生單元(110)、漏極寄生單元(120)、源極寄生單元(130)，本征部分包括柵源極間本征單元(210)、柵漏極間本征單元(220)、源漏極間本征單元(230)。

所述溝道高級(jí)寄生元件包括本征電阻，所述本征電阻包含于源漏極間本征單元(230)中。

所述柵極寄生單元(110)位于柵極外節(jié)點(diǎn)(G)、柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)之間，并與柵極外節(jié)點(diǎn)(G)、柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)相連接；所述漏極寄生單元(120)位于漏極外節(jié)點(diǎn)(D)、漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)之間，并與漏極外節(jié)點(diǎn)(D)、漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)相連接；所述源極寄生單元(130)位于源極外節(jié)點(diǎn)(S)、源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)之間，并與源極外節(jié)點(diǎn)(S)、源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)相連接，且位于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。

所述柵源極間本征單元(210)位于柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)、源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)之間，并與柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)、源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)相連接；所述柵漏極間本征單元(220)位于柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)、漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)之間，并與柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)、漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)相連接；所述源漏極間本征單元(230)位于漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)、源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)之間，并與漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)、源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)相連接。

柵極寄生部分(110)：包括柵極寄生電感(111)、柵極寄生電阻(112)、柵極對(duì)地寄生電容(113)。

漏極寄生部分(120)：包括漏極寄生電感(121)、漏極寄生電阻(122)、漏極對(duì)地寄生電容(123)。

源極寄生部分(130)：包括源極寄生電感(131)、源極寄生電阻(132)。

柵源極間本征單元(210)：包括柵源電容(211)、柵源電阻(212)、柵源泄露電阻(213)。

柵漏極間本征單元(220)：包括柵漏電容(221)、柵漏電阻(222)、柵漏泄露電阻(223)。

源漏極間本征單元(230)：包括電壓控制電流源(231)、溝道電阻(232)、溝道電容(233)、本征電阻(234)。

柵極寄生電感(111)與柵極寄生電阻(112)串聯(lián)于柵極外節(jié)點(diǎn)(G)和柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)之間，柵極對(duì)地寄生電容(113)一端與柵極外節(jié)點(diǎn)(G)相連接，另一端與源極外節(jié)點(diǎn)(S)相連接。

漏極寄生電感(121)與漏極寄生電阻(122)串聯(lián)于漏極外節(jié)點(diǎn)(D)和漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)之間，漏極對(duì)地寄生電容(123)一端與漏極外節(jié)點(diǎn)(D)相連接，另一端與源極外節(jié)點(diǎn)(S)相連接。

源極寄生電感(131)與源極寄生電阻(132)串聯(lián)于源極外節(jié)點(diǎn)(S)和源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)之間。

柵源電容(211)與柵源電阻(212)串聯(lián)于柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)和源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)之間，柵源泄漏電阻(213)一端與柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)相連接，另一端與源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)相連接。

柵漏電容(222)與柵漏電阻(221)串聯(lián)于柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)和漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)之間，柵漏泄漏電阻(223)一端與柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)相連接，另一端與漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)相連接。

溝道電容(233)與溝道電阻(232)并聯(lián)的整體的一端與漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)相連接，另一端與所述本征電阻(234)相連，所述本征電阻(234)的另一端與源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)相連接，電壓控制電流源(231)的一端連接漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)，另一端連接源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)。

本發(fā)明的示例性實(shí)施例二

本發(fā)明的一種包含溝道高級(jí)寄生元件的場(chǎng)效應(yīng)晶體管小信號(hào)等效電路模型的實(shí)施方式：

如圖2所示，場(chǎng)效應(yīng)晶體管小信號(hào)等效電路模型包括寄生部分(100)和本征部分(200)，其中，寄生部分包括柵極寄生單元(110)、漏極寄生單元(120)、源極寄生單元(130)，本征部分包括柵源極間本征單元(210)、柵漏極間本征單元(220)、源漏極間本征單元(230)。

所述本征高級(jí)寄生元件包括本征電阻(234)、本征電容(235)，本征電感(236)，所述溝道高級(jí)寄生元件包含于源漏極間本征單元(230)中。

所述柵極寄生單元(110)位于柵極外節(jié)點(diǎn)(G)、柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)之間，并與柵極外節(jié)點(diǎn)(G)、柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)相連接；所述漏極寄生單元(120)位于漏極外節(jié)點(diǎn)(D)、漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)之間，并與漏極外節(jié)點(diǎn)(D)、漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)相連接；所述源極寄生單元(130)位于源極外節(jié)點(diǎn)(S)、源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)之間，并與源極外節(jié)點(diǎn)(S)、源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)相連接，且位于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。

所述柵源極間本征單元(210)位于柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)、源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)之間，并與柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)、源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)相連接；所述柵漏極間本征單元(220)位于柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)、漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)之間，并與柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)、漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)相連接；所述源漏極間本征單元(230)位于漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)、源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)之間，并與漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)、源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)相連接。

柵極寄生部分(110)：包括柵極寄生電感(111)、柵極寄生電阻(112)、柵極對(duì)地寄生電容(113)。

漏極寄生部分(120)：包括漏極寄生電感(121)、漏極寄生電阻(122)、漏極對(duì)地寄生電容(123)。

源極寄生部分(130)：包括源極寄生電感(131)、源極寄生電阻(132)。

柵源極間本征單元(210)：包括柵源電容(211)、柵源電阻(212)、柵源泄露電阻(213)。

柵漏極間本征單元(220)：包括柵漏電容(221)、柵漏電阻(222)、柵漏泄露電阻(223)。

源漏極間本征單元(230)：包括電壓控制電流源(231)、溝道電阻(232)、溝道電容(233)、本征電阻(234)、本征電容(235)、本征電感(236)。

柵極寄生電感(111)與柵極寄生電阻(112)串聯(lián)于柵極外節(jié)點(diǎn)(G)和柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)之間，柵極對(duì)地寄生電容(113)一端與柵極外節(jié)點(diǎn)(G)相連接，另一端與源極外節(jié)點(diǎn)(S)相連接。

漏極寄生電感(121)與漏極寄生電阻(122)串聯(lián)于漏極外節(jié)點(diǎn)(D)和漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)之間，漏極對(duì)地寄生電容(123)一端與漏極外節(jié)點(diǎn)(D)相連接，另一端與源極外節(jié)點(diǎn)(S)相連接。

源極寄生電感(131)與源極寄生電阻(132)串聯(lián)于源極外節(jié)點(diǎn)(S)和源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)之間。

柵源電容(211)與柵源電阻(212)串聯(lián)于柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)和源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)之間，柵源泄漏電阻(213)一端與柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)相連接，另一端與源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)相連接。

柵漏電容(222)與柵漏電阻(221)串聯(lián)于柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)和漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)之間，柵漏泄漏電阻(223)一端與柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)相連接，另一端與漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)相連接。

溝道電容(233)與溝道電阻(232)并聯(lián)，本征電阻(234)與本征電容(235)并聯(lián)，溝道電容(233)與溝道電阻(232)并聯(lián)整體的一端與漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)相連接，另一端與本征電阻(234)和本征電容(235)并聯(lián)整體的一端相連接，本征電阻(234)與本征電容(235)并聯(lián)整體的另一端與本征電感(236)連接，本征電感(236)的另一端與源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)相連接，電壓控制電流源(231)的一端連接漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)，另一端連接源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)。

本發(fā)明的示例性實(shí)施例三

本發(fā)明的一種包含溝道高級(jí)寄生元件的場(chǎng)效應(yīng)晶體管小信號(hào)等效電路模型的實(shí)施方式：

如圖3所示，場(chǎng)效應(yīng)晶體管小信號(hào)等效電路模型包括寄生部分(100)和本征部分(200)，其中，寄生部分包括柵極寄生單元(110)、漏極寄生單元(120)、源極寄生單元(130)，本征部分包括柵源極間本征單元(210)、柵漏極間本征單元(220)、源漏極間本征單元(230)。

所述溝道高級(jí)寄生元件包括本征電阻(234)、本征電容(235)、本征電感(236)、本征高級(jí)電感(237)，所述溝道高級(jí)寄生元件包含于源漏極間本征單元(230)中。

所述柵極寄生單元(110)位于柵極外節(jié)點(diǎn)(G)、柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)之間，并與柵極外節(jié)點(diǎn)(G)、柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)相連接；所述漏極寄生單元(120)位于漏極外節(jié)點(diǎn)(D)、漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)之間，并與漏極外節(jié)點(diǎn)(D)、漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)相連接；所述源極寄生單元(130)位于源極外節(jié)點(diǎn)(S)、源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)之間，并與源極外節(jié)點(diǎn)(S)、源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)相連接，且位于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。

所述柵源極間本征單元(210)位于柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)、源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)之間，并與柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)、源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)相連接；所述柵漏極間本征單元(220)位于柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)、漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)之間，并與柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)、漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)相連接；所述源漏極間本征單元(230)位于漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)、源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)之間，并與漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)、源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)相連接。

柵極寄生部分(110)：包括柵極寄生電感(111)、柵極寄生電阻(112)、柵極對(duì)地寄生電容(113)。

漏極寄生部分(120)：包括漏極寄生電感(121)、漏極寄生電阻(122)、漏極對(duì)地寄生電容(123)。

源極寄生部分(130)：包括源極寄生電感(131)、源極寄生電阻(132)。

柵源極間本征單元(210)：包括柵源電容(211)、柵源電阻(212)、柵源泄露電阻(213)。

柵漏極間本征單元(220)：包括柵漏電容(221)、柵漏電阻(222)、柵漏泄露電阻(223)。

源漏極間本征單元(230)：包括電壓控制電流源(231)、溝道電阻(232)、溝道電容(233)、本征電阻(234)、本征電容(235)、本征電感(236)、本征高級(jí)電感(237)。

柵極寄生電感(111)與柵極寄生電阻(112)串聯(lián)于柵極外節(jié)點(diǎn)(G)和柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)之間，柵極對(duì)地寄生電容(113)一端與柵極外節(jié)點(diǎn)(G)相連接，另一端與源極外節(jié)點(diǎn)(S)相連接。

漏極寄生電感(121)與漏極寄生電阻(122)串聯(lián)于漏極外節(jié)點(diǎn)(D)和漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)之間，漏極對(duì)地寄生電容(123)一端與漏極外節(jié)點(diǎn)(D)相連接，另一端與源極外節(jié)點(diǎn)(S)相連接。

源極寄生電感(131)與源極寄生電阻(132)串聯(lián)于源極外節(jié)點(diǎn)(S)和源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)之間。

柵源電容(211)與柵源電阻(212)串聯(lián)于柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)和源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)之間，柵源泄漏電阻(213)一端與柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)相連接，另一端與源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)相連接。

柵漏電容(222)與柵漏電阻(221)串聯(lián)于柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)和漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)之間，柵漏泄漏電阻(223)一端與柵極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(G′)相連接，另一端與漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)相連接。

溝道電阻(232)與本征高階電感(237)串聯(lián)，該串聯(lián)整體一端與漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)相連接，另一端與本征電感(236)和本征電阻(234)串聯(lián)整體的一端相連接，本征電感(236)與本征電阻(234)串聯(lián)整體的另一端與源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)相連接，本征電感(236)與本征電阻(234)串聯(lián)的整體與本征電容(235)并聯(lián)，溝道電容(233)與電壓控制電流源(231)并聯(lián)，溝道電容(233)與電壓控制電流源(231)并聯(lián)整體的一端連接漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)，另一端連接源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)。

本發(fā)明的其他特征和方面

本發(fā)明的一種包含溝道高級(jí)寄生元件的場(chǎng)效應(yīng)晶體管小信號(hào)等效電路模型建模具體包括以下步驟：

步驟一，確定場(chǎng)效應(yīng)晶體管小信號(hào)等效電路模型。

步驟二，以上確定的場(chǎng)效應(yīng)晶體管小信號(hào)等效電路模型的柵極外節(jié)點(diǎn)作為輸入端，漏極外節(jié)點(diǎn)作為輸出端，源極外節(jié)點(diǎn)接地，進(jìn)行仿真。

步驟三，對(duì)場(chǎng)效應(yīng)晶體管進(jìn)行測(cè)試，柵極作為輸入端，漏極作為輸出端，源極接地，掃描一組頻率，從而得到不同頻率點(diǎn)上的兩端口射頻散射參數(shù)(S參數(shù))，射頻阻抗參數(shù)(Z參數(shù))，射頻導(dǎo)納參數(shù)(Y參數(shù))。

本發(fā)明所提出的包含溝道高級(jí)寄生元件的場(chǎng)效應(yīng)晶體管小信號(hào)等效電路模型，在已進(jìn)行晶體管測(cè)試得到不同頻率點(diǎn)上的兩端口射頻散射參數(shù)(S參數(shù))、射頻阻抗參數(shù)(Z參數(shù))、射頻導(dǎo)納參數(shù)(Y參數(shù))后，進(jìn)行場(chǎng)效應(yīng)晶體管小信號(hào)等效電路模型的元件參數(shù)提取，

所述溝道高級(jí)寄生元件的模型參數(shù)提取方法是：

剝離掉寄生部分，得到本征部分的Z參數(shù)或者Y參數(shù)，

通過Z參數(shù)或者Y參數(shù)的推導(dǎo)求解出溝道高級(jí)寄生元件的初始值，

利用測(cè)試曲線與仿真結(jié)果之間曲線擬合的方法，迭代優(yōu)化得到溝道高級(jí)寄生元件的值。

具體地，針對(duì)示例性實(shí)施例一，本發(fā)明所提出的場(chǎng)效應(yīng)晶體管小信號(hào)等效電路模型的溝道高級(jí)寄生元件包含于源漏極間本征單元，所述溝道高級(jí)寄生元件包括本征電阻(234)，所述本征電阻(234)的模型參數(shù)提取方法是：

將晶體管小信號(hào)等效電路電路模型的本征部分分為四路：柵源路、柵漏路、受控源路、源漏路，其中源漏路包括溝道電容(233)、溝道電阻(232)、本征電阻(234)，設(shè)溝道電容(233)參數(shù)值為C_ds、溝道電阻(232)參數(shù)值為R_ds、本征電阻(234)參數(shù)值為R₁。

對(duì)場(chǎng)效應(yīng)晶體管進(jìn)行測(cè)試，柵極作為輸入端，漏極作為輸出端，源極接地，掃描一組頻率，從而得到不同頻率點(diǎn)上的兩端口射頻散射參數(shù)(S參數(shù))，射頻阻抗參數(shù)(Z參數(shù))，射頻導(dǎo)納參數(shù)(Y參數(shù))，上述Z參數(shù)與Y參數(shù)分別剝離掉所述模型寄生部分后得到本征部分的Z參數(shù)或者Y參數(shù)，所述溝道電容(233)、溝道電阻(232)、本征電阻(234)構(gòu)成的源漏路Y參數(shù)(Y_ds)可以通過本征部分Y參數(shù)的Y₁₂與Y₂₂相加得到，見下式，

Y_ds＝Y(jié)₁₂+Y₂₂ (1)

源漏路Z參數(shù)(Z_ds)見下式，

$Z_{ds}=1/Y_{ds}=\frac{R_{ds}}{1+{\mathrm{\ω}}^2{R}_{ds}^2{C}_{ds}^2}+R_1-j\frac{{\mathrm{\ωR}}_{ds}^2{C}_{ds}}{1+{\mathrm{\ω}}^2{R}_{ds}^2{C}_{ds}^2}---\left(2\right)$

根據(jù)所述模型本征部分源漏路的電路結(jié)構(gòu)推導(dǎo)出包含所述溝道高級(jí)寄生元件的特征函數(shù)表達(dá)式，設(shè)特征函數(shù)f₁(ω)＝Re[Z_ds]，其表達(dá)式如下式，

$f_1\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{R_{ds}}{1+{\mathrm{\ω}}^2{R}_{ds}^2{C}_{ds}^2}+R_1---\left(3\right)$

設(shè)特征函數(shù)f₂(ω)＝-ω/Im[Z_ds]，其表達(dá)式如下式，

$f_2\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{1}{R_{ds}^2{C}_{ds}^2}+{\mathrm{\ω}}^2{C}_{ds}---\left(4\right)$

設(shè)特征函數(shù)f₀(ω)＝Re[Y_ds]＝Re[Y₂₂+Y₁₂]，其表達(dá)式如下式，

$f_0\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{R_{ds}+R_1+{\mathrm{\ω}}^2{C}_{ds}^2{R}_1{R}_{ds}^2}{{(R_{ds}+R_1)}^2+{\mathrm{\ω}}^2{\left(C_{ds}{R}_{ds}{R}_1\right)}^2}---\left(5\right)$

利用上述源漏路Y參數(shù)的測(cè)試數(shù)據(jù)，通過特征函數(shù)f₂(ω)對(duì)ω²的線性擬合得到斜率(k₁＝C_ds)和截距溝道電阻(232)的參數(shù)值R_ds可以通過下式計(jì)算得到，

$R_{ds}=1/\sqrt{b_1}{k}_1---\left(6\right)$

通過特征函數(shù)f₁(ω)對(duì)ω²的擬合，計(jì)算出本征電阻(234)的參數(shù)初始值，然后再利用源漏路Y參數(shù)測(cè)試曲線與源漏路Y參數(shù)仿真結(jié)果之間數(shù)值擬合的方法，迭代優(yōu)化得到所述本征電阻(234)的參數(shù)值。

以下是場(chǎng)效應(yīng)晶體管S參數(shù)測(cè)量值與晶體管小信號(hào)等效電路模型的仿真值比較：

在圖4中可以看出，當(dāng)采用不包含溝道高級(jí)寄生元件的現(xiàn)有晶體管小信號(hào)等效電路模型，對(duì)測(cè)試S參數(shù)四個(gè)分量S11、S12、S21、S22進(jìn)行仿真時(shí)，即使調(diào)節(jié)模型的元件參數(shù)以實(shí)現(xiàn)S11和S12同測(cè)試結(jié)果的高精度擬合，但卻無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)S21和S22同測(cè)試結(jié)果的高精度擬合。

當(dāng)采用本發(fā)明的包含溝道高級(jí)寄生元件的場(chǎng)效應(yīng)晶體管小信號(hào)等效電路模型以及溝道高級(jí)寄生元件的模型參數(shù)提取方法后，由圖5中可以看出，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)S11、S22、S21、S22四個(gè)分量的同時(shí)高精度擬合?？梢钥闯觯帽景l(fā)明的包含溝道高級(jí)寄生元件的場(chǎng)效應(yīng)晶體管小信號(hào)等效電路模型以及溝道高級(jí)寄生元件的模型參數(shù)提取方法可以實(shí)現(xiàn)同測(cè)試結(jié)果更高精度的擬合。

具體地，實(shí)施本發(fā)明的一種包含溝道高級(jí)寄生元件的場(chǎng)效應(yīng)晶體管小信號(hào)等效電路模型，所述本征高級(jí)寄生元件包括本征電阻(234)、本征電感(236)，所述溝道高級(jí)寄生元件包含于源漏極間本征單元(230)中，溝道電容(233)與溝道電阻(232)并聯(lián)，該并聯(lián)整體一端與漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)相連接，另一端與本征電阻(234)與本征電感(236)串聯(lián)整體的一端相連接，該串聯(lián)整體的另一端與源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)相連接，電壓控制電流源(231)的一端連接漏極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(D′)，另一端連接源極內(nèi)節(jié)點(diǎn)(S′)。

所述本征電阻(234)、本征電感(236)的模型參數(shù)提取方法是：

將晶體管小信號(hào)等效電路電路模型的本征部分分為四路：柵源路、柵漏路、受控源路、源漏路，其中源漏路包括溝道電容(233)、溝道電阻(232)、本征電阻(234)、本征電感(236)，設(shè)溝道電容(233)參數(shù)值為C_ds、溝道電阻(232)參數(shù)值為R_ds、本征電阻(234)參數(shù)值為R₁、本征電感(236)參數(shù)值為L(zhǎng)₁。

對(duì)場(chǎng)效應(yīng)晶體管進(jìn)行測(cè)試，柵極作為輸入端，漏極作為輸出端，源極接地，掃描一組頻率，從而得到不同頻率點(diǎn)上的兩端口射頻散射參數(shù)(S參數(shù))，射頻阻抗參數(shù)(Z參數(shù))，射頻導(dǎo)納參數(shù)(Y參數(shù))，上述Z參數(shù)與Y參數(shù)分別剝離掉所述模型寄生部分后得到本征部分的Z參數(shù)或者Y參數(shù)，所述溝道電容(233)、溝道電阻(232)、本征電阻(234)、本征電感(236)構(gòu)成的源漏路Y參數(shù)(Y_ds)可以通過本征部分Y參數(shù)的Y₁₂與Y₂₂相加得到，見下式，

Y_ds＝Y(jié)₁₂+Y₂₂ (1)

源漏路Z參數(shù)(Z_ds)見下式，

$Z_{ds}=1/Y_{ds}=\frac{R_{ds}}{1+{\mathrm{\ω}}^2{C}_{ds}^2{R}_{ds}^2}+R_1+j\mathrm{\ω}(L_1-\frac{C_{ds}{R}_{ds}^2}{1+{\mathrm{\ω}}^2{C}_{ds}^2{R}_{ds}^2})---\left(2\right)$

根據(jù)所述模型本征部分源漏路的電路結(jié)構(gòu)推導(dǎo)出包含所述溝道高級(jí)寄生元件的特征函數(shù)表達(dá)式，設(shè)特征函數(shù)f₁(ω)＝1/Re[Z_ds]，其表達(dá)式如下式，

$f_1\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{1+{\mathrm{\ω}}^2{C}_{ds}^2{R}_{ds}^2}{R_{ds}+R_1(1+{\mathrm{\ω}}^2{C}_{ds}^2{R}_{ds}^2)}---\left(3\right)$

設(shè)特征函數(shù)f₂(ω)＝Im[Y_ds]＝Im[Y₂₂+Y₁₂]，其表達(dá)式如下式，

$f_2\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{{\mathrm{\ωC}}_{ds}{R}_{ds}^2-{\mathrm{\ω}}^3{C}_{ds}^2{L}_{ds}{R}_{ds}^2-{\mathrm{\ωL}}_1}{{(R_{ds}+R_1-{\mathrm{\ω}}^2{C}_{ds}{L}_{ds}{R}_{ds})}^2+{\mathrm{\ω}}^2{(L_1+C_{ds}{R}_{ds}{R}_1)}^2}---\left(4\right)$

設(shè)特征函數(shù)f₀(ω)＝Re[Y_ds]＝Re[Y₂₂+Y₁₂]，其表達(dá)式如下式，

$f_0\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{R_{ds}+R_1+{\mathrm{\ω}}^2{C}_{ds}^2{R}_1{R}_{ds}^2}{{(R_{ds}+R_1-{\mathrm{\ω}}^2{C}_{ds}{L}_1{R}_{ds})}^2+{\mathrm{\ω}}^2{(L_1+C_{ds}{R}_{ds}{R}_1)}^2}---\left(5\right)$

利用上述源漏路Y參數(shù)的測(cè)試數(shù)據(jù)，通過特征函數(shù)f₁(ω)的擬合，計(jì)算出溝道電容(233)、溝道電阻(232)、本征電阻(234)的參數(shù)初始值，從f₂(ω)的擬合，計(jì)算出本征電感(236)的參數(shù)初始值，然后再利用源漏路Y參數(shù)測(cè)試曲線與源漏路Y參數(shù)仿真結(jié)果之間數(shù)值擬合的方法，迭代優(yōu)化得到所述本征電阻(234)、本征電感(236)的參數(shù)值。