本發(fā)明涉及一種建模方法，特別涉及一種二極管建模方法。

背景技術：

肖特基二極管在無線能量傳輸技術的整流電路中應用廣泛，一般半導體制造廠商提供的spice模型，包括is，cj0、fc、m、vj、n等，在工作頻率較低時能夠滿足設計需求，但是隨著工作頻率的提高，尤其是針對毫米波應用，spice模型具有一定參考性但不能夠滿足電路設計的精度需求；因此，需對肖特基二極管進行精確建模；傳統(tǒng)建模方法通過測量的s參數(shù)擬合肖特基二極管等效電路，圖1所示，等效電路包括兩個壓控元件rj、cj和四個非壓控元件cpp、cfp、lfp、rs，通過加入與cpp、cfp、lfp、rs等值但符號相反的非壓控元件-cpp、-cfp、-lfp、-rs圖2所示，并且調節(jié)-cpp、-cfp、-lfp、-rs值的大小，實現(xiàn)rj和cj并聯(lián)的y參數(shù)隨著頻率及電壓呈現(xiàn)一系列直線表達形式圖3所示，y參數(shù)的實部對應rj和y參數(shù)的虛部對應cj分別對應兩個坐標軸的縱坐標，即

real(y11)＝1/rj

imag(y11)＝ωcj

其中ω為工作頻率對應坐標軸橫坐標，從而實現(xiàn)不同偏置電壓的rj和cj的提取；與此同時圖2中的-cpp、-cfp、-lfp、-rs的大小與cpp、cfp、lfp、rs一一對應，從而實現(xiàn)對非壓控元件cpp、cfp、lfp、rs的參數(shù)提取。然而，根據(jù)半導體工藝制備相關知識，肖特基二極管柵指(finger)與正極毗鄰，柵指(finger)、歐姆接觸基板(pad)間的寄生電容cfp與結電容cj相互影響，按照圖2所示的傳統(tǒng)建模方法，通過直接引入-cfp將影響到肖特基二極管等效電路關鍵參數(shù)cj的精確提取。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于毫米波超低功率應用的肖特基二極管精確建模方法，消除引入的-cfp對cj提取的影響，提高肖特基二極管的建模精度。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：一種基于毫米波超低功率應用的肖特基二極管精確建模方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1)簡化電路，在一定的偏置電壓范圍下，使得rj、cj并聯(lián)等效電路實部阻抗遠大于rs，忽略rs，將并聯(lián)的cfp與cj等效為cj’，得到簡化電路；

步驟2)提取cpp、lfp、rj、cj，加入與cpp、lfp等值但符號相反的非壓控元件-cpp、-lfp，并且調節(jié)-cpp、-lfp值的大小，使得并聯(lián)的rj和cj’的y參數(shù)在步驟1)所述的偏置電壓下隨著頻率呈現(xiàn)一系列直線表達形式，此時將-cpp、-lfp值反向即可實現(xiàn)cpp、lfp的提?。桓鶕?jù)y參數(shù)的一系列直線表達形式配合最小二乘法擬合出rj的dciv曲線方程，該曲線方程即為rj表現(xiàn)形式；根據(jù)y參數(shù)的一系列直線表達形式配合最小二乘法擬合出cj的計算方程，再根據(jù)該方程計算出其在不同的偏置電壓下的電荷模型；

步驟3)提取rs，通過rs的電壓電流曲線方程計算出其值。

作為本發(fā)明的進一步限定，步驟2)中所述一系列直線表達形式包括y參數(shù)的實部和虛部兩組直線表達形式，y參數(shù)的實部對應rj和y參數(shù)的虛部對應cj’，分別對應兩個坐標軸的縱坐標，即：

real(y11)＝1/rj

imag(y11)＝ωcj’

其中ω為工作頻率對應坐標軸橫坐標。

作為本發(fā)明的進一步限定，步驟2)中提取rj的具體方法為：根據(jù)y參數(shù)的實部直線表達形式可以計算出在不同偏置電壓下rj的值，rj滿足：其中v是偏置電壓，q是基本電荷常量，k是玻爾茲曼常數(shù)，t為絕對溫度，室溫下kt/q＝26mv，通過實部直線表達形式配合最小二乘法擬合出is、n的值，繼而實現(xiàn)對肖特基二極管的dciv曲線的確定，即非線性電阻rj的確定。

作為本發(fā)明的進一步限定，步驟2中提取cj的具體方法為：根據(jù)y參數(shù)的虛直線表達形式可以計算出在不同偏置電壓下cj’的值，同時在所述偏置電壓下，cj滿足：

cj’滿足：

利用最小二乘法進行參數(shù)擬合之后可以精確得到cj0、vj、fc、m和cfp，再根據(jù)cj的表達式可以計算出其在不同的偏置電壓下的電荷模型，即

q(v)＝∫cjdv。

作為本發(fā)明的進一步限定，步驟3)中提取rs的具體方法為：

利用公式計算出rs的值，其中n、is已經(jīng)通過rj的參數(shù)擬合確定，偏置電壓可以選擇[6v,7v]范圍內的不同電壓和電流測試數(shù)據(jù)。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明通過在一定的偏置電壓下忽略rs的阻抗，從而實現(xiàn)對電路簡化，有效的消除引入的寄生電容-cfp對結電容cj精確提取的影響，使用該方法建立的肖特基二極管電路模型有助于毫米波探測器、混頻器、整流器等電路設計。

附圖說明

圖1是標準肖特基二極管等效電路圖。

圖2是基于標準肖特基二極管等效電路加入等值符號相反的非壓控元件隔離rj和cj原理圖。

圖3是肖特基二極管等效電路中壓控元件rj和cj等效電路y參數(shù)的實部、虛部與頻率、偏置電壓關系。

圖4是基于特定偏置電壓下忽略rs的肖特基二極管等效電路圖。

圖5是基于特定偏置電壓下cj和cfp并聯(lián)簡化的肖特基二極管等效電路圖。

圖6是基于特定偏置電壓下簡化的肖特基二極管等效電路圖5所示加非壓控元件-cpp和-lfp隔離rj和cj’原理圖。

圖7是基于特定偏置電壓下肖特基二極管等效電路中壓控元件rj和cj’等效電路y參數(shù)的實部、虛部與頻率、偏置電壓關系。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。

首先根據(jù)需要的工作頻率，使用相關測量設備測量獲得肖特基二極管(圖1所示等效電路)在不同偏置電壓下的s參數(shù)；在保證二極管不被擊穿前提下，為了獲取更多測量數(shù)據(jù)，偏置電壓測試范圍盡可能大，一般可以選擇0-7v，間隔0.05v。

在偏置電壓0-7v偏置電壓范圍內，計算不同偏置條件下rj和cj，根據(jù)spice模型提供的參考值n＝1.08、is＝1.7e-14a、fc＝0.99、m＝0.38、vj＝0.86v、cj0＝0.047pf、rs＝4.6ω，可以估算在不同偏置電壓下結電阻rj和結電容cj，其中q是基本電荷常量，k是玻爾茲曼常數(shù)，t為絕對溫度，室溫下kt/q＝26mv。

由上述結電阻rj和結電容cj的表達式可看出rj隨著偏置電壓遞減，而cj隨著偏置電壓遞增。

rs、rj、cj串并聯(lián)等效阻抗可以表達為

其中為結電阻rj和結電容cj并聯(lián)之后的實部阻抗，通過計算rj和cj實現(xiàn)兩者的并聯(lián)實部阻抗在偏置電壓[v1,v2]范圍內遠大于rs，并且篩選對應偏置電壓下的s參數(shù)，記為[v1，v2]偏置電壓下的s參數(shù)，并與圖4等效電路對應，其中0v<v1<v2<7v。

圖4所示cfp和cj并聯(lián)，即cj’＝cfp+cj，[v1,v2]偏置電壓下對應的s參數(shù)等效電路可以進一步簡化，如圖5所示。

下面進行具體參數(shù)的提取。

1.外部寄生參數(shù)cpp、lfp參數(shù)提?。?/p>

圖5所示簡化電路模型對應[v1,v2]偏置電壓下的s參數(shù)；通過加入與cpp、lfp等值但符號相反的非壓控元件-cpp、-lfp如圖6所示，并且調節(jié)-cpp、-lfp值的大小，實現(xiàn)rj和cj’并聯(lián)的y參數(shù)隨著頻率和電壓呈現(xiàn)一系列直線表達形式如圖7所示，y參數(shù)的實部對應rj和y參數(shù)的虛部對應cj’分別對應兩個坐標軸的縱坐標，即

real(y11)＝1/rj

imag(y11)＝ωcj’

其中ω為應工作頻率對應坐標軸橫坐標，從而實現(xiàn)不同偏置電壓的rj和cj’的提取。

與此同時圖6中的-cpp、-lfp的大小與cpp、lfp一一對應，從而實現(xiàn)對非壓控元件cpp、lfp的參數(shù)提取。

2.電壓、電流關系，即dciv曲線的確定：

圖7中real(y11)對應不同偏置電壓下的rj，因為rj隨著偏置電壓不同而呈現(xiàn)不同的阻值，即隨著偏置電壓呈現(xiàn)非線性特點，需要建立不同偏置電壓下的電流關系才能完整表示非線性電阻rj；所以，進一步根據(jù)半導體物理知識：其中q是基本電荷常量，k是玻爾茲曼常數(shù)，t為絕對溫度，室溫下kt/q＝26mv，利用最小二乘法擬合實現(xiàn)參數(shù)is、n的精確提取，繼而實現(xiàn)對肖特基二極管的dciv曲線的確定，即非線性電阻rj的確定。

3.寄生電容cfp的精確提取及電荷(charge-based)模型的建立：

非線性電容，即壓控電容cj在諧波仿真中會產(chǎn)生收斂性問題，因此需要根據(jù)不同的偏置電壓，建立精確的電荷模型來完整表示壓控電容cj；如圖7所示，根據(jù)y參數(shù)虛部imag(y11)可以計算出不同偏置電壓下壓控結電容cj和寄生電容cfp之和(為傾斜直線的斜率)；同時，在偏置電壓[v1,v2]范圍內，結電容滿足:

cj’是結電容cj和寄生電容cfp之和，所以cj’滿足：

根據(jù)圖7中imag(y11)對應的不同偏置電壓下的cj’，利用最小二乘法進行參數(shù)擬合之后可以精確得到cj0、vj、fc、m和cfp；并且根據(jù)上式計算出的結電容cj的表達式可以計算出其在不同的偏置電壓下的電荷(charge-based)模型，即：

q(v)＝∫cjdv。

4.rs的提?。?/p>

在較大偏置電壓下，rs的影響不容忽略，針對其電壓電流曲線dciv需要做出相應的修正，即根據(jù)修正后的dciv曲線表達式(其中n、is已經(jīng)通過rj的參數(shù)擬合確定)，在[0,7v]直流測試條件下，結合相對較大偏置電壓范圍內，選擇[6v,7v]范圍內的不同電壓和電流測試數(shù)據(jù)，進而可以提取rs參數(shù)值。

通過步驟1-4可以實現(xiàn)肖特基二極管的精確建模。

本發(fā)明并不局限于上述實施例，在本發(fā)明公開的技術方案的基礎上，本領域的技術人員根據(jù)所公開的技術內容，不需要創(chuàng)造性的勞動就可以對其中的一些技術特征作出一些替換和變形，這些替換和變形均在本發(fā)明的保護范圍內。